JPH06299973A - 容積形モータ或いはポンプのための炭化物乃至硼化物コーティング付き回転子 - Google Patents
容積形モータ或いはポンプのための炭化物乃至硼化物コーティング付き回転子Info
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- JPH06299973A JPH06299973A JP6071272A JP7127294A JPH06299973A JP H06299973 A JPH06299973 A JP H06299973A JP 6071272 A JP6071272 A JP 6071272A JP 7127294 A JP7127294 A JP 7127294A JP H06299973 A JPH06299973 A JP H06299973A
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- coating
- carbide
- metal
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
- F01C21/08—Rotary pistons
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Details And Applications Of Rotary Liquid Pumps (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Rotary Pumps (AREA)
- Hydraulic Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 優れた耐摩耗性及び耐食性コーティングを有
する容積形モータ或いはポンプ用の回転子の開発。 【構成】 固定子4とかみ合うコーティング3付き回転
子2は、金属炭化物と金属乃至合金結合材、金属硼化物
と金属乃至合金結合材、並びに混合金属炭化物及び金属
硼化物と金属乃至合金結合材から選択されるコーティン
グを有する。コーティングは少なくとも65重量%の炭
化物及び/或いは硼化物を含有しそして少なくとも90
0HV.3の硬さを有する。コーティング例:(W,C
r)C−Co乃至Co合金及び(W,Cr)C−Ni乃
至Ni合金。金属炭化物、金属乃至合金の粒寸が75ミ
クロン未満であることが好ましい。
する容積形モータ或いはポンプ用の回転子の開発。 【構成】 固定子4とかみ合うコーティング3付き回転
子2は、金属炭化物と金属乃至合金結合材、金属硼化物
と金属乃至合金結合材、並びに混合金属炭化物及び金属
硼化物と金属乃至合金結合材から選択されるコーティン
グを有する。コーティングは少なくとも65重量%の炭
化物及び/或いは硼化物を含有しそして少なくとも90
0HV.3の硬さを有する。コーティング例:(W,C
r)C−Co乃至Co合金及び(W,Cr)C−Ni乃
至Ni合金。金属炭化物、金属乃至合金の粒寸が75ミ
クロン未満であることが好ましい。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、容積形モータ或いはポ
ンプにおいて使用のための回転子(ロータ)に関するも
のであり、特には摩耗性及び/或いは腐食性環境におい
て使用されるとき回転子に優れた耐摩耗性及び耐食性を
付与するための金属炭化物及び/或いは金属硼化物コー
ティングで被覆された回転子に関係する。
ンプにおいて使用のための回転子(ロータ)に関するも
のであり、特には摩耗性及び/或いは腐食性環境におい
て使用されるとき回転子に優れた耐摩耗性及び耐食性を
付与するための金属炭化物及び/或いは金属硼化物コー
ティングで被覆された回転子に関係する。
【0002】
【従来の技術】モイノ(Moineau )型容積形装置は、固
定子及び回転子間に回転子の回転に伴って斬進する空洞
を形成するようにらせん−うず巻きスクリュー形状のよ
うな特定の形状を備える装置として回転子及び固定子を
設計することによりモータ或いはポンプとして使用され
うる。ポンプとして操作されるときには、回転子は固定
子ケーシング内部で回転され、流体をポンプの一端から
他端まで斬進する空洞に沿って圧送せしめる。モータと
して操作されるときには、流体が装置の斬進式空洞内に
流体の推進力がシャフトを固定子内で回転せしめるよう
に圧送される。回転力は連結ロッド及び駆動シャフトを
通して伝達されうる。こうして、特別に設計された固定
子及び回転子を使用する容積形装置は、流体の力がモー
タとして機能するように加圧下で給送されるか或いは外
力が回転子に作用して流体を装置がポンプとして機能す
るように流体を移動せしめるかによりモータ或いはポン
プとして使用されうる。
定子及び回転子間に回転子の回転に伴って斬進する空洞
を形成するようにらせん−うず巻きスクリュー形状のよ
うな特定の形状を備える装置として回転子及び固定子を
設計することによりモータ或いはポンプとして使用され
うる。ポンプとして操作されるときには、回転子は固定
子ケーシング内部で回転され、流体をポンプの一端から
他端まで斬進する空洞に沿って圧送せしめる。モータと
して操作されるときには、流体が装置の斬進式空洞内に
流体の推進力がシャフトを固定子内で回転せしめるよう
に圧送される。回転力は連結ロッド及び駆動シャフトを
通して伝達されうる。こうして、特別に設計された固定
子及び回転子を使用する容積形装置は、流体の力がモー
タとして機能するように加圧下で給送されるか或いは外
力が回転子に作用して流体を装置がポンプとして機能す
るように流体を移動せしめるかによりモータ或いはポン
プとして使用されうる。
【0003】油田及びガス田を掘削する最も基本的な形
態において、リグモータがドリルストリングを含む長尺
のパイプに動力を供給し、それを回転せしめそして穴の
低端で掘削ビットを旋回せしめる。地上からドリルスト
リングを旋回することはドリルストリングの上方部分に
多大の摩擦と捩れをもたらす。ドリルパイプとドリルパ
イプと油井穿孔側壁との間の摩擦は、ドリルパイプにお
