阅读说明：本技术 具有电镀层的升降柱塞以及用于生产其的系统和方法 (Lift plunger with electroplated layer and system and method for producing the same ) 是由 塞缪尔·洛马斯尼 于 2018-03-23 设计创作，主要内容包括：在此描述了有涂层的升降柱塞,该升降柱塞具有改进的硬度、耐用度以及耐腐蚀性,还描述了制造、重新加工和使用该升降柱塞的方法。(Coated lift plungers having improved hardness, durability, and corrosion resistance are described herein, as well as methods of making, reworking, and using the lift plungers.)

具有电镀层的升降柱塞以及用于生产其的系统和方法

技术领域

本公开的实施例大体上提供一种有涂层的升降柱塞，该升降柱塞具有改进的硬度、耐用度、以及抗腐蚀度，还提供了制造、重新加工以及使用该升降柱塞的方法。

背景技术

升降柱塞用在石油井(例如，含有流体、气体、或固态碳氢化合物或以上的混合物的井)中的人工升举和柱塞升降系统，以增加产量或移除污染物。升降柱塞承受腐蚀性情况、巨大撞击、以及高磨损机制或处理。目前使用有涂层的钢或钛。然而，定制这样材料的性能是困难的，并且使用钛的加工成本较高。因此，需要具有改进的耐腐蚀性、硬度以及耐用性的可定制的升降柱塞。本公开解决了这些问题并且提供具有显著优点的相关改进。

发明内容

本公开的多个方面包括一种用于制备有涂层的升降柱塞的方法，所述方法包括：在柱塞芯的表面上应用层压涂层以形成有涂层的升降柱塞，柱塞芯沿纵向轴线基本上对称并且具有第一直径和柱塞主体。本公开的另外的多个方面包括由在此描述的方法生产的有涂层的升降柱塞。

本公开的另外的多个方面包括一种有涂层的升降柱塞，包括：沿纵向轴线基本上对称并且具有第一直径以及柱塞主体的柱塞芯；以及柱塞芯的表面上的层压涂层，层压涂层具有厚度，层压涂层包括第一层和第二层，第一层具有第一组分和第一纳米结构，并且第二层具有第二组分和第二纳米结构。

本公开的多个方面还包括一种用于重新加工具有机械磨损的升降柱塞的方法，所述方法包括：基于测量的升降柱塞的尺寸特征来确定机械磨损量；基于测量的尺寸特征和使用或磨损前升降柱塞的初始的尺寸特征的比较来确认磨损面；确定电镀重新加工处理，以将层压涂层沉积在磨损面上；以及执行电镀重新加工处理。

在额外的多个方面中，本公开提供了一种用于从井中清理井底积聚物的方法，包括：将有涂层的升降柱塞定位在石油井管中；以及将有涂层的升降柱塞释放到石油井管内，以允许有涂层的升降柱塞在石油井管中移动将液体和井底积聚物从石油井的底部位置携带到石油井的顶部位置，并且允许井底气体从石油井的底部位置移动到石油井的顶部位置。

附图说明

参考附图作出详细描述。在附图中，附图标记的最左边的数字表示该附图标记在其中出现的附图。在不同附图中，附图标记的最右边相同的数字表示相似或相同的组件或特征。

在附图中的元件的尺寸和相对位置并不一定按比例绘制。例如，不同元件的形状和角度并未按比例绘制并且一些元件任意地放大并定位来增加附图的易读性。此外，绘制的元件的特定形状并非旨在传达有关特定元件的真实形状的任何信息，并且仅为了在附图中易于识别而选择出。

图1示出了升降柱塞的一个示意性实施例；

图2示出了本公开的一个示意性有涂层的升降柱塞以及该升降柱塞的两个截面图；

图3示出了柱塞芯以及柱塞芯的四个截面图，每个截面图示出了轻量化特征的一个示例；

图4示出了本公开的一种示意性方法的流程图；

图5示出了本公开的一种示意性方法的流程图；

图6A和图6B示出了本公开的示意性升降柱塞的两个视图。

具体实施方式

本公开大体涉及有涂层的升降柱塞，该升降柱塞具有改进的硬度、耐用性以及耐腐蚀性，本公开还涉及制造、重新加工、以及使用该升降柱塞的方法。

在更详细陈述本公开之前，提供在此将使用的确切术语的定义可有助于理解这些术语。额外的定义在本公开通篇中陈述。

“电镀”或“电沉积”分别指的是一种工艺或由此导致的产品，其中使用电解来将涂层沉积在工件上。换言之，工件与包括一种或多种离子(例如，金属、陶瓷等)的电解质溶液接触(例如，部分浸入或完全浸入)，同时电流流经工件和电解质溶液，导致薄涂层沉积在工件的表面上。包括两个或多个层的这样的电镀涂层可称为“复合”涂层。

出于本公开的该目的，“涂层”包括任何电镀到工件的表面上的多个薄层。因此，如本文使用的“涂层”包括覆盖层，覆盖层由芯轴的表面上的一系列薄电镀层构成，其中在电镀层的形成之后移除芯轴。覆盖层通常在形成后固定到另一个物品上作为保护层。

“纳米涂层”指的是包括两个或多个层的电镀涂层，其中单个层的厚度小于10,000纳米(即10微米)。尽管本文描述的工艺特别适合于提供纳米涂层，还可使用相同或类似的工艺来制造类似的物品(其中单个层的厚度大于10微米)。这样的涂层可称为“纳米涂层”。

术语“柱塞芯工件”(简称为“柱塞芯”)包括其表面上电沉积有涂的任何物品。柱塞芯包括衬底和芯轴，衬底为其上施加涂层的物体，芯轴为在形成后从中移除涂层的衬底。“增材制造”指的是通过依次添加材料来制备三维物体。该工艺包括所有形式的直接数字化制造，包括直接数字化沉积、三维打印(3D打印)、选择性激光烧结(SLS)、烧结激光熔融(SLM)、熔融沉积成型(FDM)、立体光固化(SLA)、连续液体界面打印(CLIP)、切割织物、形成织物、切割非织物、形成非织物、切割泡沫板、或形成泡沫板。

“直接数字化制造”或“快速成型”指的是通过数字模型对任何形状的三维实体进行增材制造。该工艺为一种增材工艺，其中材料的连续的层、带、珠或区以不同形状铺设或固化以形成三维制品。

“选择性激光烧结”(SLS)是指一种工艺，其中粉末床层通过激光的作用而局部结合，从而一次形成制品的一个横截面。

“熔融沉积成型”(FDM)指的是用熔化的材料(例如，热塑性塑料)依次构建所需形状的制品的工艺。

“立体光固化”(SLA)指的是液体聚合物由光引发的交联局部固化的工艺。在该工艺中，光被聚焦到未固化的光敏聚合物的容器的表面上，并且“绘制”出所需的2D截面形状，产生固化的2D图案。重复该过程则生产出所需形状的3D几何体。

“分层实体制造”(LOM)意味着使用按形状切割并且结合在一起的多个薄层(例如，纸、聚合物、金属)来形成所需的三维制品。

“聚合材料”指的是包括聚合物(即由重复的亚基组成的高分子)的任何材料，聚合材料具有高延展性同时还具有高硬度，以形成固体制品。聚合材料可为天然的、半合成的、或合成的。聚合材料包括塑料。

“塑料”指的是包括合成或半合成有机化合物的可塑的聚合材料的子集。可使用多种方法将塑料模塑为固体制品。塑料的示例包括芳香胺、丙烯酰胺、聚苯并咪唑(PBI)、聚醚酰亚胺、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺-亚胺、聚苯醚(PPO)、聚苯乙烯(PS)、PPO和PS、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚乙烯醇(PVA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚乳酸(PLA)、PC/ABS、纤维素纤维、聚苯砜(PPSU)、热固塑料、PBI-PEEK、尿素、环氧树脂、氰酸酯、以及聚氨酯。

“石油井”包括设计为将石油烃带到地面的液体或气体井。示例包括原油和天然气。

当与陈述的数值或范围结合使用时，术语“约”具有本领域的一般技术人员合理赋予的含义，即表示稍微多于或稍微少于规定值或范围，在规定值的±20％范围内；在规定值的±19％范围内；在规定值的±18％范围内；在规定值的±17％范围内；在规定值的±16％范围内；在规定值的±15％范围内；在规定值的±14％范围内；在规定值的±13％范围内；在规定值的±12％范围内；在规定值的±11％范围内；在规定值的±10％范围内；在规定值的±9％范围内；在规定值的±8％范围内；在规定值的±7％范围内；在规定值的±6％范围内；在规定值的±5％范围内；在规定值的±4％范围内；在规定值的±3％范围内；在规定值的±2％范围内；或在规定值的±1％范围内。

在描述物品的物理特性时术语“基本上”具有本领域中的一般技术人员合理赋予的含义，即表示该物品在很大程度上具有参考特征，例如，在参考特征的±20％范围内；在参考特征的±19％范围内；在参考特征的±18％范围内；在参考特征的±17％范围内；在参考特征的±16％范围内；在参考特征的±15％范围内；在参考特征的±14％范围内；在参考特征的±13％范围内；在参考特征的±12％范围内；在参考特征的±11％范围内；在参考特征的±10％范围内；在参考特征的±9％范围内；在参考特征的±8％范围内；在参考特征的±7％范围内；在参考特征的±6％范围内；在参考特征的±5％范围内；在参考特征的±4％范围内；在参考特征的±3％范围内；在参考特征的±2％范围内；或在参考特征的±1％范围内。例如，若物品的直径的任何两个测量值相对彼此在±20％；±19％；±18％；±17％；±16％；±15％；±14％；±13％；±12％；±11％；±10％；±9％；±8％；±7％；±6％；±5％；±4％；±3％；±2％；或±1％的范围内，则该物品可视作基本上圆形的。当与比较者结合使用时(例如，第一涂层基本上厚于第二涂层)，基本上用来代表差值为参考特征的至少±20％；参考特征的至少±19％；参考特征的至少±18％；参考特征的至少±17％；参考特征的至少±16％；参考特征的至少±15％；参考特征的至少±14％；参考特征的至少±13％；参考特征的至少±12％；参考特征的至少±11％；参考特征的至少±10％；参考特征的至少±9％；参考特征的至少±8％；参考特征的至少±7％；参考特征的至少±6％；参考特征的至少±5％；参考特征的至少±4％；参考特征的至少±3％；参考特征的至少±2％；或参考特征的至少±1％。

如本文使用的“基本上均匀”，例如“基本上均匀的厚度”代表整体厚度相比于平均厚度的偏差小于±30％。可以指定更严格的公差，包括与平均表面厚度的偏差小于±25％、±20％、±15％、±10％或±5％。

在本公开的描述的语境中(特别是在随后的权利要求的语境中)使用的术语“一个”、“该”以及类似的冠词或术语应当解释为涵盖单数和复数(即，“一个或多个”)，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。本文叙述的值的范围旨在用作速记方法，分别指代落入该范围内的每个单独的值。在本说明书中，任何浓度范围、百分比范围、比例范围或整数范围应理解为包括在所述范围内的任何整数的值，以及在适当时包括其分数(例如整数的十分之一和百分之一百)，除非另有说明。同样地，与任何物理特征(例如尺寸或厚度)有关的本文所述的任何数字范围应理解为包括所述范围内的任何整数，除非本文另外指出。除非本文另外指出，否则每个单独的值都包括在说明书中，就好象它在本文中被单独引用一样。

可选性(例如，“或”)的使用应当理解为代表可选物之一、双方或任何组合。上述多种实施例可组合以提供其他实施例。本文描述的本公开的可选元件或实施例的组不应被结束为限制。组中的每个构成部分可以单独引用，也可以与组中其他部分或此处找到的其他元件组合使用。

本文公开的每个实施例可包括，基本上由以下组成，或由以下组成：特别陈述的元件、步骤、成分或组件；(本质上)由特别陈述的元件、步骤、成分或组件构成。术语“包括”代表“包括但不限制于”，并且允许包括未指明的元件、步骤、成分或组件(即使占主要部分)。短语“由…组成”排除未指明的任何元件、步骤、成分或组件。短语“基本上由…组成”将实施例的范围限制为特定的元件、步骤、成分或组件，以及那些不会实质性影响要求保护的公开的基本和新颖性特征的特征。

带涂层的升降柱塞

如上所述，本公开提供有涂层的升降柱塞。如本文使用的，“升降柱塞”包括适合用于人工升举或柱塞升举系统中的任何基本上圆柱的结构。在一些实施例中，本公开的升降柱塞为常规的、持续流动的移位环、垫、刷、实心环、套筒和滚珠、或蛇形柱塞。

为了描述本公开的装置和系统的特别实施例参考附图。该讨论不应当解释为限制性的，这是由于本文描述的实施例的特定细节为示例的形式并且出于示意性讨论本公开的实施例的目的。

参考图1，升降柱塞100具有三个部分：顶部106，柱塞主体104以及基部108。顶部还包括打捞颈部分110。柱塞主体可包括顶端120；底端122；柱塞主体的顶端处的润滑器捕获部；以及柱塞主体的底端处的缓冲部124。

如图1所示，本公开的升降柱塞绕纵向轴线102基本上对称，纵向轴线102从柱塞芯的顶面的中心延伸至柱塞芯的底面的中心。在一些实施例中，升降柱塞的至少一部分是基本上圆柱体的。在其他实施例中，脊(ridge)、鳍、槽和/或其他这样的特征存在于柱塞芯的表面上。在图1中示出了槽112和脊114的示例。

如图2所示，本公开的有涂层的升降柱塞包括柱塞芯202和涂层204。柱塞芯绕纵向轴线基本上对称，该纵向轴线从柱塞芯的顶面中心延伸至柱塞芯的底面中心。在一些实施例中，柱塞芯的至少一部分为基本上圆柱体的。在其他实施例中，脊(ridge)、鳍、槽和/或其他这样的特征存在于柱塞芯的表面上。本公开的柱塞芯还具有至少一个直径。在一些实施例中，柱塞芯的长度或重量是至少基于石油井的属性来选择的。石油井的属性包括气液比例、套压、管压、线压、柱塞下落速度或井深。

在本公开的实施例中的柱塞芯可为任何适合的柱塞芯。在一些实施例中，柱塞芯由金属或合金制成。在一些实施例中，柱塞芯包括钛(Ti)、钢、铝(Al)、铜(Cu)、碳钢、铁(Fe)、不锈钢或以上的组合。在一些实施例中，柱塞芯由合金钢制成。在一些实施例中，合金钢包括：碳(C)和Fe；C、Fe、以及钼(Mo)；或C、Fe、Mo、以及钴(Co)。

在实施例中使用任何适合的方法将金属形成为柱塞芯。在实施例中，本公开的柱塞芯由增材制造工艺形成。在一些实施例中，本公开的柱塞芯由包括机械移除材料(例如通过切割、机加工、研磨、抛光或以上的组合)的工艺形成。

在实施例中，本公开的柱塞芯由聚合材料(例如，塑料)形成。在一些实施例中，柱塞芯包括热固性或热塑性材料。在不同的实施例中，柱塞芯包括塑料材料。在一些实施例中，柱塞芯包括一种或多种芳香胺、丙烯酰胺、聚苯并咪唑(PBI)、聚醚酰亚胺、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺-亚胺、聚苯醚(PPO)、聚苯乙烯(PS)、PPO和PS、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚乙烯醇(PVA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚乳酸(PLA)、PC/ABS、纤维素纤维、聚苯砜(PPSU)、热固塑料、PBI-PEEK、尿素、环氧树脂、氰酸酯、或聚氨酯。

在不同的实施例中，聚合材料(例如，塑料)包括添加剂，诸如炭黑(例如，约1％至5％w/w(重量比))、石墨烯(例如，PLA-石墨烯打印线材)、石墨、碳纳米管、碳纳米纤维或石墨纤维。此外，本公开的聚合材料(例如，塑料)还可包括金属(例如，Ag、Al、Au、B、Be、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn、Zr或以上的合金)。在这样的实施例中，添加到聚合材料(例如，塑料)的金属的含量在约1％至约50％重量比的范围内。

可使用任何适合的方法将聚合材料(例如，塑料)形成为柱塞芯，例如，铸造、注塑、吹塑、挤塑、切割、机加工、铣削、研磨、砂磨、抛光、喷砂、三维打印(3D打印)、选择性激光烧结(SLS)、烧结激光熔融(SLM)、熔融沉积成型(FDM)、立体光固化(SLA)、连续液体界面打印(CLIP)、切割织物、形成织物、切割非织物、形成非织物、切割泡沫板、或形成泡沫板。使用的形成的方法可赋予柱塞芯上的不同的属性。

在实施例中，形成聚合材料(例如，塑料)包括铸造、切割、铣削、研磨、砂磨、抛光、喷砂、3D打印、SLS、SLM、FDM、SLA、CLIP、切割织物、形成织物、切割非织物、形成非织物、切割泡沫板、或形成泡沫板。在一些实施例中，形成聚合材料(例如，塑料)包括切割、铣削、3D打印、FDM、SLA、CLIP、切割织物、形成织物、切割非织物、形成非织物、切割泡沫板、或形成泡沫板。

在实施例中，本公开的柱塞芯由增材制造工艺形成。在这样的实施例中，增材制造工艺可包括3D打印、SLS、SLM、FDM、SLA或CLIP。

在一些实施例中，柱塞芯由树脂注入或注塑热固塑料或热固材料形成。

在其他实施例中，柱塞芯由铸造、旋转模塑、注塑、吹塑、或挤塑形成。在其他实施例中，柱塞芯通过机械移除材料形成。材料例如可通过切割、铣削、研磨、砂磨、抛光或喷砂来机械移除。

在其他实施例中，柱塞芯由织物、非织物或泡沫板的切割或成型来形成。在这样的实施例中，织物、非织物或泡沫板可包括聚合材料。在一些实施例中，织物、非织物或泡沫板的成型包括织物、非织物或泡沫板的至少两个层的形成和分层。

柱塞芯还可包括轻量化特征。轻量化特征的示例包括柱塞芯内的多个孔洞；微孔或纳米孔泡沫；没有材料的区域；或桁架状结构。轻量化特征的密度在柱塞芯的至少一个方向上可不同。在实施例中，轻量化特征为多孔部分。

“多孔”指的是包括由一系列至少部分中空的多面体制成的至少部分中空的孔洞结构(也称作“单元”)的三维材料。每个多孔材料具有“孔洞体积”，该值衡量材料中“空的”空间的程度。换言之，孔洞体积是孔洞占材料的总体积的体积分数。多孔材料可为闭孔，其中各个孔洞结构完全包裹在制备多孔材料的材料中；或可为开孔，其中各个孔洞结构彼此连接从而流体或气体可在多孔材料中的孔洞内通过/经过孔洞；或包括开孔和闭孔。在一些实施例中，开孔多孔材料包括一些闭孔。在一些实施例中，开孔多孔材料包括闭孔的一个或多个区段。在一些实施例中，多孔材料为开孔泡沫。

如本文使用的，“泡沫”为通常通过将气泡封闭在液体或固体中形成的材料。通过在液体凝固的条件下将气泡封闭在液体中，在生成的固体中产生单元网络。泡沫可包括一系列不规则的多面体。

如图3的示例1所示，在实施例中，多个孔洞326具有不同的体积(例如，两种、三种、四种、五种、十种、二十种、或更多种体积)。在一些实施例中，在柱塞芯内的多个孔洞中的每个孔洞分别具有不同的体积。如图3的示例2所示，在其他实施例中，每单位体积的柱塞芯的多个孔洞326在柱塞芯的至少一个维度上变化。在一些这样的实施例中，孔洞可以全部具有基本相同的孔洞体积。

在一些实施例中，如图3的示例3中所示，轻量化特征包括多个支柱328，这些支柱在柱塞主体内限定孔洞326。在一些实施例中，如图3的示例4中所示，轻量化特征包括多个孔洞326，这些孔洞在尺寸和位置方面不具有固定模式(即，随机地设置尺寸和位置)。

柱塞主体的孔洞体积至少为1％。在一些实施例中，柱塞主体可具有至少5％的孔洞体积。在一些实施例中，柱塞主体可具有至少10％的孔洞体积。在一些实施例中，柱塞主体可具有至少25％的孔洞体积。在一些实施例中，柱塞主体可具有至少50％的孔洞体积。

在实施例中，柱塞主体的孔洞体积为约1％至约99％。在实施例中，柱塞主体的孔洞体积可以在约20％至约50％、约30％至约60％、约40％至约70％或约50％至约80％的范围内。在实施例中，柱塞主体可具有范围在约25％至约75％内的孔洞体积。在一些实施例中，柱塞主体的孔洞体积可以在约1％至约5％、约5％至约10％、约10％至约15％、约15％至约20％、约20％至约25％、约25％至约30％、约30％至约35％、约35％至约40％、约40％至约45％、约45％至约50％、约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％或约95％至约99％的范围内。

柱塞主体内的多个孔洞可以是任何合适的形状，例如圆形、正方形、矩形、椭圆形、三角形、菱形、六边形等。在一些实施例中，多个孔为同一种形状。在另外的实施例中，柱塞芯中的多个孔包括不止一种形状的孔。

在实施例中，轻量化特征是微孔或纳米孔泡沫。微孔泡沫包括尺寸在约0.1μm至约100μm范围内的孔洞(例如，气泡)。在实施例中，微孔泡沫是包括尺寸范围为约0.1μm至约100μm的气泡的人造塑料的形式。在一些实施例中，微孔泡沫包括尺寸小于50μm的气泡。纳米孔泡沫包括尺寸为约20nm至约100nm的孔洞(例如，气泡)。在某些实施例中，纳米孔泡沫为包括尺寸范围为约20nm至约100nm的气泡的人造塑料的形式。

在实施例中，轻量化特征是没有材料的区域。在一些实施例中，轻量化特征是以纵轴为中心并且延伸穿过柱塞主体的一部分的中空芯。在其他实施例中，轻量化特征是柱塞主体内的多个孔洞。在这样的实施例中，每单位体积的孔洞的数量可以沿着纵轴或沿着柱塞主体的第一直径变化。在另外的实施例中，在顶端和底端之间多个孔洞的密度更高。在其他实施例中，多个孔洞在顶端和底端处每单位体积的密度约为零。在一些实施例中，多个孔洞中的各个孔洞在尺寸上基本上是一致的，并且在整个柱塞主体的体积中，每单位体积的孔洞的数量是变化的。

在一些实施例中，多孔部分包括具有“支柱”的桁架状结构，该“支柱”在限定开放孔洞结构的多面体的顶点之间延伸。这样的支柱通常约大于几毫米。在一些实施例中，这样的支柱为数毫米或厘米。桁架状结构可以由规则多面体、不规则多面体或以上的组合的重复单元格组成。因此，在一些实施例中，桁架状结构包括多个相互连接的支柱，这些支柱形成在三个维度上延伸的一系列多面体。在某些实施例中，由多个多面体形成桁架状结构，其中多面体的至少一个面保留，而多面体的其余面不存在。

“多边形”是具有至少三个基本直的边和至少三个角的平面图形。“规则多边形”是所有角度基本相等并且所有边具有基本上相同的长度的多边形。

“多面体”是具有多个基本平的多边形面、多个基本直的边以及多个顶点的三维几何结构。“均匀多面体”是具有规则多边形的面并且顶点可递的多面体。“规则多面体”是指具有相同面的多面体，其形式可以是凸面规则多面体或星形多面体。“不规则多面体”是至少一个面与其余面不同的多面体。“三角”多面体是其中所有面都由三角形形成的多面体。

在实施例中，轻量化特征是桁架状结构。在实施例中，桁架状结构(例如，由在端部处或端部附近连接的基本上笔直的构件构成的基本上三角形的单元)形成密度在柱塞芯的一个或多个维度上变化的网络。在其他实施例中，桁架状结构形成的网络的密度在柱塞芯的一个或多个维度上不变。

在一些实施例中，基于石油井的属性来优化轻量化特征。石油井的属性示例包括液气比、套管压力、管道压力、管线压力、柱塞下降速度或井深。

在另外的实施例中，轻量化特征具有包括液体旁路或柱塞旋转的次级功能。

在另外的实施例中，柱塞芯包括密度比柱塞芯的任何其他部分大的增重区段。与体积相同而没有增重区段的柱塞芯相比，增重区段可能增加柱塞芯的重量。在实施例中，增重区段包括金属。在这样的实施例中，增重区段可包括Ti、钢、Al、Cu、碳钢、Fe或不锈钢。在一些实施例中，增重区段包括磁性材料。在另外的实施例中，磁性材料用于从石油井中移除柱塞、在石油井的顶部位置或底部位置捕获柱塞、或用于这两者。

在实施例中，如图6A所示，升降柱塞在顶表面中具有凹腔616。在这样的实施例中，凹腔可用于从石油井取回升降柱塞、移出已经楔入或卡住的升降柱塞，或用于这两者。如图6B所示，为了防止沙子、碎屑、液体等填充到凹腔中，可以存在穿过凹腔的侧壁延伸的孔618。在一些实施例中，孔位于凹腔的最深部分处或附近。在实施例中，凹腔延伸至升降柱塞的总长度的约5％的深度。在一些实施例中，凹腔延伸至升降柱塞的总长度的约10％的深度。在一些实施例中，凹腔延伸至升降柱塞的总长度的约15％的深度。在一些实施例中，凹腔延伸至升降柱塞的总长度的约20％的深度。在一些实施例中，凹腔延伸至升降柱塞的总长度的约25％的深度。

如上所述，本公开的有涂层的升降柱塞包括涂层。本公开的层压涂层(例如，纳米层压涂层)包括在某些实施例中以一个模式重复的多个层。在一些实施例中，多个层由交替的两种类型的层组成。在这样的实施例中，纳米层压涂层包括多个交替的第一和第二层。可替代地，在任意第一和第二层之间的涂层中可以存在一个或多个附加层。在其他实施例中，多个层由多于两个的层构成，这些层以任何合适的模式重复(例如，A-B-C-A-B-C-A-B-C或A-B-C-B-A-B-C)。

在实施例中，涂层包括至少两个层。每个层具有组分和纳米结构。组分是指诸如在层中包括哪些可电沉积的物质及其浓度的因素。纳米结构是指诸如平均颗粒尺寸、颗粒边界几何形状、晶体方向和缺陷密度的因素。相邻层之间的组分或纳米结构不同(或组分和纳米结构均不同)。在实施例中，相邻层在组分、颗粒尺寸、颗粒结构(例如形态或微结构)或以上组合的方面不同。

在一些实施例中，涂层包括多个第一层和多个第二层。在一些实施例中，涂层包括两、三、四或五个类型的层。在这样的实施例中，每种类型的层均可具有组分和纳米结构。每种类型的层之间的组分或纳米结构均不同。在实施例中，不同类型的层在组成、颗粒尺寸、颗粒结构(例如，形态或微结构)或以上的组合方面可不同。在实施例中，第二层与第一层在组分、颗粒尺寸、颗粒结构或以上的组合方面不同。

涂层的每一层或每一类型的层可以由金属、合金或陶瓷制成。在实施例中，涂层的层的每一层或每一类型的层包括至少一个独立地选自银(Ag)、Al、金(Au)、硼(B)、铍(Be)、碳(C)、Co、铬(Cr)，Cu、Fe、汞(Hg)、铟(In)、铱(Ir)、镁(Mg)、锰(Mn)、钼(Mo)、铌(Nb)、钕(Nd)、镍(Ni)、磷(P)、钯(Pd)、铂(Pt)、铼(Re)、铑(Rh)、锑(Sb)、硅(Si)、锡(Sn)、铅(Pb)、钽(Ta)、Ti、钨(W)、钒(V)、锌(Zn)和锆(Zr)的可电沉积的物质。在一些实施例中，涂层的每一层或每一类型的层包括至少0.01％(w/w)的Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn或Zr。每种可电沉积的物质可以约10％、约5％、约1％、约0.1％、约0.05％、约0.01％、约0.005％或约0.001％的重量浓度存在于涂层的层中或类型的层中。

在实施例中，层包括铬。在某些实施例中，涂层的层或类型的层是单晶Co。在一些实施例中，涂层的层或类型的层包括Al。在其他实施例中，涂层的层或类型的层包括Ni或Cr。在特定的实施例中，涂层的层或类型的层包括Ni、Fe和Cr。在一些实施例中，涂层的层或类型的层包括Ni、Fe、Cr和Mo。

在一些实施例中，涂层的每一层或每一类型的层包括两种或更多种、三种或更多种、四种或更多种、或五种或更多种不同的可电沉积物质。在一些实施例中，涂层的一个或多个层包括至少两种可电沉积物质的合金。在一些实施例中，涂层的一个或多个层包括至少三种可电沉积物质的合金。

可用于涂层的层或类型的层的示例性合金包括Zn和Fe；Zn和Ni；Co和Ni；Ni、Co和Mo；Ni和Fe；Ni和Cr；Cu和Zn；Cu和Sn；Ni、Co和P；Ni、Co、W和P；Ni、Co和W；Ni和W；Ni、W和P；Ni、Co和B；Ni、Co、W和B；或Ni、W和B。

在实施例中，每一层或每一类型的层包括NiCr、NiFe、NiCo、NiCrCo、NiAl、NiCrAl、NiFeAl、NiCoAl、NiCrCoAl、NiMo、NiCrMo、NiFeMo、NiCoMo、NiCrCoMo、NiW、NiCrW、NiFeW、NiFeW、NiCoW、NiCrCoW、NiMoW、NiNb、NiCrNb、NiFeNb、NiCoNb、NiCrCoNb、NiTi、NiCrTi、NiFeTi、NiCoTi、NiCrCoTi、NiCrP、NiCrAl、NiCoP、NiCoAl、NiFeP、NiFeAl、NiCrSi、NiCrB、NiCoSi、NoCoB、NiFeSi、NiFeB、Zn、ZnNi、ZnCrP、ZnCrAl、ZnFeP、ZnFeAl、ZnCoP、ZnCoAl、ZnNiP、ZnNiAl、ZnCrSi、ZnCrB、ZnFeSi、ZnFeB、ZnCoSi、ZnCoB、ZnNiSi、ZnNiB、CoCr、CoFe、CoCr、CoCr、CoFeSi、CoCrB、CoFeB、CoAl、CoW、CoCrW、CoFeW、CoTi、CoCrTi、CoFeTi、CoTa、CoCrTa、CoFeTa、CoC、CoCrC、CoFeC、FeCr、FeCrP、FeCrAl、FeCrSi或FeCrB。

在实施例中，每个层或每一类型的层包括Ni和W。在实施例中，每个层或每一类型的层包括Ni和Mo。在实施例中，每个层或每一类型的层包括Ni、Mo和W。

在一些实施例中，每个层包括NiCr、NiCo、NiW或NiCoP。在特定的实施例中，用于涂层的层或类型的层的合金包括Ni和Fe或Ni和Co。在另外的实施例中，涂层的层包括Co、Cr、Mo、W、Fe、Si、Mn和Ni中的三个或更多个、四个或更多个、或五个或更多个。

在特定的实施例中，涂层的第一层包括浓度为约50％(w/w)至约99％(w/w)的Ni。在这样的实施例中，涂层的第一层可以包括浓度大于约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)或约99％(w/w)的Ni。在一些实施例中，涂层的第一层包括浓度小于约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)或约99％(w/w)的Ni。

在某些实施例中，涂层的第二层包括浓度为约5％(w/w)至约35％(w/w)的Co。在这样的实施例中，第二层包括浓度范围在约5％(w/w)到约10％(w/w)、约10％(w/w)到约15％(w/w)、约15％(w/w)至约20％(w/w)、约20％(w/w)至约25％(w/w)、约25％(w/w)至约30％(w/w)、或约30％(w/w)至约35％(w/w)的Co。