ける弾性伸びと捩れと併せて、一貫しない重量をドリル
ビットに担持せしめる結果を招く。これはビットに有害
でありそしてまたドリルストリングに金属疲労破壊をも
たらす危険性がある。従って、穴の底部においてドリル
ビットのための起動源としてモータを使用してドリルパ
イプを回転する必要性を排除するのが有益であることが
多い。これは、設備における摩耗の減少、掘削用重量の
低減、底部穴掘削用組立体の簡易化及びコスト節減効果
をもたらす。そうした設備を使用して方向性案内制御も
また可能である。そうしたモータはまた多くの場合運転
費も安い。
態において、リグモータがドリルストリングを含む長尺
のパイプに動力を供給し、それを回転せしめそして穴の
低端で掘削ビットを旋回せしめる。地上からドリルスト
リングを旋回することはドリルストリングの上方部分に
多大の摩擦と捩れをもたらす。ドリルパイプとドリルパ
イプと油井穿孔側壁との間の摩擦は、ドリルパイプにお
ける弾性伸びと捩れと併せて、一貫しない重量をドリル
ビットに担持せしめる結果を招く。これはビットに有害
でありそしてまたドリルストリングに金属疲労破壊をも
たらす危険性がある。従って、穴の底部においてドリル
ビットのための起動源としてモータを使用してドリルパ
イプを回転する必要性を排除するのが有益であることが
多い。これは、設備における摩耗の減少、掘削用重量の
低減、底部穴掘削用組立体の簡易化及びコスト節減効果
をもたらす。そうした設備を使用して方向性案内制御も
また可能である。そうしたモータはまた多くの場合運転
費も安い。
【0004】下り穴用途に殊によく適合するモータの特
定の設計は、スクリュー形の回転子が圧力下で圧送され
る流体により固定子内部で回転せしめられる、上述した
容積形モータである。回転力はその後連結ロッド及び駆
動シャフトを介してドリルビットに伝達される。
定の設計は、スクリュー形の回転子が圧力下で圧送され
る流体により固定子内部で回転せしめられる、上述した
容積形モータである。回転力はその後連結ロッド及び駆
動シャフトを介してドリルビットに伝達される。
【0005】この種のモータにおいて、回転子は一般
に、流体の流通のための中央穴を有しそしてらせん状捩
れ体として付形された合金鋼バーから作製される。他
方、固定子は現場成型されたエラストマーで内張りされ
た長いチューブ状鋼である。エラストマーは、摩耗擦過
並びに炭化水素による劣化に耐えるように配合された組
成を有しそして回転子のらせん形状と同様であるが合致
しないらせん状内面を有する空洞を形成するように付形
される。回転子は、基本的ならせん形状に加えて、例え
ば10本以上もの溝で溝付けすることができる。その場
合、対応する相手側の固定子も同数+1本の溝を持つこ
とができる。適正な相互形状付けを行うことにより、回
転子及び固定子は、それらの対接する接触線に沿って連
続シールを形成しそしてまた回転子が回転するにつれモ
ータを通して一端から他端まで斬進する空洞を形成す
る。これらモータの効率は、回転子及び固定子の輪郭の
精密な寸法の合致度に大きく依存する。
に、流体の流通のための中央穴を有しそしてらせん状捩
れ体として付形された合金鋼バーから作製される。他
方、固定子は現場成型されたエラストマーで内張りされ
た長いチューブ状鋼である。エラストマーは、摩耗擦過
並びに炭化水素による劣化に耐えるように配合された組
成を有しそして回転子のらせん形状と同様であるが合致
しないらせん状内面を有する空洞を形成するように付形
される。回転子は、基本的ならせん形状に加えて、例え
ば10本以上もの溝で溝付けすることができる。その場
合、対応する相手側の固定子も同数+1本の溝を持つこ
とができる。適正な相互形状付けを行うことにより、回
転子及び固定子は、それらの対接する接触線に沿って連
続シールを形成しそしてまた回転子が回転するにつれモ
ータを通して一端から他端まで斬進する空洞を形成す
る。これらモータの効率は、回転子及び固定子の輪郭の
精密な寸法の合致度に大きく依存する。
【0006】操作において、掘削用流体、即ち「マッ
ド」(通常は、ドリルビットにより削られた掘削屑を流
動化しそして成形圧力を内蔵するように配合された水及
び/或いは油、粘土、増量剤、並びに幾種かの薬剤の混
合物である)がモータの長さに沿って下方に回転子と固
定子との間に圧送され、回転子を回転せしめそしてドリ
ルビットを推進せしめる。掘削用流体中の固形分は容積
形モータの部品、特に回転子を擦過・摩耗するよう作用
し、同時に水性環境及び薬剤は回転子の腐食を促進する
傾向を呈することが多い。回転子の摩耗及び腐食は回転
子と固定子との間での設計されたシールを破壊しそして
モータの性能をそれを穴から取り出しそして再加工する
か或いは交換することが必要となる点にまで低下せしめ
る。回転子にその侵食或いは腐食により発現する粗い、
角ばった、また不規則な表面帯域は対接する固定子のエ
ラストマーをも摩耗もしくは切削するしやすく、従って
回転子への損傷が許容範囲にある場合でもモータの運転
性能を低下させる。一定期間後の交換は不可避でありそ
して掘削されている穴を通して様々の地層の性状に合う
ようにビットを交換することはいずれにせよ行わねばな
らないであろうが、早期の摩耗及び腐食は、モータ部品
の再加工或いは交換のコストに加えて、穴から早期にド
リルストリングを引き上げる追加コストを伴う。
ド」(通常は、ドリルビットにより削られた掘削屑を流
動化しそして成形圧力を内蔵するように配合された水及
び/或いは油、粘土、増量剤、並びに幾種かの薬剤の混
合物である)がモータの長さに沿って下方に回転子と固
定子との間に圧送され、回転子を回転せしめそしてドリ
ルビットを推進せしめる。掘削用流体中の固形分は容積
形モータの部品、特に回転子を擦過・摩耗するよう作用
し、同時に水性環境及び薬剤は回転子の腐食を促進する
傾向を呈することが多い。回転子の摩耗及び腐食は回転
子と固定子との間での設計されたシールを破壊しそして
モータの性能をそれを穴から取り出しそして再加工する
か或いは交換することが必要となる点にまで低下せしめ