在实施例中，涂层的层包括浓度为约5％(w/w)至约99％(w/w)的Cr。在一些实施例中，涂层的层包括浓度大于约5％(w/w)、约10％(w/w)、约15％(w/w)、约20％(w/w)、约25％(w/w)、约30％(w/w)、约35％(w/w)、约40％(w/w)、约45％(w/w)、约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)或约99％)的Cr。在一些实施例中，涂层的层包括浓度小于约5％(w/w)、约10％(w/w)、约15％(w/w)、约20％、约25％(w/w)、约30％(w/w)、约35％(w/w)、约40％(w/w)、约45％(w/w)、约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)或约99％(w/w)的Cr。

在实施例中，涂层的层包括浓度为约5％(w/w)至约35％(w/w)的Cr，纳米层压涂层的层包括的Ni浓度大于约90％(w/w)，或两者兼而有之。在其他实施例中，涂层的层包括浓度为约20％(w/w)至约50％(w/w)的Ni、浓度为约20％(w/w)至约35％的Cr，以及浓度大于约1.5％(w/w)的Mo。在一些实施例中，涂层的层包括浓度大于约7％(w/w)的Cr、浓度范围在约5％(w/w)至约30％(w/w)的Mo、浓度小于约3％(w/w)的W、浓度范围在约1.5％(w/w)到约15％(w/w)的Fe，浓度小于1％(w/w)的Si、浓度小于3％(w/w)的Mn，并且余量为Ni。

在实施例中，涂层的层包括浓度范围在约40％(w/w)至约70％(w/w)的Ni以及浓度范围在约20％(w/w)至约60％的W。在一些这样的实施例中，涂层的层还可以包括浓度高达约40％(w/w)的Mo。

在实施例中，涂层的层包括浓度范围为约50％(w/w)至约70％(w/w)的Ni以及浓度范围为约30％(w/w)至约50％的W。在一些这样的实施例中，涂层的层还可包括浓度高达约30％(w/w)的Mo。

在实施例中，涂层的层包括浓度至少为约50％(w/w)的Ni、以及浓度相加至多为约50％(w/w)的W和Mo。在实施例中，涂层的层包括浓度至少为约60％(w/w)的Ni、以及浓度相加至多为约40％(w/w)的W和Mo。在特定实施例中，涂层的层包括浓度为约60％(w/w)的Ni、以及浓度相加为约40％(w/w)的W和Mo。在特定实施例中，涂层的层包括浓度为约60％(w/w)的Ni以及浓度为约40％(w/w)的W。在实施例中，基于显微照片中的颗粒尺寸的测量值，每个层或每个类型的层包括具有范围在约1nm至约5000nm内的平均颗粒尺寸的细颗粒或超细颗粒的金属或金属合金。在一些实施例中，平均颗粒尺寸的范围为约1nm至约20nm、约1nm至约100nm、约5nm至约50nm、约5nm至约100nm、约5nm至约200nm、约10nm至约100nm、约10nm至约200nm、约20nm至约200nm、约20nm至约250nm、约20nm至约500nm、约50nm至约250nm、约50nm至约500nm、约100nm至约500nm、约200nm至约1000nm、约500nm至约2000nm、或约1000至约5,000nm。细颗粒金属或金属合金在金属颗粒之间可能具有较高的孪晶度，并且在相对于具有大于约5000nm的颗粒尺寸的相同组分的可电沉积的金属或合金具有改进的硬度、拉伸强度或耐蚀性的同时保持延展性。在一些实施例中，细颗粒金属或金属合金在金属颗粒之间具有较高的孪晶度，并且在相对于具有范围在约5000nm至约20000nm的颗粒尺寸的相同组分的可电沉积的金属或合金具有改进的硬度、拉伸强度或耐蚀性的同时保持延展性。在其他实施例中，细颗粒金属或金属合金在金属颗粒之间具有较高的孪晶度，并且在相对于具有大于约20000nm的颗粒尺寸的相同组分的可电沉积的金属或合金具有改进的硬度、拉伸强度或耐蚀性的同时保持延展性。

在一些实施例中，涂层的第一层和第二层分别包括第一合金和第二合金，第一合金和第二合金包括相同的第一和第二金属。在这样的实施例中，第一合金中的第一金属的浓度与第二合金中的第一金属的浓度之间的差可以不大于约50％。在一些实施例中，第一合金中的第一金属的浓度与第二合金中的第一金属的浓度之间的差可以不大于约30％。在这样的实施例中，第一合金中的第一金属的浓度与第二合金中的第一金属的浓度之差可以不大于约20％。在这样的实施例中，第一合金中的第一金属的浓度与第二合金中的第一金属的浓度之差可以不大于约10％。在一些实施例中，第一合金中的第一金属的浓度与第二合金中的第一金属的浓度之间的差至少为约1％。在一些实施例中，第一合金中的第一金属的浓度与第二合金中的第一金属的浓度之间的差至少为约2％。在一些实施例中，第一合金中的第一金属的浓度与第二合金中的第一金属的浓度之间的差至少为约5％。在一些实施例中，第一合金中的第一金属的浓度与第二合金中的第一金属的浓度之间的差至少约为10％。

每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约5nm至约25000nm的范围内。在实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在约150nm至约20000nm的范围内。在一些实施例中，第一层在柱塞芯上的一个或多个位置处的厚度独立地在约150纳米(nm)至约20000nm的范围内，并且第二层在柱塞芯上的一个或多个位置处的厚度在约150nm至约20000nm的范围内。在其他实施例中，第三金属层在柱塞芯上的一个或多个位置处的厚度在约150nm至约20000nm的范围内。在一些实施例中，层压涂层是纳米层压涂层。

在实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约5nm至约10000nm、约50nm至约15000nm或约1000nm至约20000nm的范围内。

在实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约50nm至约2,000nm的范围内。在实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约500nm至约3000nm、约1000nm至约4000nm或约1500nm至约5000nm的范围内。在实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约50nm至约1,000nm、约500nm至约1500nm、约1000nm至约2000nm或约1500nm至约2500nm的范围内

在实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约2nm至约750nm的范围内。在实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约2nm至约500nm的范围内。在实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约2nm至约250nm的范围内。在实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约2nm至约200nm的范围内。

在其他实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约5nm至约100nm、约50nm至约150nm、约100nm至约200nm或约150nm至约250nm的范围内。在其他实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约5nm至约25nm、约10nm至约30nm、约30nm至约60nm、约40nm至约80nm、约75nm至约100nm、约100nm至约120nm、约120nm至约140nm、约140nm至约180nm、约180nm至约200nm、约200nm至约225nm、约200nm至约250nm、约220nm至约250nm或约150nm至约250nm的范围内。

在实施例中，涂层在两个或多个位置具有基本一致的厚度。在一些实施例中，涂层在三个或更多个位置处具有基本一致的厚度。在一些实施例中，涂层在四个或更多个位置具有基本一致的厚度。在一些实施例中，涂层在五个或更多个位置具有基本一致的厚度。在一些实施例中，涂层在六个或更多个位置具有基本一致的厚度。

各个层之间的分界面可以是离散的或扩散的。如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离小于两个层中较薄的层的厚度的约20％，则相邻层之间的分界面被认为是“离散的”。在实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离小于两个层中较薄的层的厚度的约15％，则相邻层之间的分界面被认为是离散的。在一些实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离小于两个层中较薄的层的厚度的约10％，则认为相邻层之间的分界面是离散的。在一些实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离小于两个层中较薄的层的厚度的约8％，则认为相邻层之间的分界面是离散的。在一些实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离小于两个层中较薄的层的厚度的约5％，则认为相邻层之间的分界面是离散的。在一些实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离小于两个层中较薄的层的厚度的约4％，则认为相邻层之间的分界面是离散的。在一些实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离小于两个层中较薄的层的厚度的约2％，则认为相邻层之间的分界面是离散的。

在实施例中，如果第一层和第二层之间的组分迁移发生在两个层中的较薄的层的厚度的大于约20％上，则分界面是“扩散的”。在实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离大于两个层中较薄的层的厚度的约15％，则认为相邻层之间的分界面是扩散的。在实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离大于两个层中较薄的层的厚度的约10％，则认为相邻层之间的分界面是扩散的。在实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离大于两个层中较薄的层的厚度的约8％，则认为相邻层之间的分界面是扩散的。在实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离大于两个层中较薄的层的厚度的约5％，则认为相邻层之间的分界面是扩散的。在实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离大于两个层中较薄的层的厚度的约4％，则认为相邻层之间的分界面是扩散的。在实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离大于两个层中较薄的层的厚度的约2％，则认为相邻层之间的分界面是扩散的。在实施例中，扩散的分界面在第一层和第二层之间具有在约0.5nm至约5nm的范围内的厚度上的组分迁移。在一些实施例中，扩散的分界面的厚度在约0.5nm至约3nm的范围内。在一些实施例中，扩散的分界面的厚度在约1nm至约4nm的范围内。在一些实施例中，扩散的分界面的厚度在约2nm至约5nm的范围内。在其他实施例中，分散分界面的厚度在约0.5nm至约1nm、约1nm至约2nm、约2nm至3nm、约3nm至约4nm或约4nm至约5nm的范围内。

存在于升降柱塞的不同部分上的每个涂层的总厚度可以根据涂层的用途而大范围变化。在实施例中，涂层在整个升降柱塞上基本上是连续的。在实施例中，涂层在整个升降柱塞上是连续的。在一些实施例中，存在于升降柱塞的特定部分上的涂层在厚度上是均匀的或基本上均匀的。在某些实施例中，涂层在升降柱塞的一部分的长度上具有两个或更多个厚度。

在实施例中，涂层的厚度为约5nm至约5cm。在一些实施例中，涂层的厚度为约1μm至约75μm。在一些实施例中，涂层的厚度为约3μm至约50μm。在一些实施例中，涂层的厚度为约5μm至约35μm。在一些实施例中，涂层的厚度为约5nm至约200nm、约5nm至约25nm、约10nm至约30nm、约30nm至约60nm、约40nm至约80nm、约75nm至约100nm、约100nm至约120nm、约120nm至约140nm、约140nm至约180nm、约180nm至约200nm、约200至约250nm、约1μm至约5厘米(cm)、约1μm至约50μm、约50μm至约100μm、约100μm至约200μm、约200μm至约500μm、约500μm至约800μm、约800μm至约1.2毫米(mm)、约500μm至约1mm、约1mm至约1.5mm、约1.2mm至约2mm、约1.8mm至约2.5mm、约2mm至约3mm、约2.5mm至约5mm、约1mm至约5mm、约5mm至约1cm、约1cm至约2cm、或约2cm至约5cm。

在特定的实施例中，涂层的厚度为约5μm至约3500μm。在其他实施例中，涂层的厚度为约25μm至约2250μm、约125μm至约2050μm、约125μm至约1750μm、约200μm至约1500μm、约250μm至约1250μm、约250μm至约1000μm、约250μm至约750μm、约500μm至约1000μm。在另外的实施例中，涂层的厚度在独立地选自约25μm至约125μm、约50μm至约150μm、约125μm至约250μm、约250μm至约375μm、375μm至约500μm、约500μm至约750μm、约750μm至约1000μm、约1000μm至约1250μm、约1250μm至约1500μm、约1500μm至约1750μm、约1750μm约2000μm、约2000μm至约2250μm、约2250μm至约2500μm、约2500μm至约2750μm、以及约2750μm至约3000μm的范围内。

本文描述的涂层可包括大量的层。涂层可包括至少两层、至少三层、至少四层、至少六层、至少八层、至少十层、至少20层、至少30层、至少50层、至少100层、至少200层、至少500层、至少1,000层、至少1500层、至少2000层、至少2500层、至少3000层、至少3500层、至少4000层、至少5000层、至少6000层、至少7000层或至少8000层。在一些实施例中，涂层包括至少50层。在一些实施例中，涂层包括至少100层。在实施例中，涂层中的层的数量为约50层至约8000层。在一些实施例中，涂层中的层的数量在约100层至约8000层的范围内。在其他实施例中，涂层中的层的数量在约50层至约100层、约100层至约1000层、约1000层至约2000层、约2000层至约4000层、约4000层至约8000层、或大于约8000层的范围内。

本公开的实施例包括有涂层的升降柱塞，该升降柱塞包括沿纵向轴线基本对称并且具有第一直径和柱塞主体的柱塞芯；以及具有厚度的层压涂层，层压涂层包括第一和第二层，第一层具有第一组分和第一纳米结构，并且第二层具有第二组分和第二纳米结构。

通常，为了在由聚合材料(例如，塑料)制成的柱塞芯上施加涂层，首先将触击层涂覆在柱塞芯的聚合材料上。在实施例中，触击层足以使不导电或半导电的柱塞芯的表面充分导电，以允许将至少一层电沉积到柱塞芯上。触击层通常是非常薄的层，其使用高电流密度和低离子浓度的电解质溶液沉积在柱塞芯上。在实施例中，使用自动催化镀覆(即，电解质溶液包括准备与聚合材料(例如，塑料)反应的还原剂，并且催化剂是要沉积在柱塞芯的表面上的金属)。

在实施例中，利用的触击层为Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn、Zr或以上的合金。

本公开的涂层赋予的特定属性提供了改进的硬度、耐久性以及耐腐蚀性和耐热性。因此，在实施例中，柱塞芯被选择为进行涂覆以便在高腐蚀性使用环境中使用。

在实施例中，在未经热处理情况下，有涂层的升降柱塞具有至少约75的维氏显微硬度。在一些实施例中，在未经热处理情况下，有涂层的升降柱塞具有至少约100、至少约150、至少约200、至少约500或至少约1200的维氏显微硬度。

在一些实施例中，在未经热处理情况下，有涂层的升降柱塞具有如ASTM E384-11e1(材料努氏硬度和维氏硬度标准试验方法)测量的约75至约200、约100至约300、约300至约600、约550至约750、约600至约900、约750至约1000、约1000至约1200的维氏显微硬度。在其他实施例中，在未经热处理情况下，有涂层的升降柱塞具有如ASTM E384-11e1测量的约100至约150、约150至约250、约250至约350、约350至约550、约550至约600、约600至约650、约650至约700、约700至约750、约750至约800、约800至约850、约850至约900、约900至约1000、约1000至约1100、约1100至约1200的维氏显微硬度。

在一些实施例中，在H₂S分压大于0.05psi(0.3kPa)的酸性使用环境下，有涂层的升降柱塞能抵抗H₂S诱导的硫化物应力开裂。在另外的实施例中，在75摄氏度下经受使用15％的HCl的美国腐蚀工程师协会(NACE)TM0193-2016标准化测试达6小时，涂层的质量损失不超过25％。在另外的实施例中，当暴露于根据NACE标准TM0175或美国测试和材料学会(ASTM)E399标准的用于高酸性气体条件下测试的高压釜环境中时，有涂层的升降柱塞能抵抗纳米层压涂层的开裂。在另外的实施例中，有涂层的升降柱塞具有抗点蚀的能力，其中当根据ASTM G48测试标准进行测试时，单个凹点不深于纳米复合材料涂层的10％。在另外的实施例中，有涂层的升降柱塞具有抗点蚀的能力，其中在pH值为约3至约7的使用环境中，单个凹点不深于纳米复合材料涂层的10％。在另外的实施例中，有涂层的升降柱塞具有抗点蚀的能力，其中在pH为约7至约6.5、约6.5至约6、约6至5.5、约5.5至约5、约5至约4.5、约4.5至约4、约4至约3.5或约3.5至约3的使用环境中，单个凹点不深于纳米层压涂层的10％。