る。回転子にその侵食或いは腐食により発現する粗い、
角ばった、また不規則な表面帯域は対接する固定子のエ
ラストマーをも摩耗もしくは切削するしやすく、従って
回転子への損傷が許容範囲にある場合でもモータの運転
性能を低下させる。一定期間後の交換は不可避でありそ
して掘削されている穴を通して様々の地層の性状に合う
ようにビットを交換することはいずれにせよ行わねばな
らないであろうが、早期の摩耗及び腐食は、モータ部品
の再加工或いは交換のコストに加えて、穴から早期にド
リルストリングを引き上げる追加コストを伴う。
【0007】クロムめっきが回転子表面を摩耗及び腐食
から保護するために回転子表面に被覆されることが多い
が、これは通常は満足すべきものではない。その理由
は、それが充分な耐摩耗性を有さずそしてクロムめっき
の液体浸透が回転子基材を腐食せしめるからである。更
に、回転子表面に一様な厚さのクロムメッキを得ること
は困難である。その理由は、回転子の複雑な形状がめっ
き中回転子周囲に不均一な電場を発現せしめ、これが不
均一なコーティング厚さをもたらし、回転子と固定子と
の設計された精密な幾何学的整合性を歪めそして新しい
場合でもモータの効率を落とす。
から保護するために回転子表面に被覆されることが多い
が、これは通常は満足すべきものではない。その理由
は、それが充分な耐摩耗性を有さずそしてクロムめっき
の液体浸透が回転子基材を腐食せしめるからである。更
に、回転子表面に一様な厚さのクロムメッキを得ること
は困難である。その理由は、回転子の複雑な形状がめっ
き中回転子周囲に不均一な電場を発現せしめ、これが不
均一なコーティング厚さをもたらし、回転子と固定子と
の設計された精密な幾何学的整合性を歪めそして新しい
場合でもモータの効率を落とす。
【0008】回転子を摩耗及び腐食から保護するための
別の試みにおいて、ニッケル基合金がプラズマ溶射乃至
他の形式の溶射装置のような付着技術により回転子表面
に被覆された。この型式のコーティングは耐侵食性及び
耐腐食性においてクロムめっきより多少は優れたものと
なり得る可能性を有しているが、回転子基材が腐食環境
から隔離されるようにそれらの固有の気孔を密封するべ
く融成、熱間静水圧プレス若しくは他の熱的な方法によ
る高密度化を必要とする。コーティングの処理中回転子
に適用される何らかの熱処理は回転子の形状を歪め、上
述したのと同様の回転子−固定子間の不整合及び効率損
失を招く。
別の試みにおいて、ニッケル基合金がプラズマ溶射乃至
他の形式の溶射装置のような付着技術により回転子表面
に被覆された。この型式のコーティングは耐侵食性及び
耐腐食性においてクロムめっきより多少は優れたものと
なり得る可能性を有しているが、回転子基材が腐食環境
から隔離されるようにそれらの固有の気孔を密封するべ
く融成、熱間静水圧プレス若しくは他の熱的な方法によ
る高密度化を必要とする。コーティングの処理中回転子
に適用される何らかの熱処理は回転子の形状を歪め、上
述したのと同様の回転子−固定子間の不整合及び効率損
失を招く。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、優れ
た耐摩耗性及び耐食性特性を有する、容積形モータ乃至
ポンプの回転子のためのコーティングを開発することで
ある。本発明の別の課題は、容積形ポンプ或いはモータ
において使用のためのらせん状回転子のための優れた耐
摩耗性及び耐食性特性を有するコーティングを開発する
ことである。本発明のまた別の課題は、優れた耐摩耗性
及び耐食性コーティングを有する容積形モータ或いはポ
ンプ用の回転子を提供することである。本発明の更にま
た別の目的は、回転子を使用する容積形装置の有用寿命
を延長する回転子用のコスト節減効果に優れたコーティ
ングを提供することである。
た耐摩耗性及び耐食性特性を有する、容積形モータ乃至
ポンプの回転子のためのコーティングを開発することで
ある。本発明の別の課題は、容積形ポンプ或いはモータ
において使用のためのらせん状回転子のための優れた耐
摩耗性及び耐食性特性を有するコーティングを開発する
ことである。本発明のまた別の課題は、優れた耐摩耗性
及び耐食性コーティングを有する容積形モータ或いはポ
ンプ用の回転子を提供することである。本発明の更にま
た別の目的は、回転子を使用する容積形装置の有用寿命
を延長する回転子用のコスト節減効果に優れたコーティ
ングを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、モータ及びポ
ンプから選択される容積形装置において使用されるコー
ティング付き回転子に関係する。コーティング付き回転
子は、金属炭化物と金属乃至合金結合材、金属硼化物と
金属乃至合金結合材、並びに混合金属炭化物及び金属硼
化物と金属乃至合金結合材から成る群から選択されるコ
ーティングを有し、この場合コーティングは少なくとも
65重量%の炭化物及び/或いは硼化物を含有しそして
少なくとも900HV.3、好ましくは少なくとも95
0HV.3、最も好ましくは少なくとも1000HV.
3の硬さを有する。好ましくは、炭化物及び/或いは硼
化物は、コーティング中75重量%を超える量におい
て、より好ましくは90重量%を超える量において存在
すべきであり、残部は金属乃至合金結合材である。コー
ティングの厚さは選択される特定のコーティングの種類
及び容積形装置の意図する用途に依存して変化され得
る。一般に、少なくとも0.01mm(0.0005イ
ンチ)の厚さが必要とされ、少なくとも0.05mm
(0.002インチ)の厚さが好ましい。
ンプから選択される容積形装置において使用されるコー
ティング付き回転子に関係する。コーティング付き回転
子は、金属炭化物と金属乃至合金結合材、金属硼化物と
金属乃至合金結合材、並びに混合金属炭化物及び金属硼
化物と金属乃至合金結合材から成る群から選択されるコ
ーティングを有し、この場合コーティングは少なくとも
65重量%の炭化物及び/或いは硼化物を含有しそして
少なくとも900HV.3、好ましくは少なくとも95
0HV.3、最も好ましくは少なくとも1000HV.
3の硬さを有する。好ましくは、炭化物及び/或いは硼
化物は、コーティング中75重量%を超える量におい
て、より好ましくは90重量%を超える量において存在
すべきであり、残部は金属乃至合金結合材である。コー
ティングの厚さは選択される特定のコーティングの種類
及び容積形装置の意図する用途に依存して変化され得
る。一般に、少なくとも0.01mm(0.0005イ
ンチ)の厚さが必要とされ、少なくとも0.05mm
(0.002インチ)の厚さが好ましい。
【0011】コーティング中の金属乃至合金の粒寸は好
ましくは、モータを通して供給されるべき粒体中に含ま
れる粒子の寸法より小さくすべきである。これは金属相
が侵食されずそしてコーティングの炭化物及び/或いは
硼化物粒が粒体によって離脱されないことを有効に保証
しよう。好ましくは、コーティング中の炭化物及び/或
いは硼化物の平均粒寸は75ミクロン未満、より好まし
くは50ミクロン未満そして最も好ましくは25ミクロ
ン未満とすべきである。小さな炭化物及び/或いは硼化
物寸法は接触する相手側の固定子のポリマー材料の過度
の侵食を防止する。
ましくは、モータを通して供給されるべき粒体中に含ま
れる粒子の寸法より小さくすべきである。これは金属相
が侵食されずそしてコーティングの炭化物及び/或いは
硼化物粒が粒体によって離脱されないことを有効に保証
しよう。好ましくは、コーティング中の炭化物及び/或
いは硼化物の平均粒寸は75ミクロン未満、より好まし
くは50ミクロン未満そして最も好ましくは25ミクロ
ン未満とすべきである。小さな炭化物及び/或いは硼化
物寸法は接触する相手側の固定子のポリマー材料の過度
の侵食を防止する。
【0012】
【作用】回転子表面への特定の耐食性金属炭化物乃至硼
化物もしくはそれら混合物コーティングの被覆は回転子
を使用するモータ乃至ポンプの使用寿命の有効な増進を
提供することができ、それらの使用を格段に一層実用的
としそしてコスト節減効果をもたらす。少なくとも65
重量%の炭化物及び/或いは硼化物を含有しそして少な
くとも900HV.3の硬さのコーティングが所要の耐
摩耗性と耐食性を提供する。
化物もしくはそれら混合物コーティングの被覆は回転子
を使用するモータ乃至ポンプの使用寿命の有効な増進を
提供することができ、それらの使用を格段に一層実用的
としそしてコスト節減効果をもたらす。少なくとも65
重量%の炭化物及び/或いは硼化物を含有しそして少な
くとも900HV.3の硬さのコーティングが所要の耐
摩耗性と耐食性を提供する。
【0013】
【発明の具体的な説明】本発明コーティングは、金属炭
化物−金属乃至合金、金属硼化物−金属乃至合金並びに
それらの混合物から成る群から選択される。金属炭化物
や金属硼化物を構成するの金属としては、W、Mo、T
i、Zr、Ta、Cr等の高融点金属の1種乃至複数種
が使用され得る。結合材としての金属はCo、Ni、C
r等の超硬合金において一般に使用されるものの1種乃
至複数種が使用され得る。WCとCo、Cr、Niの少
なくとも一種がその一例である。本発明のための適当な
コーティング例は、クロムとニッケル両方の存在により
耐食性を改善した(タングステン,クロム)炭化物−ニ
ッケルコーティングである。(タングステン,クロム)
炭化物は、炭化タングステン及び炭化クロム並びにその
一部乃至全部が混合タングステン−クロム炭化物の形態
をとるもの意味する。タングステンより少なくとも3倍
多いクロムを有するクロムに富む粒子を含有しそして該
クロムに富む粒子がコーティングの少なくとも4.5容
積%を占める特定の(タングステン,クロム)炭化物−
ニッケルコーティングが、米国特許第4,999,25
5号並びに米国特許第5,075,129号に開示され
ている。これら特許の記載はすべて本発明において応用
することができる。本発明において使用のための、また
別の特定の(タングステン、クロム)炭化物−ニッケル
コーティング例が米国特許第3,071,489号に記
載され。これは約60〜80重量%範囲の炭化タングス
テンと、約14〜34重量%範囲の炭化クロムと、約4
〜8重量%ニッケル基合金を含有する(タングステン,
クロム)炭化物−ニッケルコーティングを開示する。こ
れら炭化タングステン及び炭化クロムの一部乃至全部は
混合タングステン−クロム炭化物の形態をとりうる。こ
の特許の記載もすべて本発明において応用することがで
きる。
化物−金属乃至合金、金属硼化物−金属乃至合金並びに
それらの混合物から成る群から選択される。金属炭化物
や金属硼化物を構成するの金属としては、W、Mo、T
i、Zr、Ta、Cr等の高融点金属の1種乃至複数種
が使用され得る。結合材としての金属はCo、Ni、C
r等の超硬合金において一般に使用されるものの1種乃
至複数種が使用され得る。WCとCo、Cr、Niの少
なくとも一種がその一例である。本発明のための適当な
コーティング例は、クロムとニッケル両方の存在により
耐食性を改善した(タングステン,クロム)炭化物−ニ
ッケルコーティングである。(タングステン,クロム)
炭化物は、炭化タングステン及び炭化クロム並びにその
一部乃至全部が混合タングステン−クロム炭化物の形態
をとるもの意味する。タングステンより少なくとも3倍
多いクロムを有するクロムに富む粒子を含有しそして該
クロムに富む粒子がコーティングの少なくとも4.5容
積%を占める特定の(タングステン,クロム)炭化物−
ニッケルコーティングが、米国特許第4,999,25
5号並びに米国特許第5,075,129号に開示され
ている。これら特許の記載はすべて本発明において応用
することができる。本発明において使用のための、また
別の特定の(タングステン、クロム)炭化物−ニッケル
コーティング例が米国特許第3,071,489号に記
載され。これは約60〜80重量%範囲の炭化タングス
テンと、約14〜34重量%範囲の炭化クロムと、約4
〜8重量%ニッケル基合金を含有する(タングステン,
クロム)炭化物−ニッケルコーティングを開示する。こ