在实施例中，在根据pH值范围在约3至约7的使用环境中根据NACE TM0177标准化测试的硫化物应力开裂环境中承受有涂层的升降柱塞的屈服强度的80％的拉伸载荷达720小时，有涂层的升降柱塞能抵抗开裂。在某些实施例中，在根据pH值范围在约7至约6.5、约6.5至约6、约6至5.5、约5.5至约5、约5至约4.5、约4.5至约4、约4至约3.5或约3.5至约3的使用环境中的NACE TM0177标准化测试的硫化物应力开裂环境中承受有涂层的升降柱塞的屈服强度的80％的拉伸载荷达720小时，有涂层的升降柱塞能抵抗开裂。本公开的有涂层的升降柱塞包括通过本文描述的任何方法生产的升降柱塞。

在实施例中，本公开的升降柱塞还包括冲击板。冲击板可以包括Ti、钢、Al、Cu、碳钢、Fe、不锈钢或以上的组合。

在特定实施例中，有涂层的升降柱塞是滚珠和套筒柱塞，并且套筒、滚珠或以上两者都涂覆有层压涂层。

本公开的有涂层的升降柱塞包括通过本文描述的任何方法生产的升降柱塞。

用于在升降柱塞上沉积涂层的方法

本文提供了用于在柱塞芯上电沉积涂层以产生有涂层的升降柱塞的方法。因此，本发明的方法通常生产如本文所述的有涂层的升降柱塞。在实施例中，有涂层的升降柱塞为常规的、持续移动的移位环、垫、刷、实心环、套筒和滚珠、或蛇形柱塞。图4示出了示出说明性方法的流程图。

本公开的方法包括在柱塞芯的表面上施加层压涂层，该柱塞芯沿纵向轴线基本对称并且具有第一直径和柱塞主体，从而形成有涂层的升降柱塞。在一些实施例中，本公开的方法还包括由聚合材料(例如，塑料)形成柱塞芯。

在本公开的实施例中采用的柱塞芯可以是任何合适的柱塞芯。在实施例中，柱塞芯由金属或合金制成。在一些实施例中，柱塞芯包括Ti、钢、Al、Cu、碳钢、Fe、不锈钢或以上的组合。在一些实施例中，柱塞芯由钢合金制成。在某些实施例中，钢合金包括：C和Fe；C，Fe和Mo；或C，Fe，Mo，和Co。在实施例中，使用任何合适的方法将金属形成柱塞芯。在实施例中，本公开的柱塞芯通过增材制造工艺形成。在一些实施例中，本公开的柱塞芯通过包括机械地移除材料的工艺形成，例如通过切割、机械加工、研磨、抛光或以上的组合。

在实施例中，本公开的柱塞芯由聚合材料(例如，塑料)形成。在实施例中，柱塞芯包括热固性或热塑性材料。在不同的实施例中，柱塞芯包括塑料材料。在一些实施例中，柱塞芯包括一种或多种芳香胺、丙烯酰胺、PBI、聚醚酰亚胺、PEKK、PEEK、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺-亚胺、PPO、PS、PPO和PS、PPA、PVA、ABS、PC、PLA、PC/ABS、纤维素纤维、聚苯砜(PPSU)、热固塑料、PBI-PEEK、尿素、环氧树脂、氰酸酯、或聚氨酯。

在不同的实施例中，聚合物材料(例如，塑料)包括添加剂，例如炭黑(例如，约1％至约5％(w/w))、石墨烯(例如，PLA-石墨烯印刷线材)、石墨、碳纳米管、碳纳米纤维或石墨纤维。另外，本公开的聚合物材料(例如，塑料)还可包括金属(例如，Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn、Zr或以上的合金)。在这样的实施例中，添加到聚合材料(例如，塑料)中的金属的浓度可包括在约1％至约20％(w/w)的范围内。

可以使用任何合适的方法将聚合材料(例如塑料)制成柱塞芯，例如，铸造、注塑、吹塑、挤塑、切割、机械加工、研磨、铣削、砂磨、抛光、喷砂、3D打印、SLS、SLM、FDM、SLA、CLIP、切割织物、形成织物、切割非织物、形成非织物、切割泡沫板或形成泡沫板。所使用的形成方法可以赋予柱塞芯不同的性能。

在实施例中，形成聚合物材料(例如，塑料)包括铸造、切割、铣削、研磨、砂磨、抛光、喷砂、3D打印、SLS、SLM、FDM、SLA、CLIP、切割织物、形成织物、切割非织物、形成非织物、切割泡沫板或形成泡沫板。在一些实施例中，形成聚合物材料(例如，塑料)包括切割、铣削、3D打印、FDM、SLA、CLIP、切割织物、形成织物、切割非织物、形成非织物、切割泡沫板或形成泡沫板。

在实施例中，本公开的柱塞芯通过增材制造工艺形成。在这样的实施例中，增材制造工艺可以是包括3D打印、SLS、SLM、FDM、SLA或CLIP的增材制造工艺。在实施例中，柱塞芯可以通过直接数字制造来形成。

在实施例中，形成聚合物材料(例如，塑料)包括注入树脂或注塑热固性或热塑性材料。

在其他实施例中，柱塞芯通过铸造、旋转模塑、注塑、吹塑或挤塑形成。在其他实施例中，通过机械地去除材料来形成柱塞芯。可以例如通过切割、铣削、研磨、砂磨、抛光或喷砂来机械去除材料。

在另外的实施例中，柱塞芯是通过将织物、非织物或泡沫板切割或成形而形成的。在这样的实施例中，织物、非织物或泡沫板可包括聚合材料。在一些实施例中，织物、非织物或泡沫板的成形包括织物、非织物或泡沫板的至少两层的形成和层叠。

柱塞芯还可包括轻量化特征。轻量化特征的示例包括柱塞芯内的多个孔洞；微孔或纳米孔泡沫；没有材料的区域；或桁架状结构。轻量化特征的密度在柱塞芯的至少一个方向上可不同。在实施例中，轻量化特征为多孔部分。

在实施例中，多个孔洞具有不同的体积(例如，两种、三种、四种、五种、十种、二十种或更多种体积)。在另外的实施例中，柱塞芯的每单位体积的多个孔洞在柱塞芯的至少一个维度上变化。在一些实施例中，轻量化特征包括多个支柱，这些支柱在柱塞主体内限定孔洞。

柱塞主体的孔洞体积至少为1％。在一些实施例中，柱塞主体可具有至少5％的孔洞体积。在一些实施例中，柱塞主体可具有至少10％的孔洞体积。在一些实施例中，柱塞主体可具有至少25％的孔洞体积。在一些实施例中，柱塞主体可具有至少50％的孔洞体积。

在实施例中，柱塞主体的孔洞体积为约1％至约99％。在实施例中，柱塞主体的孔洞体积可以在约20％至约50％、约30％至约60％、约40％至约70％、或约50％至约80％的范围内。在实施例中，柱塞主体可具有范围在约25％至约75％的孔洞体积。在一些实施例中，柱塞主体的孔洞体积可以在约1％至约5％、约5％至约10％、约10％至约15％、约15％至约20％、约20％至约25％、约25％至约30％、约30％至约35％、约35％至约40％、约40％至约45％、约45％至约50％、约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％、以及约95％至约99％的范围内。

在实施例中，轻量化特征是微孔或纳米孔泡沫。在一些实施例中，微孔泡沫是包括直径范围在约0.1μm至约100μm的气泡的人造塑料的形式。在一些实施例中，微孔泡沫包括尺寸小于50μm的气泡。在一些实施例中，纳米孔泡沫是包括尺寸范围为约20nm至约100nm的气泡的人造塑料的形式。

在一些实施例中，轻量化特征是中空芯，该中空芯以纵向轴线为中心并且延伸穿过柱塞主体的一部分。在其他实施例中，轻量化特征是柱塞主体内的多个孔洞。在这样的实施例中，每单位体积的孔洞的数量可以沿着纵向轴线或沿着柱塞主体的第一直径变化。在另外的实施例中，在顶端和底端之间多个孔洞的密度更高。在其他实施例中，在顶端和底端处每单位体积的多个孔洞的密度约为零。在一些实施例中，多个孔洞中的单个孔洞在尺寸上基本上是一致的，并且在整个柱塞主体的体积中，每单位体积的多个孔洞的数量是变化的。

在实施例中，桁架状结构形成密度在柱塞芯的一个或多个维度上变化的网络。在其他实施例中，桁架状结构形成的网络的密度在柱塞芯的一个或多个维度上不变。

轻量化特征可能是增材制造工艺的结果。

在一些实施例中，基于石油井的属性选择轻量化特征。在一些实施例中，至少基于石油井的属性来选择柱塞芯的长度或重量。石油井的属性的示例包括液气比、套管压力、管道压力、管线压力、柱塞下降速度或井深。

在另外的实施例中，柱塞芯包括密度大于柱塞芯的任何其他部分的增重区段。与体积相同而没有增重区段的柱塞芯相比，增重区段可能增加柱塞芯的重量。在实施例中，增重区段包括金属。在这样的实施例中，增重区段可包括Ti、钢、Al、Cu、碳钢、Fe或不锈钢。在一些实施例中，增重区段包括磁性材料。在另外的实施例中，磁性材料用于从石油井中移除柱塞、在石油井的顶部位置或底部位置捕获柱塞、或用于这两者。

在实施例中，如图6A所示，升降柱塞在顶表面中形成凹腔616。在这样的实施例中，凹腔可用于从石油井取回升降柱塞、移出已经楔入或卡住的升降柱塞，或用于这两者。如图6B所示，为了防止沙子、碎屑、液体等填充到凹腔中，可以存在穿过凹腔的侧壁延伸的孔618。在一些实施例中，孔位于凹腔的最深部分处或附近。在实施例中，凹腔延伸至升降柱塞的总长度的约5％的深度。在一些实施例中，凹腔延伸至升降柱塞的总长度的约10％的深度。在一些实施例中，凹腔延伸至升降柱塞的总长度的约15％的深度。在一些实施例中，凹腔延伸至升降柱塞的总长度的约20％的深度。在一些实施例中，凹腔延伸至升降柱塞的总长度的约25％的深度。

将至少一种可电沉积的物质电沉积到柱塞芯上可包括通过将柱塞芯浸没在电解质浴中、将柱塞芯部分地浸没在电解质浴中或使用其他合适的方式施加电解质溶液来使柱塞芯与电解质溶液接触。

电解质溶液包括液体和一种或多种可电沉积的物质，例如Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr。在一些实施例中，液体是离子液体。在一些实施例中，电解质溶液包括一种或多种添加剂。添加剂的示例包括增白剂、均化剂、表面活性剂等。

可以减小施加到柱塞芯的一部分的电流密度，以便获得比在柱塞芯的其他部分上的纳米层压涂层更薄的纳米层压涂层。可以通过在柱塞芯的一部分附近放置屏蔽层或窃取层来降低电流密度。

为了将可电沉积的物质电沉积到柱塞芯上，将电压或电流施加到柱塞芯或与柱塞芯接触的导电制品。在一些实施例中，施加的电压或电流随时间变化。改变施加到柱塞芯的电压或电流可以包括在一段时间内将电压或电流从第一电压或电流改变为第二电压或电流，以及在一段时间内将第二电压或电流改变为第一电压或电流。在一些实施例中，在一段时间内将第一或第二电压或电流改变为第三电压或电流，并且将第三电压或电流改变为第一电压或电流、第二电压或电流或第四电压或电流。在一些实施例中，方法还包括向电沉积浴施加第三电流，从而导致第三层电沉积到柱塞芯上。在一些这样的实施例中，第三金属层包括第一金属或第二金属。

柱塞芯可能要经过预处理步骤。例如，在接收电沉积涂层之前，可对柱塞芯进行清洗、蚀刻等。除了其他益处之外，这样的预处理步骤可以改善纳米层压涂层的粘附性。

在实施例中，首先将触击层涂覆到聚合物材料上(例如，塑料)。在实施例中，触击层足以使不导电或半导电的柱塞芯的表面充分导电，以允许将至少一个层电沉积到柱塞芯上。触击层通常是非常薄的层，其使用高电流密度和低离子浓度的电解质溶液沉积在柱塞芯上。在实施例中，触击层包括Ag、Al、Au、B、Be、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Sn、Mn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn、Zr或以上的合金。

在另外的实施例中，本公开的方法还包括通过化学蚀刻、原位蚀刻、机械研磨或去除材料来活化柱塞芯的表面。在一些实施例中，活化表面包括等离子体蚀刻、机械蚀刻、砂磨、粗糙化或喷砂。

因此，在一些实施例中，本公开的方法包括在施加层压涂层之前预处理柱塞芯的表面以增加柱塞芯的表面的表面能；使柱塞芯的至少一部分与包括可电沉积的离子的电沉积浴接触；在第一段时间内将第一电流施加到电沉积浴，从而使第一层电沉积到柱塞芯上，第一层至少包括第一金属和第二金属；以及在第二段时间内向电沉积浴施加第二电流，从而使第二层电沉积到柱塞芯上，第二层包括第一金属或第二金属。

如上所述，本公开的方法还包括涂覆柱塞芯。本公开的涂层包括以同一模式重复的多个层。在一些实施例中，多个层由交替的两种类型的层组成。在这样的实施例中，纳米层压涂层包括多个交替的第一和第二层。可替代地，在任何第一和第二层之间的涂层中可以存在一个或多个附加层。在其他实施例中，多个层由多于两个的层构成，这些层以任何合适的模式重复(例如，A-B-C-A-B-C-A-B-C或A-B-C-B-A-B-C)。

在实施例中，涂层包括至少两个层。每个层具有组分和纳米结构。组分是指诸如在层中包括哪些可电沉积的物质及其浓度的因素。纳米结构是指诸如平均颗粒尺寸、颗粒边界几何形状、晶体方向和缺陷密度的因素。相邻层之间的组分或纳米结构不同。在实施例中，相邻层在组分、颗粒尺寸、颗粒结构(例如形态或微结构)或以上的组合方面不同。

在一些实施例中，涂层包括多个第一层和多个第二层。在一些实施例中，涂层包括两、三、四或五个类型的层。在这样的实施例中，每种类型的层可以具有组分和纳米结构。每种类型的层之间的组分或纳米结构不同。在实施例中，不同的类型的层在组分、颗粒尺寸、颗粒结构(例如，形态或微结构)或以上的组合方面不同。在实施例中，第二层在组分、颗粒尺寸、颗粒结构或以上的组合方面不同于第一层。在其他实施例中，第三层在组分、颗粒尺寸、颗粒结构或以上的组合方面不同于第一层或第二层。

涂层的每一个层或每一类型的层可以由金属、合金或陶瓷制成。在一些实施例中，本公开的方法生产涂层包括含量至少为0.01％(w/w)的Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr中的至少一个。在实施例中，涂层的每一个层或每一类型的层包括独立地选自Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr中的至少一种可电沉积的物质。在一些实施例中，涂层的每一个层或每一类型的层包括至少0.01％(w/w)的Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn或Zr。每种可电沉积物质按重量计为约10％、约5％、约1％、约0.1％、约0.05％、约0.01％、约0.005％或约0.001％的浓度存在于涂层的层或类型的层中。

在实施例中，层包括铬。在某些实施例中，涂层的层或类型的层是单晶Co。在一些实施例中，涂层的层包括Al。在其他实施例中，涂层的层包括Ni或Cr。在特定的实施例中，涂层的层包括Ni、Fe和Cr。在一些实施例中，涂层的层包括Ni、Fe、Cr和Mo。在一些实施例中，涂层的每一个层或类型的层包括两种或更多种，三种或更多种，四种或更多种、或五种或更多种不同的可电沉积的物质。在一些实施例中，涂层的一个层或多个层包括至少两种可电沉积的物质的合金。在一些实施例中，涂层的一个层或多个层包括至少三种可电沉积的物质的合金。

可用于涂层的层或类型的层的示意性合金包括Zn和Fe；Zn和Ni；Co和Ni；Ni、Co和Mo；Ni和Fe；Ni和Cr；Cu和Zn；Cu和Sn；Ni、Co和P；Ni、Co、W和P；Ni、Co和W；Ni和W；Ni、W和P；Ni、Co和B；Ni、Co、W和B；或Ni、W和B。