れら炭化タングステン及び炭化クロムの一部乃至全部は
混合タングステン−クロム炭化物の形態をとりうる。こ
の特許の記載もすべて本発明において応用することがで
きる。
【0014】上述した種類の耐摩耗性コーティングで基
材を被覆することのできる多くの手段が当業者には知ら
れている。上述した複雑な形状の回転子を被覆するため
の最も適切な手段は、溶射プロセス(サーマルスプレ
ー)として包括的に知られる被覆プロセス群の一つであ
り、その例として爆発銃溶射、酸素−燃料火炎溶射、高
速酸素−燃料溶射及びプラズマ溶射を挙げることができ
る。このプロセスにより付着されるコーティングの特徴
は、それらが使用される特定のプロセス及びプロセス・
パラメータに依存して、細かくなったり粗くなったりす
るが、相互連結された気孔を含むことである。この気孔
の存在によりもたらされる内部若しくは界面の腐食問題
の可能性は、コーティングが回転子に与える腐食防止作
用を一層増進するべく、気孔に耐食性封止材物質を含浸
・注入することにより改善することができる。耐食性封
止材物質は、一般に未重合化状態で気孔内に注入された
後その場で重合化するエポキシのような重合性高分子物
質である。そうした耐食性封止材はそれが液体腐食に対
して与える保護作用の故に回転子表面において所望され
るが、コーティングのない未被覆回転子にはほとんど直
に剥ぎ取られまた侵食されてなくなるから使用され得な
い。しかしながら、高品質溶射コーティングの相互連結
された気孔内部に含まれる時、高分子封止材は周囲を取
り巻く硬質のコーティング材料によりこの作用から防護
される。こうして、本発明の耐食性及び耐摩耗性金属炭
化物及び/或いは硼化物コーティングは、回転子基材が
提供することのできる水準を超えての耐摩耗性を提供し
そして自身が耐食性であることに加えて、高分子コーテ
ィングすなわち封止材の追加腐食保護作用のための非常
に重要な支持ネットワークを提供する。
材を被覆することのできる多くの手段が当業者には知ら
れている。上述した複雑な形状の回転子を被覆するため
の最も適切な手段は、溶射プロセス(サーマルスプレ
ー)として包括的に知られる被覆プロセス群の一つであ
り、その例として爆発銃溶射、酸素−燃料火炎溶射、高
速酸素−燃料溶射及びプラズマ溶射を挙げることができ
る。このプロセスにより付着されるコーティングの特徴
は、それらが使用される特定のプロセス及びプロセス・
パラメータに依存して、細かくなったり粗くなったりす
るが、相互連結された気孔を含むことである。この気孔
の存在によりもたらされる内部若しくは界面の腐食問題
の可能性は、コーティングが回転子に与える腐食防止作
用を一層増進するべく、気孔に耐食性封止材物質を含浸
・注入することにより改善することができる。耐食性封
止材物質は、一般に未重合化状態で気孔内に注入された
後その場で重合化するエポキシのような重合性高分子物
質である。そうした耐食性封止材はそれが液体腐食に対
して与える保護作用の故に回転子表面において所望され
るが、コーティングのない未被覆回転子にはほとんど直
に剥ぎ取られまた侵食されてなくなるから使用され得な
い。しかしながら、高品質溶射コーティングの相互連結
された気孔内部に含まれる時、高分子封止材は周囲を取
り巻く硬質のコーティング材料によりこの作用から防護
される。こうして、本発明の耐食性及び耐摩耗性金属炭
化物及び/或いは硼化物コーティングは、回転子基材が
提供することのできる水準を超えての耐摩耗性を提供し
そして自身が耐食性であることに加えて、高分子コーテ
ィングすなわち封止材の追加腐食保護作用のための非常
に重要な支持ネットワークを提供する。
【0015】本発明のコーティングと共に使用するに好
ましい封止材は、プラックス・エアー・サーフェイス・
テクノロジー社から入手され得るUCAR(ユニオンカ
ーバイドコーポレーションの商標)100シーラントで
ある。
ましい封止材は、プラックス・エアー・サーフェイス・
テクノロジー社から入手され得るUCAR(ユニオンカ
ーバイドコーポレーションの商標)100シーラントで
ある。
【0016】回転子の腐食若しくは侵食はそれ自体それ
がもたらす寸法形状の整合異常により所望されないが、
それはまた侵食若しくは腐食帯域の不規則な或いは鋭尖
な縁辺が対接する相手側のエラストマー固定子材料に食
い込んでそれを切削することにより広範囲にエラストマ
ー固定子材料を損傷する点で更に一層有害である。本発
明の耐侵食性及び耐腐食性コーティングはそうした不規
則なまた鋭尖な縁辺を有する損傷帯域の発生を防止す
る。しかしながら、最大限程度の平滑さにまで仕上げら
れた最大限の耐摩耗性コーティングでさえ、ある程度は
摩耗しそしてその平滑さを失う。本発明の金属炭化物/
金属硼化物コーティングの固有の特性として、本コーテ
ィングはが様々の程度の硬さ及び耐摩耗性の粒子から構
成される。そうした粒子毎の変動は、急速回転している
回転子の表面に付着されていることによりそれらが曝さ
れる機械的な応力に耐えることができる点で効果的であ
る。コーティングの表面が流動するマッドにより徐々に
侵食されるにつれ、コーティングのより軟質のそして耐
摩耗性に少ない粒子が最初に侵食されそしてより硬質の
粒子がある程度まで露出するのは不可避である。硬質の
粒子が大きいか或いは角ばっていると、それらは接触す
る固定子材料への切込み歯として作用しそしてそれを切
削し、損傷を悪化させそしてモータ性能への全体的な有
害な作用を増大する。従って、コーティングにおける粒
子の粒寸が、上述したように75ミクロン未満、好まし
くは50ミクロン未満の平均寸法にまで細かくされるこ
とが好ましい。
がもたらす寸法形状の整合異常により所望されないが、
それはまた侵食若しくは腐食帯域の不規則な或いは鋭尖
な縁辺が対接する相手側のエラストマー固定子材料に食
い込んでそれを切削することにより広範囲にエラストマ
ー固定子材料を損傷する点で更に一層有害である。本発
明の耐侵食性及び耐腐食性コーティングはそうした不規
則なまた鋭尖な縁辺を有する損傷帯域の発生を防止す
る。しかしながら、最大限程度の平滑さにまで仕上げら
れた最大限の耐摩耗性コーティングでさえ、ある程度は
摩耗しそしてその平滑さを失う。本発明の金属炭化物/
金属硼化物コーティングの固有の特性として、本コーテ
ィングはが様々の程度の硬さ及び耐摩耗性の粒子から構
成される。そうした粒子毎の変動は、急速回転している
回転子の表面に付着されていることによりそれらが曝さ
れる機械的な応力に耐えることができる点で効果的であ
る。コーティングの表面が流動するマッドにより徐々に
侵食されるにつれ、コーティングのより軟質のそして耐
摩耗性に少ない粒子が最初に侵食されそしてより硬質の
粒子がある程度まで露出するのは不可避である。硬質の
粒子が大きいか或いは角ばっていると、それらは接触す
る固定子材料への切込み歯として作用しそしてそれを切
削し、損傷を悪化させそしてモータ性能への全体的な有
害な作用を増大する。従って、コーティングにおける粒
子の粒寸が、上述したように75ミクロン未満、好まし
くは50ミクロン未満の平均寸法にまで細かくされるこ
とが好ましい。
【0017】本発明の好ましいコーティングは、2〜1
4重量%コバルト乃至コバルト合金を含み、残部が混合
若しくは合金化炭化タングステン/炭化クロムである
(タングステン,クロム)炭化物−コバルトコーティン
グ、及び60〜80重量%炭化タングステン、14〜3
4重量%炭化クロム及び4〜8重量%ニッケル乃至ニッ
ケル合金を含む(タングステン,クロム)−ニッケルコ
ーティングである。
4重量%コバルト乃至コバルト合金を含み、残部が混合
若しくは合金化炭化タングステン/炭化クロムである
(タングステン,クロム)炭化物−コバルトコーティン
グ、及び60〜80重量%炭化タングステン、14〜3
4重量%炭化クロム及び4〜8重量%ニッケル乃至ニッ
ケル合金を含む(タングステン,クロム)−ニッケルコ
ーティングである。
【0018】図面はらせん状回転子2を示し、これは本
発明のコーティング3で被覆されそして内面をうず巻き
状に形成された固定子4内に配置されている。固定子4
はハウジング6内に組み立てられる。回転子2と固定子
4との間には、回転子の回転に伴って斬進する空洞8が
形成される。流体が装置を通して矢印Aの方向に圧送さ
れると、回転子は回転せしめられそして装置はモータと
して機能する。好ましくは、回転子はモータとして機能
する時中央開口を有する。回転子2に、工具ビット等を
推進するのに使用されうるシャフト10が連結される。
もし回転子がシャフトを回転する外部駆動システムによ
り回転せしめられると、流体は装置を通して矢印Bの方
向に強制流動せしめられ、従って装置はポンプとして機
能する。すなわち、シャフト10が回転するに際して、
回転子2が回転し、それにより流体を斬進する空洞8に
取り込み、加圧する。流体は回転子2の端において押し
出される。
発明のコーティング3で被覆されそして内面をうず巻き
状に形成された固定子4内に配置されている。固定子4
はハウジング6内に組み立てられる。回転子2と固定子
4との間には、回転子の回転に伴って斬進する空洞8が
形成される。流体が装置を通して矢印Aの方向に圧送さ
れると、回転子は回転せしめられそして装置はモータと
して機能する。好ましくは、回転子はモータとして機能
する時中央開口を有する。回転子2に、工具ビット等を
推進するのに使用されうるシャフト10が連結される。
もし回転子がシャフトを回転する外部駆動システムによ
り回転せしめられると、流体は装置を通して矢印Bの方
向に強制流動せしめられ、従って装置はポンプとして機
能する。すなわち、シャフト10が回転するに際して、
回転子2が回転し、それにより流体を斬進する空洞8に
取り込み、加圧する。流体は回転子2の端において押し
出される。
【0019】
【実施例】以下、実施例及び比較例を述べる。
【0020】(例1)容積形モータの作働を模擬する流
れ試験において、らせん状に捩じれた回転子に回転子に
おいて通常使用されている品質のクロム電気メッキを被
覆しそして300,000ppmの塩化カルシウムを含
む流動溶液でもって3.5kg/cm2(50psi)におい
て30時間加圧した。回転子を検査したところ、過酷な
腐食が認められた。小さなピットとして始まった腐食模
様は、実際の掘削作業で使用されたクロムメッキ回転子
により示された腐食模様と類似しているように思われ
た。約24重量%炭化クロムと、約8重量%ニッケル基
合金とを含み、残部が炭化タングステンである(タング
ステン,クロム)炭化物−ニッケルコーティングを同等
の回転子に被覆した。コーティング粒子は50ミクロン
以下の平均寸法に細かくした。回転子を100,000
ppmの塩化カルシウムの流動溶液で3.5kg/cm2(5
0psi)において200時間そして後300,000
ppmの塩化カルシウムの流動溶液で追加200時間加
圧した。これに加えて、更に追加400時間の塩化カル
シウム溶液との接触(但し、流動なし)を試験過程に組
み込んだ。回転子を検査した結果、目視しうる劣化はな
かった。回転子は相手側の固定子エラストマーにたいし
て少量掘り込んだが、これは容易に取り除かれ、モータ
の性能を低下しなかった。
れ試験において、らせん状に捩じれた回転子に回転子に
おいて通常使用されている品質のクロム電気メッキを被
覆しそして300,000ppmの塩化カルシウムを含
む流動溶液でもって3.5kg/cm2(50psi)におい
て30時間加圧した。回転子を検査したところ、過酷な
腐食が認められた。小さなピットとして始まった腐食模
様は、実際の掘削作業で使用されたクロムメッキ回転子
により示された腐食模様と類似しているように思われ
た。約24重量%炭化クロムと、約8重量%ニッケル基
合金とを含み、残部が炭化タングステンである(タング
ステン,クロム)炭化物−ニッケルコーティングを同等
の回転子に被覆した。コーティング粒子は50ミクロン