在实施例中，层或类型的层中的每一个包括NiCr、NiFe、NiCo、NiCrCo、NiAl、NiCrAl、NiFeAl、NiCoAl、NiCrCoAl、NiMo、NiCrMo、NiFeMo、NiCoMo、NiCrCoMo、NiW、NiCrW、NiFeW、NiCoW、NiCrCoW、NiMoW、NiNb、NiCrNb、NiFeNb、NiCoNb、NiCrCoNb、NiCrCoNb NiFeTi、NiCoTi、NiCrCoTi、NiCrP、NiCrAl、NiCoP、NiCoAl、NiFeP、NiFeAl、NiCrSi、NiCrB、NiCoSi、NoCoB、NiFeSi、NiFeB、ZnCr、ZnFe、ZnCo、ZnCo、ZnNi、ZnCrP、ZnCrAl、ZnFeP、ZnFeAl、ZnFeP、ZnFeAl ZnNiP、ZnNiAl、ZnCrSi、ZnCrB、ZnFeSi、ZnFeB、ZnCoSi、ZnCoB、ZnNiSi、ZnNiB、CoCr、CoFe、CoCrP、CoFeP、CoCrAl、CoFeAl、CoCrSi、CoFeSi、CoCrB、CoFeB、CoAl、CoW、CoW、CoW、CoW、CoCrTi、CoFeTi、CoTa、CoCrTa、CoFeTa、CoC、CoCrC、CoFeC、FeCr、FeCrP、FeCrAl、FeCrSi或FeCrB。

在实施例中，每个层或每个类型的层包括Ni和W。在实施例中，每个层或每个类型的层包括Ni和Mo。在实施例中，每个层或每个类型的层包括Ni、Mo和W。

在一些实施例中，每个层包括NiCr、NiCo、NiW或NiCoP。在特定的实施例中，在涂层的层中使用的合金包括Ni和Fe；或Ni和Co。在另外的实施例中，涂层的层包括Co、Cr、Mo、W、Fe、Si、Mn和Ni中的三种或更多种、四种或更多种、或五种或更多种。

在特定的实施例中，涂层的第一层包括浓度为约50％(w/w)至约99％(w/w)的Ni。在这样的实施例中，涂层的第一层可包括浓度大于约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)或约99％(w/w)的Ni。在一些实施例中，涂层的第一层包括浓度小于约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)或约99％(w/w)的Ni。

在某些实施例中，涂层的第二层包括浓度为约5％(w/w)至约35％(w/w)的Co。在这样的实施例中，第二层包括浓度为约5％(w/w)至约10％(w/w)、约10％(w/w)至约15％(w/w)、约15％(w/w)至约20％(w/w)、约20％(w/w)至约25％(w/w)、约25％(w/w)至约30％(w/w)、或约30％(w/w)至约35％(w/w)的Co。

在实施例中，涂层的层包括浓度为约5％(w/w)至约99％(w/w)的Cr。在一些实施例中，涂层的层包括浓度大于约5％(w/w)、约10％(w/w)、约15％(w/w)、约20％(w/w)、约25％(w/w)、约30％(w/w)、约35％(w/w)、约40％(w/w)、约45％(w/w)、约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)或约99％(w/w)的Cr。在一些实施例中，涂层的层包括浓度小于约5％(w/w)、约10％(w/w)、约15％(w/w)、约20％(w/w)、约25％(w/w)、约30％(w/w)、约35％(w/w)、约40％(w/w)、约45％(w/w)、约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)或约99％(w/w)的Cr。

在实施例中，涂层的层包括浓度为约5％(w/w)至约35％(w/w)的Cr，涂层的层包括浓度为大于约90％(w/w)的Ni，或两者兼而有之。在其他实施例中，涂层包括浓度为约20％(w/w)至约50％(w/w)的Ni、浓度为约20％(w/w)至约35％的Cr、以及浓度大于约1.5％(w/w)的Mo。在一些实施例中，涂层的层包括浓度大于约7％(w/w)的Cr、浓度为约5％(w/w)至约30％(w/w)的Mo、浓度小于约3％(w/w)的W、浓度为约1.5％(w/w)至约15％(w/w)的Fe、浓度小于1％(w/w)的Si、浓度小于3％(w/w)的Mn，以及余量的Ni。

在实施例中，涂层的层包括浓度为约40％(w/w)至约70％(w/w)的Ni和浓度为约20％(w/w)至约60％的W。在一些这样的实施例中，涂层的层还可包括浓度高达约40％(w/w)的Mo。

在实施例中，涂层的层包括浓度为约50％(w/w)至约70％(w/w)的Ni和浓度范围为约30％(w/w)至约50％的W。在一些这样的实施例中，涂层的层还可包括浓度高达约30％(w/w)的Mo。

在实施例中，涂层的层包括浓度至少为约50％(w/w)的Ni、以及浓度相加至多为约50％(w/w)的W和Mo。在实施例中，涂层的层包括浓度至少为约60％(w/w)的Ni，以及浓度相加至多为约40％(w/w)的W和Mo。在特定实施例中，涂层的层包括浓度为约60％(w/w)的Ni，以及浓度相加为约40％(w/w)的W和Mo。在特定的实施例中，涂层的层包括浓度为约60％(w/w)的Ni和浓度为约40％(w/w)的W。

在实施例中，基于显微照片中的颗粒尺寸的测量值，每个层或每个类型的层包括具有约1nm至约5000nm的平均颗粒尺寸的细颗粒或超细颗粒的金属或金属合金。在一些实施例中，平均颗粒尺寸为约1nm至约20nm、约1nm至约100nm、约5nm至约50nm、约5nm至约100nm、约5nm至约200nm、约10nm至约100nm、约10nm至约200nm、约20nm至约200nm、约20nm至约250nm、约20nm至约500nm、约50nm至约250nm、约50nm至约500nm、约100nm至约500nm、约200nm至约1000nm、约500nm至约2000nm、或约1000至约5,000nm。

细颗粒金属或金属合金在金属颗粒之间可能具有较高的孪晶度，并且在相对于具有大于约5000nm的颗粒尺寸的相同组分的可电沉积的金属或合金具有改进的硬度、拉伸强度或耐蚀性的同时保持延展性。在一些实施例中，细颗粒金属或金属合金在金属颗粒之间具有较高的孪晶度，并且在相对于具有范围在约5000nm至约20000nm的颗粒尺寸的相同组分的可电沉积的金属或合金具有改进的硬度、拉伸强度或耐蚀性的同时保持延展性。在其他实施例中，细颗粒金属或金属合金在金属颗粒之间具有较高的孪晶度，并且在相对于具有大于约20000nm的颗粒尺寸的相同组分的可电沉积的金属或合金具有改进的硬度、拉伸强度或耐蚀性的同时保持延展性。

在一些实施例中，涂层的第一层和第二层分别包括第一合金和第二合金，第一合金和第二合金包括相同的第一和第二金属。在这样的实施例中，第一合金中的第一金属的浓度与第二合金中的第一金属的浓度之间的差可以不大于约50％。在一些实施例中，第一合金中的第一金属的浓度与第二合金中的第一金属的浓度之间的差可以不大于约30％。在这样的实施例中，第一合金中的第一金属的浓度与第二合金中的第一金属的浓度之差可以不大于约20％。在这样的实施例中，第一合金中的第一金属的浓度与第二合金中的第一金属的浓度之差可以不大于约10％。在一些实施例中，第一合金中的第一金属的浓度与第二合金中的第一金属的浓度之间的差至少为约1％。在一些实施例中，第一合金中的第一金属的浓度与第二合金中的第一金属的浓度之间的差至少为约2％。在一些实施例中，第一合金中的第一金属的浓度与第二合金中的第一金属的浓度之间的差至少为约5％。在一些实施例中，第一合金中的第一金属的浓度与第二合金中的第一金属的浓度之间的差至少为约10％。在特定的实施例中，涂层的第一层包括浓度为约50％(w/w)至约99％(w/w)的Ni。在这样的实施例中，涂层的第一层可以包括浓度大于约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)或约99％(w/w)的Ni。在一些实施例中，涂层的第一层包括浓度小于约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)或约99％(w/w)的Ni。

在某些实施例中，涂层的第二层包括浓度为约5％(w/w)至约35％(w/w)的Co。在这样的实施例中，第二层包括浓度为约5％(w/w)至约10％(w/w)、约10％(w/w)至约15％(w/w)、约15％(w/w)至约20％(w/w)、约20％(w/w)至约25％(w/w)、约25％(w/w)至约30％(w/w)、或约30％(w/w)至约35％(w/w)的Co。

在实施例中，涂层的层包括浓度为约5％(w/w)至约99％(w/w)的Cr。在一些实施例中，涂层的层包括浓度大于约5％(w/w)、约10％(w/w)、约15％(w/w)、约20％(w/w)、约25％(w/w)、约30％(w/w)、约35％(w/w)、约40％(w/w)、约45％(w/w)、约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)或约99％(w/w)的Cr。在一些实施例中，涂层的层包括浓度小于约5％(w/w)、约10％(w/w)、约15％(w/w)、约20％(w/w)、约25％(w/w)、约30％(w/w)、约35％(w/w)、约40％(w/w)、约45％(w/w)、约50％(w/w)、约55％(w/w)、约60％(w/w)、约65％(w/w)、约70％(w/w)、约75％(w/w)、约80％(w/w)、约85％(w/w)、约90％(w/w)、约92％(w/w)、约93％(w/w)、约94％(w/w)、约95％(w/w)、约96％(w/w)、约97％(w/w)、约98％(w/w)或约99％(w/w的Cr。

在实施例中，涂层的层包括浓度为约5％(w/w)至约35％(w/w)的Cr，涂层的层包括浓度为大于约90％(w/w)的Ni，或两者兼而有之。在另外的实施例中，纳米层压涂层的层包括浓度为约20％(w/w)至约50％(w/w)的Ni、浓度为约20％(w/w)至约35％的Cr、以及浓度大于约1.5％(w/w)的Mo。在一些实施例中，涂层的层包括浓度大于约7％(w/w)的Cr、浓度为约5％(w/w)至约30％(w/w)的Mo、浓度小于约3％(w/w)的W、浓度为约1.5％(w/w)至约15％(w/w)的Fe、浓度小于1％(w/w)的Si、浓度小于3％(w/w)的Mn，并且其余为Ni。

在实施例中，涂层的层包括浓度为约40％(w/w)至约70％(w/w)的Ni和浓度为约20％(w/w)至约60％(w/w)的W。在一些这样的实施例中，涂层的层还可以包括浓度高达约40％(w/w)的Mo。

在实施例中，涂层的层包括浓度范围为约50％(w/w)至约70％(w/w)的Ni和浓度为约30％(w/w)至约50％(w/w)的W。在一些这样的实施例中，涂层的层还可包括浓度高达约30％(w/w)的Mo。

在实施例中，涂层的层包括浓度至少为约50％(w/w)的Ni、以及浓度相加至多为约50％(w/w)的W和Mo。在实施例中，涂层的层包括浓度至少为约60％(w/w)的Ni、以及浓度相加至多为约40％(w/w)的W和Mo。在特定的实施例中，涂层的层包括浓度为约60％(w/w)的Ni、以及浓度相加为约40％(w/w)的W和Mo。在特定的实施例中，涂层的层包括浓度为约60％(w/w)的Ni和浓度为约40％(w/w)的W。

每个层或类型的层的厚度在独立地选自约5nm至约25000nm的范围内。在实施例中，每个层或类型的层的厚度在约150nm至约20000nm的范围内。在一些实施例中，第一层在柱塞芯上的一个或多个位置处的厚度独立地在约150纳米(nm)至约20000nm的范围内，并且第二层在柱塞芯上的一个或多个位置处的厚度独立地在约150nm至约20000nm的范围内。在其他实施例中，第三金属层在柱塞芯上的一个或多个位置处的厚度在约150nm至约20000nm的范围内。在一些实施例中，层压涂层是纳米层压涂层。

在实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约5nm至约10000nm、约50nm至约15000nm或约1000nm至约20000nm的范围内。在实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约50nm至约2000nm的范围内。在实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约500nm至约3000nm、约1000nm至约4000nm或约1500nm至约5000nm的范围内。在实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约50nm至约1,000nm、约500nm至约1500nm、约1000nm至约2000nm或约1500nm至约2500nm的范围内。

在实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约2nm至约750nm的范围内。在实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约2nm至约500nm的范围内。在实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约2nm至约250nm的范围内。在实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约2nm至约200nm的范围内。

在其他实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约5nm至约100nm、约50nm至约150nm、约100nm至约200nm或约150nm至约250nm的范围内。在其他实施例中，每个层或每个类型的层的厚度在独立地选自约5nm至约25nm、约10nm至约30nm、约30nm至约60nm、约40nm至约80nm、约75nm至约100nm、约100nm至约120nm、约120nm至约140nm、约140nm至约180nm、约180nm至约200nm、约200nm至约225nm、约200nm至约250nm、约220nm至约250nm或约150nm至约250nm的范围内。

在实施例中，涂层在两个或多个位置具有基本一致的厚度。在一些实施例中，涂层在三个或更多个位置处具有基本一致的厚度。在一些实施例中，涂层在四个或更多个位置具有基本一致的厚度。在一些实施例中，涂层在五个或更多个位置具有基本一致的厚度。在一些实施例中，涂层在六个或更多个位置具有基本一致的厚度。

各个层之间的分界面可以是离散的或扩散的。如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离小于两个层中较薄的层的厚度的约20％，则相邻层之间的分界面被认为是“离散的”。在实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离小于两个层中较薄的层的厚度的约15％，则相邻层之间的分界面被认为是离散的。在一些实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离小于两个层中较薄的层的厚度的约10％，则认为相邻层之间的分界面是离散的。在一些实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离小于两个层中较薄的层的厚度的约8％，则认为相邻层之间的分界面是离散的。在一些实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离小于两个层中较薄的层的厚度的约5％，则认为相邻层之间的分界面是离散的。在一些实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离小于两个层中较薄的层的厚度的约4％，则认为相邻层之间的分界面是离散的。在一些实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离小于两个层中较薄的层的厚度的约2％，则认为相邻层之间的分界面是离散的。

在实施例中，如果第一层和第二层之间的组分迁移发生在两个层中的较薄的层的厚度的大于约20％上，则分界面是“扩散的”。在实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离大于两个层中较薄的层的厚度的约15％，则认为相邻层之间的分界面是扩散的。在实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离大于两个层中较薄的层的厚度的约10％，则认为相邻层之间的分界面是扩散的。在实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离大于两个层中较薄的层的厚度的约8％，则认为相邻层之间的分界面是扩散的。在实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离大于两个层中较薄的层的厚度的约5％，则认为相邻层之间的分界面是扩散的。在实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离大于两个层中较薄的层的厚度的约4％，则认为相邻层之间的分界面是扩散的。在实施例中，如果组分在第一层和第二层之间迁移的距离大于两个层中较薄的层的厚度的约2％，则认为相邻层之间的分界面是扩散的。

在实施例中，扩散的分界面在第一层和第二层之间具有在约0.5nm至约5nm的范围内的厚度上的组分迁移。在一些实施例中，扩散的分界面的厚度在约0.5nm至约3nm的范围内。在一些实施例中，扩散的分界面的厚度在约1nm至约4nm的范围内。在一些实施例中，扩散的分界面的厚度在约2nm至约5nm的范围内。在其他实施例中，扩散的分界面的厚度在约0.5nm至约1nm、约1nm至约2nm、约2nm至3nm、约3nm至约4nm或约4nm至约5nm的范围内。

存在于升降柱塞的不同部分上的每个涂层的总厚度可以根据涂层的用途而大范围变化。在实施例中，涂层在整个升降柱塞上是连续的。在实施例中，在升降柱塞的特定部分上的涂层的厚度一致或基本上一致。在某些实施例中，涂层在升降柱塞的一部分的长度上具有两个或更多个厚度。