以下の平均寸法に細かくした。回転子を100,000
ppmの塩化カルシウムの流動溶液で3.5kg/cm2(5
0psi)において200時間そして後300,000
ppmの塩化カルシウムの流動溶液で追加200時間加
圧した。これに加えて、更に追加400時間の塩化カル
シウム溶液との接触(但し、流動なし)を試験過程に組
み込んだ。回転子を検査した結果、目視しうる劣化はな
かった。回転子は相手側の固定子エラストマーにたいし
て少量掘り込んだが、これは容易に取り除かれ、モータ
の性能を低下しなかった。
【0021】(例2)ASMインターナショナル、メタ
ルス・パーク、OHにより1985年に出版された「Me
tals Handbook 」9編、8巻の369頁に記載されるよ
うな回転ビーム疲労試験を300,000ppm塩化カ
ルシウムを含有する溶液に浸漬した試験片を使用して実
施した。試験片は、硬さ34HRCのAISIタイプ4
140鋼の基材上に付着された、約83重量%炭化タン
グステン及び約4重量%クロムを含有し、残部がコバル
ト基合金である炭化タングステン−コバルト−クロムコ
ーティングを有した。コーティング付き試験片は、3,
500kg/cm2(50,000psi)最大応力での交番
応力試験において6,000,000サイクルを超えて
も無傷であった。同様の硬さのコーティング無しのAI
SIタイプ4140鋼は、塩化カルシウムを300pp
mに減じた場合でも2,000,000サイクル未満で
破損した。
ルス・パーク、OHにより1985年に出版された「Me
tals Handbook 」9編、8巻の369頁に記載されるよ
うな回転ビーム疲労試験を300,000ppm塩化カ
ルシウムを含有する溶液に浸漬した試験片を使用して実
施した。試験片は、硬さ34HRCのAISIタイプ4
140鋼の基材上に付着された、約83重量%炭化タン
グステン及び約4重量%クロムを含有し、残部がコバル
ト基合金である炭化タングステン−コバルト−クロムコ
ーティングを有した。コーティング付き試験片は、3,
500kg/cm2(50,000psi)最大応力での交番
応力試験において6,000,000サイクルを超えて
も無傷であった。同様の硬さのコーティング無しのAI
SIタイプ4140鋼は、塩化カルシウムを300pp
mに減じた場合でも2,000,000サイクル未満で
破損した。
【0022】(例3)6,000,000サイクルの目
標に対して、例2で記載したようにして、回転ビーム疲
労試験を300,000ppm塩化カルシウムを含有す
る溶液に浸漬した試験片を使用して実施した。試験片
は、34HRCの硬さを有するAISIタイプ4140
鋼基材に約24重量%炭化クロム及び約7重量%ニッケ
ル基合金を含有し、残部炭化タングステンである(タン
グステン,クロム)炭化物−ニッケルコーティングを被
覆したものである。コーティング付き試験片は6,00
0,000サイクルを超えて無傷でありそして一つの試
験片は12,000,000サイクルを超えても無傷で
もった。同様の硬さのコーティング無しのAISIタイ
プ4140鋼は、塩化カルシウムを300ppmに減じ
た場合でも2,000,000サイクル未満で破損し
た。
標に対して、例2で記載したようにして、回転ビーム疲
労試験を300,000ppm塩化カルシウムを含有す
る溶液に浸漬した試験片を使用して実施した。試験片
は、34HRCの硬さを有するAISIタイプ4140
鋼基材に約24重量%炭化クロム及び約7重量%ニッケ
ル基合金を含有し、残部炭化タングステンである(タン
グステン,クロム)炭化物−ニッケルコーティングを被
覆したものである。コーティング付き試験片は6,00
0,000サイクルを超えて無傷でありそして一つの試
験片は12,000,000サイクルを超えても無傷で
もった。同様の硬さのコーティング無しのAISIタイ
プ4140鋼は、塩化カルシウムを300ppmに減じ
た場合でも2,000,000サイクル未満で破損し
た。
【0023】(例4)15.2cm(6インチ)直径の
回転子をその長さの3.3m(128インチ)にわたっ
て約24重量%炭化クロム及び約7重量%ニッケル基合
金を含み、残部が炭化タングステンである(タングステ
ン,クロム)炭化物−ニッケルコーティングでもって
0.15〜0.23mm(0.006〜0.009イン
チ)の厚さ被覆した。コーティングをUCAR−100
のエポキシ封止材で封止しそしてベルトサンディングに
より仕上げた。この回転子をモータに組込みそして実際
の油掘削作業において使用した。K−Mg−Cl掘削用
粒体中での105時間の運転後、回転子の表面は最初の
状態のままであり、コーティングあるいは下側の鋼回転
子本体の腐食の兆候はなかった。コーティングの厚さは
0.04〜0.05mm(0.0015〜0.0020
インチ)減じそして相手側の固定子の内径は約0.38
mm(0.015インチ)増大しただけであった。対照
的に、従来からのクロムめっきした回転子は、同じ使用
状態で、深く腐食したために交換するせざるを得なくな
るまで、僅か18時間しかもたなかった。
回転子をその長さの3.3m(128インチ)にわたっ
て約24重量%炭化クロム及び約7重量%ニッケル基合
金を含み、残部が炭化タングステンである(タングステ
ン,クロム)炭化物−ニッケルコーティングでもって
0.15〜0.23mm(0.006〜0.009イン
チ)の厚さ被覆した。コーティングをUCAR−100
のエポキシ封止材で封止しそしてベルトサンディングに
より仕上げた。この回転子をモータに組込みそして実際
の油掘削作業において使用した。K−Mg−Cl掘削用
粒体中での105時間の運転後、回転子の表面は最初の
状態のままであり、コーティングあるいは下側の鋼回転
子本体の腐食の兆候はなかった。コーティングの厚さは
0.04〜0.05mm(0.0015〜0.0020
インチ)減じそして相手側の固定子の内径は約0.38
mm(0.015インチ)増大しただけであった。対照