在实施例中，涂层的厚度为约5nm至约5cm。在一些实施例中，涂层的厚度为约1μm至约75μm。在一些实施例中，涂层的厚度为约3μm至约50μm。在一些实施例中，涂层的厚度为约5μm至约35μm。在一些实施例中，涂层的厚度的范围独立地选自约5nm至约200nm、约5nm至约25nm、约10nm至约30nm、约30nm至约60nm、约40nm至约80nm、约75nm至约100nm、约100nm至约120nm、约120nm至约140nm、约140nm至约180nm、约180nm至约200nm、约200至约250nm、约1μm至约5cm、约1μm至约50μm、约50μm至约100μm、约100μm至约200μm、约200μm至约500μm、约500μm至约800μm、约800μm至约1.2mm、约500μm至约1mm、约1mm至约1.5mm、约1.2mm至约2mm、约1.8mm至约2.5mm、约2mm至约3mm、约2.5mm至约5mm、约1mm至约5mm、约5mm至约1cm、约1cm至约2cm、或约2cm至约5cm。

在特定的实施例中，涂层的厚度为约5μm至约3500μm。在其他实施例中，涂层的厚度为约25μm至约2250μm、约125μm至约2050μm、约125μm至约1750μm、约200μm至约1500μm、约250μm至约1250μm、约250μm至约1000μm、约250μm至约750μm、约500μm至约1000μm。在另外的实施例中，涂层的厚度在独立地选自约25μm至约125μm、约50μm至约150μm、约125μm至约250μm、约250μm至约375μm、375μm至约500μm、约500μm至约750μm、约750μm至约1000μm、约1000μm至约1250μm、约1250μm至约1500μm、约1500μm至约1750μm、约1750μm约2000μm、约2000μm至约2250μm、约2250μm至约2500μm、约2500μm至约2750μm、以及约2750μm至约3000μm的范围内。

本文描述的涂层可包括大量的层。涂层可包括至少两层、至少三层、至少四层、至少六层、至少八层、至少十层、至少20层、至少30层、至少50层、至少100层、至少200层、至少500层、至少1,000层、至少1500层、至少2000层、至少2500层、至少3000层、至少3500层、至少4000层、至少5000层、至少6000层、至少7000层或至少8000层。在一些实施例中，涂层包括至少50层。在一些实施例中，涂层包括至少100层。在实施例中，涂层中的层的数量为约50层至约8000层。在一些实施例中，涂层中的层的数量在约100层至约8000层的范围内。在其他实施例中，涂层中的层的数量在约50层至约100层、约100层至约1000层、约1000层至约2000层、约2000层至约4000层、约4000层至约8000层、或大于约8000层的范围内。

沉积到柱塞芯上的每个层的厚度可为约5nm至约250nm。沉积的各个层的厚度可以独立地选自以下范围：约5nm至约200nm、约5nm至约25nm、约10nm至约30nm、约30nm至约60nm、约40nm至约80nm、约75nm至约100nm、约100nm至约120nm、约120nm至约140nm、约140nm至约180nm、约180nm至约200nm、或约200nm至约250nm。

在一些实施例中，本公开的方法生产具有涂层的有涂层的升降柱塞，该涂层的总厚度为约5nm至约200nm、约5nm至约25nm、约10nm至约30nm、约30nm至约60nm、约40nm至约80nm、约75nm至约100nm、约100nm至约120nm、约120nm至约140nm、约140nm至约180nm、约180nm至约200nm、约200至约250nm、约1μm至约5cm、约1μm至约50μm、约50μm至约100μm、约100μm至约200μm、约200μm至约500μm、约500μm至约800μm、约800μm至约1.2mm、约500μm至约1mm、约1mm至约1.5mm、约1.2mm至约2mm、约1.8mm至约2.5mm、约2mm至约3mm、约2.5mm至约5mm、约1mm至约5mm、约5mm至约1cm、约1cm至约2cm或约2cm至约5cm。

在特定实施例中，升降柱塞是滚珠和套筒柱塞，并且套筒、滚珠或这两者均涂覆有层压涂层。

本公开的涂层赋予的特定属性提供了改进的硬度、耐久性以及耐腐蚀性和耐热性。因此，在实施例中，未经热处理的有涂层的升降柱塞具有至少约75的维氏显微硬度。在一些实施例中，未经热处理的有涂层的升降柱塞具有至少约100、至少约150、至少约200、至少约500或至少约1200的维氏显微硬度。

在一些实施例中，在未经热处理情况下，有涂层的升降柱塞具有如ASTM E384-11e1测量的约75至约200、约100至约300、约300至约600、约550至约750、约600至约900、约750至约1000、约1000至约1200的维氏显微硬度。在其他实施例中，在未经热处理情况下，有涂层的升降柱塞具有如ASTM E384-11e1测量的约100至约150、约150至约250、约250至约350、约350至约550、约550至约600、约600至约650、约650至约700、约700至约750、约750至约800、约800至约850、约850至约900、约900至约1000、约1000至约1100、约1100至约1200的维氏显微硬度。

在一些实施例中，在H₂S分压大于0.05psi(0.3kPa)的酸性使用环境下，有涂层的升降柱塞能抵抗H₂S诱导的硫化物应力开裂。在另外的实施例中，在75摄氏度下经受使用15％的HCl的美国腐蚀工程师协会(NACE)TM0193-2016标准化测试达6小时，涂层的质量损失不超过25％。在另外的实施例中，当暴露于根据NACE标准TM0175或美国测试和材料学会(ASTM)E399标准的用于高酸性气体条件下测试的高压釜环境中时，有涂层的升降柱塞能抵抗纳米层压涂层的开裂。在另外的实施例中，有涂层的升降柱塞具有抗点蚀的能力，其中当根据ASTM G48测试标准进行测试时，单个凹点不深于纳米复合材料涂层的10％。在另外的实施例中，有涂层的升降柱塞具有抗点蚀的能力，其中在pH值为约3至约7的使用环境中，单个凹点不深于纳米复合材料涂层的10％。在另外的实施例中，有涂层的升降柱塞具有抗点蚀的能力，其中在pH为约7至约6.5、约6.5至约6、约6至5.5、约5.5至约5、约5至约4.5、约4.5至约4、约4至约3.5或约3.5至约3的使用环境中，单个凹点不深于纳米层压涂层的10％。

在实施例中，在根据pH值范围在约3至约7的使用环境中的NACE TM0177标准化测试的硫化物应力开裂环境中承受有涂层的升降柱塞的屈服强度的80％的拉伸载荷达720小时，有涂层的升降柱塞能抵抗开裂。在根据pH值范围在约7至约6.5、约6.5至约6、约6至5.5、约5.5至约5、约5至约4.5、约4.5至约4、约4至约3.5或约3.5至约3的使用环境中的NACETM0177标准化测试的硫化物应力开裂环境中承受有涂层的升降柱塞的屈服强度的80％的拉伸载荷达720小时，有涂层的升降柱塞能抵抗开裂。本公开的有涂层的升降柱塞包括通过本文描述的任何方法生产的升降柱塞。

在实施例中，本公开的升降柱塞还包括冲击板。冲击板可以包括Ti、钢、Al、Cu、碳钢、Fe、不锈钢或以上的组合。

本文还提供了重新加工具有机械磨损的升降柱塞的方法。这样的方法包括基于测得的升降柱塞的尺寸特征来确定机械磨损量；基于测量的尺寸特征和使用或磨损前升降柱塞的初始的尺寸特征的比较来确认磨损面；确定电镀重新加工处理，以将层压涂层沉积在磨损面上；以及执行电镀重新加工处理。示出示意性方法的流程图在图4中示出。

在实施例中，确定电镀重新加工工艺包括对电镀重新加工工艺建模以识别将纳米层压合金沉积到磨损表面上所必需的一个或多个电镀工艺特征。在这样的实施例中，一个或多个电镀工艺特征可以包括窃取配置(thieve configuration)、屏蔽配置、电流密度或波形。在一些实施例中，要重新加工的升降柱塞包括层压涂层。在一些实施例中，层压涂层是纳米层压涂层。

电镀重新加工工艺可以是本文所述的电镀工艺，或者可以包括本文所述的电镀工艺的步骤。在一些实施例中，执行电镀重新加工工艺包括使升降柱塞的至少一部分与包括一种或多种可电沉积的物质的电解质溶液接触。在一些实施例中，电镀重新加工工艺包括使用电位计(即恒电位的)、电流计(即恒电流的)、脉冲电流，脉冲反向电流、调制电流、调制频率或连续过渡电流电镀施加波形以将层压涂层电沉积在柱塞上。

在一些实施例中，执行电镀重新加工工艺还包括：测量升降柱塞的第二尺寸特征；将升降柱塞的第二尺寸特征与升降柱塞的原始尺寸特征相比较；以及基于预定的公差确定另外的电镀重新加工工艺。

在实施例中，本公开的方法还包括找平升降柱塞的表面(例如，移除凹凸点、修正、或不规则的磨损)或使用化学蚀刻、原位蚀刻、机械研磨或去除材料来活化升降柱塞的表面。在这样的实施例中，原位蚀刻包括使升降柱塞与构造成蚀刻升降柱塞表面的电解质溶液接触。

清除石油井中井下堆积物的方法

在此公开了用于从井中清除井下堆积物的方法。本公开的实施例包括一种用于从井中清除井下堆积物的方法，该方法包括：将本文描述的升降柱塞定位在石油井管中；以及将升降柱塞释放到石油井管中，从而允许升降柱塞在石油井管中移动，将液体和井下堆积物从石油井的底部位置携带到石油井的顶部位置，并且允许井下气体从石油井的底部位置移动到石油井的顶部位置。

实施例

以下实施例包括在本公开的范围内。

1、一种制备有涂层的升降柱塞的方法，所述方法包括：

在相对于纵向轴线基本对称并且具有第一直径和柱塞主体的柱塞芯的表面上施加层压涂层，从而形成有涂层的升降柱塞。

2、根据实施例1所述的方法，其中，所述柱塞芯包括轻量化特征。

3、根据实施例2所述的方法，其中，所述轻量化特征包括：

所述柱塞芯内的第一多个孔洞，其中每个孔洞分别具有体积；

第二多个孔洞，其中所述柱塞芯的每单位体积的孔洞的数量在所述柱塞芯的至少一个维度上变化；

微孔或纳米孔泡沫；

没有材料的区域；

桁架状结构；或

以上的组合。

4、根据权利要求3所述的方法，其中，所述桁架状结构形成密度在所述柱塞芯的一个或多个维度上变化的网络。

5、根据实施例3所述的方法，其中，所述桁架状结构形成密度在所述柱塞芯的一个或多个尺寸上不变的网络。

6、根据实施例2-5中任一项所述的方法，其中，所述轻量化特征的孔洞体积为约1％至约99％。

7、根据实施例2-6中任一项的方法，其中所述轻量化特征的孔洞体积为约1％至约5％、约5％至约10％、约10％至约15％、约15％至约20％、约20％至约25％、约25％至约30％、约30％至约35％、约35％至约40％、约40％至约45％、约45％至约50％、约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％或约95％至约99％。

8、根据实施例2-7中任一项所述的方法，其中，所述轻量化特征是基于石油井的属性来选择的。

9、根据实施例1至7中任一项所述的方法，其中，至少基于石油井的属性来选择所述柱塞芯的长度或重量或两者。

10、根据实施例8或9的方法，其中所述石油井的属性为液气比、套管压力、管道压力、管线压力、柱塞下落速度或井深度。

11、根据实施例2-10中任一项所述的方法，其中，所述轻量化特征具有包括液体旁路或柱塞旋转的次级功能。

12、根据实施例2-11中任一项所述的方法，其中，所述轻量化特征已经通过增材制造工艺形成。

13、根据实施例3-12中任一项所述的方法，其中，所述轻量化特征的密度在所述柱塞芯的至少一个维度上变化。

14、根据实施例1-13中任一项所述的方法，其中，所述柱塞芯的至少一部分包括密度比所述柱塞芯的任何其他部分更大的增重区段。

15、根据实施例14所述的方法，其中，与没有所述增重区段的相同体积的柱塞芯相比，所述增重区段增加了所述柱塞芯的重量。

16、根据实施例14或15所述的方法，其中，所述增重区段包括金属。

17、根据实施例14至16中任一项所述的方法，其中，所述增重区段包括钛(Ti)、钢、铝(Al)、铜(Cu)、碳钢、铁(Fe)、不锈钢或以上的组合。

18、根据实施例15-17中任一项所述的方法，其中，所述增重区段包括磁性材料。

19、根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中所述层压涂层包括第一层和第二层，所述第一层具有第一组分和第一纳米结构，并且所述第二层具有第二组分和第二纳米结构。

20、根据实施例19所述的方法，其中施加层压涂层包括：

使柱塞芯的至少一部分与包括可电沉积的离子的电沉积浴接触；

在第一段时间内将第一电流施加到电沉积浴，使第一层电沉积到柱塞芯上，第一层至少包括第一金属和第二金属；

在第二段时间内向电沉积浴施加第二电流，使第二层电沉积到柱塞芯上，第二层包括第一金属或第二金属。

21、根据实施例19所述的方法，还包括：

在施加层压涂层之前，预加工柱塞芯的表面以增加柱塞芯的表面的表面能。

22、根据实施例19-21中任一项所述的方法，其中第二层在组分、颗粒尺寸、颗粒结构或以上的组合方面与第一层不同。

23、根据实施例19-22中任一项所述的方法，其中，所述柱塞芯的表面是非导电或半导电表面。

24、根据实施例23所述的方法，还包括在柱塞芯的表面上沉积导电触击层，该导电触击层足以使柱塞芯的非导电或半导电表面充分导电以允许第一层或第二层电沉积到柱塞芯上。

25、根据实施例19至24中任一项所述的方法，其中所述第一层在所述柱塞芯上的一个或多个位置处的厚度的范围独立地在约5纳米(nm)至约20000nm内；以及

第二层在柱塞芯上的一个或多个位置处的厚度的范围独立地在约5nm至约20000nm内。

26、根据实施例20-25中任一项所述的方法，还包括向电沉积浴施加第三电流，使第三层电沉积到柱塞芯上，第三层包括第一金属或第二金属。

27、根据实施例26所述的方法，其中所述第三层在所述柱塞芯上的一个或多个位置处的厚度在约5nm至约20000nm的范围内。

28、根据实施例26或27所述的方法，其中第三层在组分、颗粒尺寸、颗粒结构或以上的组合方面不同于第一层或第二层。

29、根据实施例1-28中任一项所述的方法，其中，所述柱塞芯包括金属或合金。

30、根据实施例29所述的方法，其中，所述柱塞芯包括Ti、钢、Al、Cu、碳钢、Fe、不锈钢或以上的组合。

31、根据实施例29或30所述的方法，其中，所述柱塞芯由钢合金制成。

32、根据实施例31所述的方法，其中，所述钢合金包括碳(C)和Fe；C、Fe和钼(Mo)；或C、Fe、Mo和钴(Co)。

33、根据实施例1-30中任一项所述的方法，其中，所述柱塞芯包括聚合材料。

34、根据实施例33所述的方法，其中所述聚合材料包括塑料。

35、根据实施例33或34所述的方法，其中所述聚合物材料包括芳香胺、丙烯酰胺、聚苯并咪唑(PBI)、聚醚酰亚胺、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺-亚胺、聚苯醚(PPO)、聚苯乙烯(PS)、PPO和PS、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚乙烯醇(PVA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚乳酸(PLA)、PC/ABS、纤维素纤维、聚苯砜(PPSU)、热固塑料、PBI-PEEK、尿素、环氧树脂、氰酸酯、聚氨酯以及以上的组合。

36、根据实施例33-35中任一项所述的方法，还包括由所述聚合材料形成所述柱塞芯。

37、根据实施例1-36中任一项的方法，其中形成所述聚合材料包括铸造、注塑、吹塑、挤塑、切割、机加工、铣削、研磨、砂磨、抛光、喷砂、三维打印(3D打印)、选择性激光烧结(SLS)、烧结激光熔融(SLM)、熔融沉积成型(FDM)、立体光固化(SLA)、连续液体界面打印(CLIP)、切割织物、形成织物、切割非织物、形成非织物、切割泡沫板、或形成泡沫板或以上的组合。

38、根据实施例36或37所述的方法，其中形成所述柱塞芯包括增材制造工艺。

39、根据实施例38所述的方法，其中，所述增材制造工艺包括3D打印、SLS、SLM、FDM、SLA或CLIP。

40、根据实施例36-39中任一项所述的方法，其中形成所述柱塞芯包括铸造、旋转模塑、注塑、吹塑、挤塑或以上的组合。

41、根据实施例36至40中任一项所述的方法，其中该形成该柱塞芯包括机械地去除材料。

42、根据实施例41所述的方法，其中所述机械去除材料包括切割、铣削、研磨、砂磨、抛光、喷砂或以上的组合。

43、根据实施例36至42中任一项所述的方法，其中形成所述柱塞芯包括切割织物、非织物或泡沫板或使织物、非织物、或泡沫板成型。

44、根据实施例37-43中任一项所述的方法，其中所述织物、非织物或泡沫板包括聚合材料。

45、根据实施例37-44中任一项所述的方法，其中织物、非织物或泡沫板的成形包括织物、非织物或所述泡沫板的至少两个层的形成和层叠。

46、根据实施例36-45中任一项所述的方法，其中形成所述柱塞芯包括铸造、切割、铣削、研磨、砂磨、抛光、喷砂、3D打印、SLS、SLM、FDM、SLA、CLIP、切割织物、形成织物、切割非织物、形成非织物、切割泡沫板，形成泡沫板、或以上的组合。

47、根据实施例36-46中任一项所述的方法，其中形成所述柱塞芯包括切割、铣削、3D打印、FDM、SLA、CLIP、切割织物、形成织物、切割非织物、形成非织物、切割泡沫板、形成泡沫板或以上的组合。

48、根据实施例1-47中任一项所述的方法，还包括通过化学蚀刻、原位蚀刻、机械磨蚀、移除材料或以上的组合来活化柱塞芯的表面。

49、根据实施例48所述的方法，其中活化表面包括等离子蚀刻、机械蚀刻、砂磨、粗糙化、喷砂或以上的组合。

50、根据实施例36-49中任一项所述的方法，其中，形成所述柱塞芯包括注入树脂或注塑热固性或热塑性材料。

51、根据实施例19至50中任一项所述的方法，其中基于显微照片中的颗粒尺寸的测量值，第一层或第二层包括具有范围在约1nm至约5000nm内的平均颗粒尺寸的细颗粒或超细颗粒的金属或合金。

52、根据实施例51所述的方法，其中平均颗粒尺寸的范围为约1nm至约20nm、约1nm至约100nm、约5nm至约50nm、约5nm至约100nm、约5nm至约200nm、约10nm至约100nm、约10nm至约200nm、约20nm至约200nm、约20nm至约250nm、约20nm至约500、约50nm至约250nm、约50nm至约500nm、约100nm至约500nm、约200nm至约1000nm、约500nm至约2000nm或约1000nm至约5000nm。

53、根据实施例51或52所述的方法，其中所述细颗粒金属或合金在金属颗粒之间具有高孪晶度，并且在相对于具有大于约5000nm的颗粒尺寸的相同组分的可电沉积的金属或合金具有改进的硬度、拉伸强度或耐蚀性的同时保持延展性。

54、根据实施例19-53中任一项所述的方法，其中所述第一层包括银(Ag)、Al、金(Au)、硼(B)、铍(Be)、碳(C)、钴(Co)、铬(Cr)、Cu、Fe、汞(Hg)、铟(In)、铱(Ir)、镁(Mg)、锰(Mn)、钼(Mo)、铌(Nb)、钕(Nd)、镍(Ni)、磷(P)、钯(Pd)、铂(Pt)、rh(Re)、铑(Rh)、锑(Sb)、硅(Si)、锡(Sn)、铅(Pb)、钽(Ta)、钛、钨(W)、钒(V)、锌(Zn)、锆(Zr)或以上的组合；以及

第二层包括Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn、Zr或以上的组合。

55、根据实施例19-54中任一项所述的方法，其中所述第一层独立地包括Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr中的两种或更多种；以及

第二层独立地包括Ag、Al、Au、B、、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr的两种或多种。

56、根据实施例19-55中任一项所述的方法，其中所述第一层独立地包括NiCr、NiFe、NiCo、NiCrCo、NiAl、NiCrAl、NiFeAl、NiCoAl、NiCrCoAl、NiMo、NiCrMo、NiFeMo、NiCoMo、NiCrCoMo、NiW、NiCrW、NiFeW、NiCoW、NiCrCoW、NiMoW、NiNb、NiCrNb、NiFeNb、NiCoNb、NiCrCoNb、NiTi、NiCrTi、NiFeTi、NiCoTi、NiCrCoTi、NiCrP、NiCrAl、NiCoP、NiCoAl、NiFeP、NiFeAl、NiCrSi、NiCrB、NiCoSi、NiFeSi、ZnCr、ZnFe、ZnCo、ZnNi、ZnCrP、ZnCrAl、ZnFeP、ZnFeAl、ZnCoP、ZnCoAl、ZnNiP、ZnNiAl、ZnCrSi、ZnCrB、ZnFeSi、ZnFeB、ZnCoSi、ZnCoB、ZnNiSi、CoNi、CoNiB、、CoFeAl、CoCrSi、CoFeSi、CoCrB、CoFeB、CoAl、CoW、CoCrW、CoFeW、CoTi、CoCrTi、CoFeTi、CoTa、CoCrTa、CoFeTa、CoC、CoCrC、CoFeC、FeCr、FeCrP、FeCrP、FeCrAl、FeCrSi或FeCrB；以及

第二层独立地包括NiCr、NiFe、NiCo、NiCrCo、NiAl、NiCrAl、NiFeAl、NiCoAl、NiCrCoAl、NiMo、NiCrMo、NiFeMo、NiCoMo、NiCrCoMo、NiW、NiCrW、NiFeW、NiCoW、NiCrCoW、NiCrCoW、NiMoW、NiNb、NiCrNb、NiFeNb、NiCoNb、NiCrCoNb、NiTi、NiCrTi、NiFeTi、NiCoTi、NiCrCoTi、NiCrP、NiCrAl、NiCoP、NiCoAl、NiFeP、NiFeAl、NiCrSi、NiCrB、NiCoSi、NoCoB、NiFeSi、NiFeB、ZnCr、ZnFe、ZnCo、ZnCo、ZnNi、ZnNi、ZnFeP、ZnFeAl、ZnCoP、ZnCoAl、ZnNiP、ZnNiAl、ZnCrSi、ZnCrB、ZnFeSi、ZnFeB、ZnCoSi、ZnCoB、ZnNiSi、ZnNiB、CoCr、CoFe、CoCrP、CoFeP、CoCrAl、CoFeAl、CoFeAl、CoCr、CoCrAl、CoW、CoCrW、CoFeW、CoTi、CoCrTi、CoFeTi、CoTa、CoCrTa、CoFeTa、CoC、CoCrC、CoFeC、FeCr、FeCrP、FeCrAl、FeCrSi或FeCrB。

57、根据实施例19-56中任一项所述的方法，其中第一层和第二层包括Ni和W、

58、根据实施例57所述的方法，其中第一层和第二层还包括Mo。

59、根据实施例57或58所述的方法，其中第一层、第二层或两者独立地包括浓度为约40％(w/w)至约70％(w/w)的Ni。

60、根据实施例57-59中任一项所述的方法，其中所述第一层、所述第二层或两者独立地包括浓度范围为约30％(w/w)至约50％(w/w)的W。

61、根据实施例60所述的方法，其中第一层、第二层或两者独立地包括浓度高达约40％(w/w)的Mo。

62、根据实施例57-60中任一项所述的方法，其中第一层、第二层或两者独立地包括浓度约60％(w/w)的Ni和浓度约为40％(w/w)的W。

63、根据实施例1-62中任一项所述的方法，其中，所述有涂层的升降柱塞是常规的、持续移动的移位环、垫、刷、实心环、套筒和滚珠、或蛇形柱塞。

64、根据实施例1-63中任一项所述的方法，其中，所述有涂层的升降柱塞是滚珠和套筒柱塞，并且所述套筒、所述滚珠或两者均涂覆有所述层压涂层。

65、根据实施例1-64中任一项所述的方法，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有如ASTM E384-11e1(材料努氏硬度和维氏硬度标准试验方法)测量的至少约75的维氏显微硬度。

66、根据实施例65所述的方法，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有如ASTME384-11e1测量的至少约100的维氏显微硬度。

67、根据实施例66所述的方法，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有如ASTME384-11e1测量的至少约150的维氏显微硬度。

68、根据实施例67所述的方法，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有如ASTME384-11e1测量的至少约200的维氏显微硬度。

69、根据实施例68所述的方法，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有如ASTME384-11e1测量的至少约500的维氏显微硬度。

70、根据实施例69所述的方法，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有如ASTME384-11e1测量的至少约1200的维氏显微硬度。

71、根据实施例65所述的方法，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有如ASTME384-11e1测量的约75至约200、约100至约300、约300至约600、约550至约750、约600约900、约750至约1000、约1000至约1200的维氏显微硬度。

72、根据实施例65所述的方法，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有如ASTME384-11e1测量的约100至约150、约150至约250、约250至约350、约350至约550、约550约600、约600至约650、约650至约700、约700至约750、约750至约800、约800至约850、约850至约900、约900至约1000、约1000至约1100、约1100至约1200的维氏显微硬度。

73、根据实施例1-72中任一项所述的方法，其中所述层压涂层是纳米层压涂层。

74、根据实施例1-73中任一项所述的方法，其中所述层压涂层在两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个、或五个或更多个位置处具有基本一致的厚度。

75、一种通过实施例1-74中任一项所述的方法生产的有涂层的升降柱塞。

76、一种有涂层的升降柱塞，包括：

柱塞芯，所述柱塞芯关于纵向轴线基本对称并且具有第一直径和柱塞主体；以及

在柱塞芯的表面上的层压涂层，所述层压涂层具有厚度，该层压涂层包括第一和第二层，所述第一层具有第一组分和第一纳米结构，并且所述第二层具有第二组分和第二纳米结构。

77、根据实施例76所述的有涂层的升降柱塞，其中所述第一纳米结构具有第一平均颗粒尺寸、第一颗粒边界几何形状、第一晶体方向或第一缺陷密度；以及

第二纳米结构具有第二平均颗粒尺寸、第二颗粒边界几何形状、第二晶体方向和第二缺陷密度，

其中，第一平均颗粒尺寸不同于第二平均颗粒尺寸，第一颗粒边界几何形状不同于第二颗粒边界几何形状，第一晶体方向不同于第二晶体方向，第一缺陷密度不同于第二缺陷密度，或以上的组合不同。

78、根据实施例76或77所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述柱塞主体包括轻量化特征。

79、根据实施例78所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述轻量化特征是基于石油井的属性而优化的。

80、根据实施例76-79中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述石油井的属性是液气比、套管压力、管路压力、管线压力、柱塞下落速度或井深度。

81、根据实施例78-80中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述轻量化特征具有包括液体旁路或柱塞旋转的次级功能。

82、根据实施例78-81中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，轻量化特征包括：

柱塞芯内的第一多个孔洞，其中每个孔洞独立地具有体积；

第二多个孔洞，其中柱塞芯的每单位体积的孔洞的数量在柱塞芯的至少一个维度上变化；

微孔或纳米孔泡沫；

没有材料的区域；

桁架状结构；或

以上的组合。

83、根据实施例76-82中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述柱塞主体还包括：

顶端；

底端；

在柱塞主体的顶端处的润滑器捕获部；以及

在所述柱塞主体的底端处的缓冲部。

84、根据实施例78-83中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述轻量化特征是以所述纵轴为中心并且延伸穿过所述柱塞主体的一部分的中空芯。

85、根据实施例78-83中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述轻量化特征是所述柱塞主体内的多个孔洞，并且其中，每单位体积的孔洞的数量沿纵向轴线或沿柱塞主体的第一直径变化。

86、根据实施例85所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述多个孔洞的密度在所述顶端和所述底端之间较高。

87、根据实施例85或86所述的有涂层的升降柱塞，其中在顶端和底端处每单位体积的所述多个孔洞的密度约为零。

88、根据实施例78-87中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述轻量化特征的孔洞体积为约1％至约5％、约5％至约10％、约10％至约15％、约15％至约20％、约20％至约25％、约25％至约30％、约30％至约35％、约35％至约40％、约40％至约45％、约45％至约50％、约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％、或约95％至约99％。

89、根据实施例76-88中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中有涂层的升降柱塞是常规的、持续移动的移位环、垫、刷、实心环、套筒和滚珠、或蛇形柱塞中的一者。

90、根据实施例78-89中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述轻量化特征包括多个孔洞，所述多个孔洞中的各个孔洞的尺寸基本一致，并且所述多个孔洞的数量在柱塞体整体体积中的每单位体积中是变化的。

91、根据实施例78-90中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述轻量化特征包括多个支柱，所述多个支柱在所述柱塞主体内限定孔洞。

92、根据实施例76-91中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述柱塞主体包括通过铸造、旋转模塑、注塑、吹塑，挤塑或以上的组合生产的聚合材料。

93、根据实施例92所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述聚合物材料包括织物、非织物、泡沫板或以上的组合。

94、根据实施例92或93所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述聚合材料包括织物、非织物、泡沫板或以上的组合的至少两个层。

95、根据实施例76-94中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述聚合材料包括热固性或热塑性材料。

96、根据实施例76-95中任一项的有涂层的升降柱塞，其中所述第一层或所述第二层包括平均颗粒尺寸为基于显微照片中颗粒尺寸的测量值的约1nm至约5000nm的细颗粒或超细颗粒的金属或合金。

97、根据实施例96所述的有涂层的升降柱塞，其中平均颗粒尺寸的范围为约1nm至约20nm、约1nm至约100nm、约5nm至约50nm、约5nm至约100nm、约5nm至约200nm、约10nm至约100nm、约10nm至约200nm、约20nm至约200nm、约20nm至约250nm、约20nm至约500nm、约50nm至约250nm、约50nm至约500nm、约100nm至约500nm、约200nm至约1,000nm、约500nm至约2000nm、或约1000nm至约5000nm。

98、根据实施例96或97所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述细颗粒金属或合金在金属颗粒之间具有高度孪晶度，并且在相对于具有大于约5000nm的颗粒尺寸的相同组分的可电沉积的金属或合金具有改进的硬度、拉伸强度或耐蚀性的同时保持延展性。

99、根据实施例76-98中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中所述第一层独立地包括Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn、Zr或以上的组合；以及

第二层独立地包括Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn、Zr或以上的组合。

100、根据实施例76-99中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中所述第一层独立地包括Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr中的两种或更多种；以及

第二层独立地包括Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr中的两种或更多种。

101、根据实施例76-100中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中第一层独立地包括NiCr、NiFe、NiCo、NiCrCo、NiAl、NiCrAl、NiFeAl、NiCoAl、NiCrCoAl、NiMo、NiCrMo、NiFeMo、NiCoMo、NiCrCoMo、NiW、NiCrW、NiFeW、NiCoW、NiCrCoW、NiMoW、NiNb、NiCrNb、NiFeNb、NiCoNb、NiCrCoNb、NiTi、NiCrTi、NiFeTi、NiCoTi、NiCrCoTi、NiCrP、NiCrAl、NiCoP、NiCoP、NiCoAl、NiFeP、NiFeAl、NiCrSi、NiCrB、NiCrB、Ni NiFeB、ZnCr、ZnFe、ZnCo、ZnNi、ZnCrP、ZnCrAl、ZnFeP、ZnFeAl、ZnCoP、ZnCoAl、ZnNiP、ZnNiAl、ZnCrSi、ZnCrB、ZnFeSi、ZnFeB、ZnCoSi、ZnCoB、CrCoB、ZnCoSi、ZnNiSi、ZnFeSi CoCrAl、CoFeAl、CoCrSi、CoFeSi、CoCrB、CoFeB、CoAl、CoW、CoCrW、CoFeW、CoTi、CoCrTi、CoFeTi、CoTa、CoCrTa、CoFeTa、CoC、CoCrC、CoFeC、FeCr、FeCrP、FeCrAl、FeCrSi或FeCrB；以及