的に、従来からのクロムめっきした回転子は、同じ使用
状態で、深く腐食したために交換するせざるを得なくな
るまで、僅か18時間しかもたなかった。
【0024】(例5)例4と同様であるが、約13重量
%コバルト、4重量%クロム及び5重量%炭素を含有
し、残部がタングステンである(タングステン,クロ
ム)炭化物−コバルトコーティングで被覆した回転子を
やはり実際の油掘削作業において例4と同じ条件で試験
した。合計350時間の作業後、コーティングの表面の
ピッティングが観察された。にもかかわらず、回転子の
寿命は従来からのクロムめっき回転子の寿命(代表的に
同じ使用条件で18時間)よりはるかに長かった。
%コバルト、4重量%クロム及び5重量%炭素を含有
し、残部がタングステンである(タングステン,クロ
ム)炭化物−コバルトコーティングで被覆した回転子を
やはり実際の油掘削作業において例4と同じ条件で試験
した。合計350時間の作業後、コーティングの表面の
ピッティングが観察された。にもかかわらず、回転子の
寿命は従来からのクロムめっき回転子の寿命(代表的に
同じ使用条件で18時間)よりはるかに長かった。
【0025】
【発明の効果】回転子表面に特定の耐食性及び耐摩耗性
金属炭化物乃至硼化物コーティングを被覆することによ
り、回転子を使用するモータ乃至ポンプの使用寿命の有
効な増進を提供することができ、それらの使用を格段に
一層実用的としそしてコスト節減効果をもたらす。
金属炭化物乃至硼化物コーティングを被覆することによ
り、回転子を使用するモータ乃至ポンプの使用寿命の有
効な増進を提供することができ、それらの使用を格段に
一層実用的としそしてコスト節減効果をもたらす。
【0026】本発明について具体的に説明したが、ここ
で記載した部品の材質及び配列について本発明の範囲内
で多くの変更をなし得ることを銘記されたい。
で記載した部品の材質及び配列について本発明の範囲内
で多くの変更をなし得ることを銘記されたい。
【図1】単一スクリュー容積形装置の長手方向断面図で
ある。
ある。
2 回転子 3 コーティング 4 固定子 6 ハウジング 8 空洞 10 シャフト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マダプシ・カンドー・ケシャバン アメリカ合衆国テキサス州ザ・ウッドラン ズ、ゲイト・ヒル・ドライブ7
Claims (7)
- 【請求項1】 モータ及びポンプから選択される容積形
装置において使用されるコーティング付き回転子にし
て、該コーティング付き回転子が、金属炭化物−金属乃
至合金、金属硼化物−金属乃至合金並びにそれらの混合
物から成る群から選択されるコーティングを有し、この
場合該コーティングは、金属炭化物コーティングに対し
ては少なくとも65重量%の炭化物、金属硼化物コーテ
ィングに対しては少なくとも65重量%の硼化物そして
混合金属炭化物−金属硼化物コーティングに対しては少
なくとも65重量%の炭化物及び硼化物を含有し且つ少
なくとも900HV.3の硬さを有することを特徴とす
るコーティング付き回転子。 - 【請求項2】 コーティングが(タングステン,クロ
ム)炭化物−コバルト乃至コバルト合金及び(タングス
テン,クロム)炭化物−ニッケル乃至ニッケル合金から
成る群から選択される請求項1のコーティング付き回転
子。 - 【請求項3】 金属炭化物の粒寸が75ミクロン未満で
ありそして金属乃至合金の粒寸が75ミクロン未満であ
る請求項2のコーティング付き回転子。 - 【請求項4】 コーティングが溶射コーティングである
請求項1のコーティング付き回転子。 - 【請求項5】 コーティングが封止材で封止される請求
項4のコーティング付き回転子。 - 【請求項6】 請求項1のコーティング付き回転子を含
む容積形モータ。 - 【請求項7】 請求項1のコーティング付き回転子を含
む容積形ポンプ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/032,933 US5395221A (en) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | Carbide or boride coated rotor for a positive displacement motor or pump |
US032933 | 1993-03-18 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06299973A true JPH06299973A (ja) | 1994-10-25 |
Family
ID=21867647
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6071272A Pending JPH06299973A (ja) | 1993-03-18 | 1994-03-17 | 容積形モータ或いはポンプのための炭化物乃至硼化物コーティング付き回転子 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5395221A (ja) |
EP (1) | EP0627556B2 (ja) |
JP (1) | JPH06299973A (ja) |
CA (1) | CA2119322C (ja) |
DE (1) | DE69414461T3 (ja) |
ES (1) | ES2123676T5 (ja) |
SG (1) | SG43287A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101138207B1 (ko) * | 2010-02-10 | 2012-05-10 | 주식회사 코아비스 | 연료펌프용 아마추어 및 그 제조 방법 |
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