第二层独立地包括NiCr、NiFe、NiCo、NiCrCo、NiAl、NiCrAl、NiFeAl、NiCoAl、NiCrCoAl、NiMo、NiCrMo、NiFeMo、NiCoMo、NiCrCoMo、NiW、NiCrW、NiFeW、NiCoW、NiCrCoW、NiCrCoW、NiMoW、NiNb、NiCrNb、NiFeNb、NiCoNb、NiCrCoNb、NiTi、NiCrTi、NiFeTi、NiCoTi、NiCrCoTi、NiCrP、NiCrAl、NiCoP、NiCoAl、NiFeP、NiFeAl、NiCrSi、NiCrB、NiCoSi、NoCoB、NiFeSi、NiFeB、ZnCr、ZnFe、ZnCo、ZnCo、ZnNi、ZnNi、ZnFeP、ZnFeAl、ZnCoP、ZnCoAl、ZnNiP、ZnNiAl、ZnCrSi、ZnCrB、ZnFeSi、ZnFeB、ZnCoSi、ZnCoB、ZnNiSi、ZnNiB、CoCr、CoFe、CoCrP、CoFeP、CoCrAl、CoFeAl、CoFeAl、CoCr、CoCrAl、CoW、CoCrW、CoFeW、CoTi、CoCrTi、CoFeTi、CoTa、CoCrTa、CoFeTa、CoC、CoCrC、CoFeC、FeCr、FeCrP、FeCrAl、FeCrSi或FeCrB。

102、根据实施例76-100中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中第一层和第二层包括Ni和W。

103、根据实施例102所述的有涂层的升降柱塞，其中第一层和第二层还包括Mo。

104、根据实施例102或103所述的有涂层的升降柱塞，其中第一层、第二层或两者独立地包括浓度范围为约40％(w/w)至约70％(w/w)的Ni。

105、根据实施例102-104中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中所述第一层、第二层或两者独立地包括浓度范围为约30％(w/w)至约50％(w/w)的W。

106、根据实施例104或105所述的有涂层的升降柱塞，其中第一层、第二层或两者独立地包括浓度高达约40％(w/w)的Mo。

107、根据实施例102-106中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中所述第一层、第二层或两者独立地包括浓度为约60％(w/w)的Ni和浓度为约40％的W(w/w)。

108、根据实施例76-107中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有通过ASTM E384-1 lei测量的至少75的维氏显微硬度。

109、根据实施例108中所述的有涂层的升降柱塞，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有通过ASTM E384-1 lei测量的至少100的维氏显微硬度。

110、根据实施例109中所述的有涂层的升降柱塞，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有通过ASTM E384-1 lei测量的至少150的维氏显微硬度。

111、根据实施例110所述的有涂层的升降柱塞，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有通过ASTM E384-1 lei测量的至少200的维氏显微硬度。

112、根据实施例76-107中任一项的有涂层的升降柱塞，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有通过ASTM E384-1 lei测量的至少500的维氏显微硬度。

113、根据实施例112所述的有涂层的升降柱塞，其中在未经热处理的情况下，层压涂层具有通过ASTM E384-1 lei测量的至少1200的维氏显微硬度。

114、根据实施例108所述的有涂层的升降柱塞，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有通过ASTM E384-1 lei测量的约75至约200、约100至约300、约300至约600、约550至约750、约600至约900、约750至约1000、约1000至约1200的维氏显微硬度。

115、根据实施例108所述的有涂层的升降柱塞，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有通过ASTM E384-1 lei测量的约100至约150、约150至约250、约250至约350、约350至约550、约550至约600、约600至约650、约650至约700、约700至约750、约750至约800、约800至约850、约850至约900、约900至约1000、约1000至约1100、约1100至约1200的维氏显微硬度。

116、根据实施例76-115中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述柱塞芯还包括冲击板。

117、根据实施例116的有涂层的升降柱塞，其中，冲击板包括钛(Ti)、钢、铝(Al)、铜(Cu)、碳钢、铁(Fe)、不锈钢或以上的组合。

118、根据实施例76-117中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中有涂层的升降柱塞是滚珠和套筒柱塞，并且套筒、滚珠或两者均涂覆有层压涂层。

119、根据实施例78-118中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，轻量化特征的密度在柱塞芯的至少一个方向上变化。

120、根据实施例76-119中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述柱塞芯的至少一部分包括增重区段，所述增重区段的密度大于所述柱塞芯的任何其他部分。

121、根据实施例120所述的有涂层的升降柱塞，其中，与没有增重区段的相同体积的柱塞芯相比，增重区段增加了柱塞芯的重量。

122、根据实施例120或121所述的有涂层的升降柱塞，其中，增重区段包括金属。

123、根据实施例120-122中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述增重区段包括Ti、钢、Al、Cu、碳钢、Fe、不锈钢或以上的组合。

124、根据实施例120-123中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，增重区段包括磁性材料。

125、根据实施例82-124中任一项的有涂层的升降柱塞，其中，桁架状结构形成密度在柱塞芯的一个或多个维度上变化的网络。

126、根据实施例82-125中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述桁架状结构形成密度在所述柱塞芯的一个或多个维度上不变的网络。

127、根据实施例76-126中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，柱塞芯的表面是非导电或半导电表面。

128、根据实施例127的有涂层的升降柱塞，还包括在柱塞芯的表面上的导电触击层，该导电触击层足以使柱塞芯的非导电或半导电表面充分导电，以允许第一金属层或第二金属层电沉积到柱塞芯上。

129、根据实施例76-128中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，第一层在柱塞芯上的一个或多个位置处的厚度为约5nm至约20000nm；以及

其中第二层在柱塞芯上的一个或多个位置处的厚度为约5nm至约20000nm。

130、根据实施例76-129中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中所述层压涂层还包括具有第三组分和第三纳米结构的第三金属层。

131、根据实施例130的有涂层的升降柱塞，其中第三金属层在柱塞芯上的一个或多个位置处的厚度为约5nm至约20000nm。

132、根据实施例76-131中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述柱塞芯包括金属或合金。

133、根据实施例132所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述柱塞芯包括Ti、钢、Al、Cu、碳钢、Fe、不锈钢或以上的组合。

134、根据实施例132或133所述的有涂层的升降柱塞，其中，柱塞芯由钢合金制成。

135、根据实施例134所述的有涂层的升降柱塞，其中钢合金包括C和Fe；C、Fe和Mo；或C、Fe、Mo和Co。

136、根据实施例76-133中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，柱塞芯包括聚合材料。

137、根据实施例136所述的有涂层的升降柱塞，其中，聚合材料包括塑料。

138、根据实施例136或137所述的有涂层的升降柱塞，其中聚合物材料包括芳香胺、丙烯酰胺、聚苯并咪唑(PBI)、聚醚酰亚胺、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺-亚胺、聚苯醚(PPO)、聚苯乙烯(PS)、PPO和PS、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚乙烯醇(PVA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚乳酸(PLA)、PC/ABS、纤维素纤维、聚苯砜(PPSU)、热固塑料、PBI-PEEK、尿素、环氧树脂、氰酸酯、聚氨酯或以上的组合。

139、根据实施例76-138中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中所述层压涂层是纳米层压涂层。

140、根据实施例76-139中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中所述层压涂层在两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个或五个或更多个位置处具有基本一致的厚度。

141、根据实施例75-140中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中在该有涂层的升降柱塞的顶表面中形成凹部。

142、根据实施例141的有涂层的升降柱塞，其中该有涂层的升降柱塞具有沿纵向轴线的长度，并且该凹部延伸至升降柱塞的总长度的约5％的深度。

143、根据实施例142所述的有涂层的升降柱塞，其中该有涂层的升降柱塞具有沿纵向轴线的长度，并且该凹部延伸至升降柱塞的总长度的约10％的深度。

144、根据实施例143所述的有涂层的升降柱塞，其中该有涂层的升降柱塞具有沿纵向轴线的长度，并且该凹部延伸至升降柱塞的总长度的约15％的深度。

145、根据实施例144所述的有涂层的升降柱塞，其中该有涂层的升降柱塞具有沿纵向轴线的长度，并且该凹部延伸至升降柱塞的总长度的约20％的深度。

146、根据实施例145所述的有涂层的升降柱塞，其中该有涂层的升降柱塞具有沿纵向轴线的长度，并且该凹部延伸至升降柱塞的总长度的约25％的深度。

147、根据实施例141-146中任一项所述的有涂层的升降柱塞，还包括从所述凹部延伸穿过所述有涂层的升降柱塞的侧壁的孔。

148、根据实施例75-147中任一项所述的有涂层的升降柱塞，其中，所述层压涂层在所述柱塞芯的表面上基本上是连续的。

149、一种从井中清除井下堆积物的方法，包括：

将实施例76-148中任一项所述的有涂层的升降柱塞定位在石油井管中；以及

将有涂层的升降柱塞释放到石油井管中，从而允许有涂层的升降柱塞在石油井管中移动，将液体和井下堆积物从石油井的底部位置携带到石油井的顶部位置，并且允许井下气体从石油井的底部位置移动到石油井的顶部位置。

150、一种重新加工具有机械磨损的升降柱塞的方法，包括：

基于所测量的升降柱塞的尺寸特性，确定机械磨损量；

基于所测量的升降柱塞的尺寸特征与使用或磨损之前的升降柱塞的原始尺寸特征的对比来确认磨损表面；

确定电镀重新加工工艺以将层压涂层沉积到磨损表面上；以及

执行电镀重新加工工艺。

151、根据实施例150所述的方法，其中确定电镀重新加工工艺包括对电镀重新加工工艺建模以识别将层压金属合金沉积到磨损表面上所必需的一个或多个电镀工艺特征。

152、根据实施例151所述的方法，其中一个或多个电镀工艺特征包括窃取配置、屏蔽配置、电流密度、波形或以上的组合。

153、根据实施例150-152中任一项所述的方法，其中所述层压涂层是纳米层压涂层。

154、根据实施例150-152中任一项所述的方法，其中所述升降柱塞包括层压涂层。

155、根据实施例150-154中任一项所述的方法，其中执行电镀重新加工工艺包括使升降柱塞的至少一部分与包括一种或多种可电沉积的物质的电解质溶液接触。

156、根据实施例150-155中任一项所述的方法，其中执行电镀重新加工工艺包括使用电位计、安培计、脉冲电流、脉冲反向电流、调制电流、调制频率，连续过渡电流电镀或以上的组合施加波形以将层压涂层电沉积在柱塞上。

157、根据实施例150-156中任一项所述的方法，还包括使用化学蚀刻、原位蚀刻、机械磨蚀、材料去除或以上的组合来活化升降柱塞的表面。

158、根据实施例157所述的方法，其中电解质溶液被配置为蚀刻所述升降柱塞表面，并且所述原位蚀刻还包括使所述升降柱塞与所述电解质溶液接触。

159、根据实施例150-158中任一项所述的方法，其中，所述执行电镀重新加工工艺还包括：

测量升降柱塞的第二尺寸特性；

将升降柱塞的第二尺寸特征与升降柱塞的原始尺寸特征对比；以及

基于预定的公差确定另外的电镀重新加工工艺。

160、根据实施例150-159中任一项所述的方法，其中所述层压涂层还包括第一类型的层或第二类型的层，基于显微照片中的颗粒尺寸的测量值，所述第一类型的层或第二类型的层包括具有独立地选自约1nm至约5000nm范围内的平均颗粒尺寸的细颗粒或超细颗粒的金属或金属合金。

161、根据实施例160所述的方法，其中所述平均颗粒尺寸为约1nm至约20nm、约1nm至约100nm、约5nm至约50nm、约5nm至约100nm、5nm至约200nm、约10nm至约100nm、约10nm至约200nm、约20nm至约200nm、约20nm至约250nm、约20nm至约500、约50nm至约250nm、约50nm至约500nm、约100nm至约500nm、约200nm至约1000nm、约500nm至约2000nm或约1000nm至约5000nm。

162、根据实施例160或161所述的方法，其中所述细颗粒金属或金属合金在金属颗粒之间具有高孪晶度，并且在相对于具有大于约5000nm的颗粒尺寸的相同组分的可电沉积的金属或合金具有改进的硬度、拉伸强度或耐蚀性的同时保持延展性。

163、根据实施例160-162中任一项所述的方法，其中所述第一类型的层包括Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn、Zr或以上的组合；以及

第二类型的层包括Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn、Zr或以上的组合。

164、根据实施例160-163中任一项所述的方法，其中所述第一类型的层包括以下中的两种或更多种：Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr；以及

第二类型的层包括以下中的两种或更多种：Ag、Al、Au、B、Be、C、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、In、Ir、Mg、Mn、Mo、Nb、Nd、Ni、P、Pd、Pt、Re、Rh、Sb、Si、Sn、Pb、Ta、Ti、W、V、Zn和Zr。

165、根据实施例160-164中任一项所述的方法，其中所述第一类型的层包括NiCr、NiFe、NiCo、NiCrCo、NiAl、NiCrAl、NiFeAl、NiCoAl、NiCrCoAl、NiMo、NiCrMo、NiFeMo、NiCoMo、NiCrCoMo、NiW、NiCrW、NiFeW、NiCoW、NiCrCoW、NiMoW、NiNb、NiCrNb、NiFeNb、NiCoNb、NiCrCoNb、NiTi、NiCrTi、NiFeTi、NiCoTi、NiCrCoTi、NiCrP、NiCrAl、NiCoP、NiCoP、NiCoAl、NiFeP、NiFeAl、NiCrSi、NiCrB、NiCrB、Ni NiFeB、ZnCr、ZnFe、ZnCo、ZnNi、ZnCrP、ZnCrAl、ZnFeP、ZnFeAl、ZnCoP、ZnCoAl、ZnNiP、ZnNiAl、ZnCrSi、ZnCrB、ZnFeSi、ZnFeB、ZnCoSi、ZnCoB、CrCoB、ZnCoSi、ZnNiSi、ZnFeSi CoCrAl、CoFeAl、CoCrSi、CoFeSi、CoCrB、CoFeB、CoAl、CoW、CoCrW、CoFeW、CoTi、CoCrTi、CoFeTi、CoTa、CoCrTa、CoFeTa、CoC、CoCrC、CoFeC、FeCr、FeCrP、FeCrAl、FeCrSi或FeCrB；以及

第二类型的层包括NiCr、NiFe、NiCo、NiCrCo、NiAl、NiCrAl、NiFeAl、NiCoAl、NiCrCoAl、NiMo、NiCrMo、NiFeMo、NiCoMo、NiCrCoMo、NiW、NiCrW、NiFeW、NiCoW、NiCrW、NiCrCoW、NiMoW、NiNb、NiCrNb、NiFeNb、NiCoNb、NiCrCoNb、NiTi、NiCrTi、NiFeTi、NiCoTi、NiCrCoTi、NiCrP、NiCrAl、NiCoP、NiCoAl、NiFeP、NiFeAl、NiCrSi、NiCrB、NiCoSi、NoCoB、NiFeSi、NiFeB、ZnCr、ZnFe、ZnFe、ZnCo、ZnCo ZnCrAl、ZnFeP、ZnFeAl。

166、根据实施例165所述的方法，其中第一类型的层、第二类型的层或两者包括Ni和W。

167、根据实施例166所述的方法，其中第一类型的层、第二类型的层或两者包括Ni，Mo，W。

168、根据实施例149至167中任一项的方法，其中在未经处理情况下，所述未经热处理的层压涂层具有如ASTM E384-11e1测量的至少约75的维氏显微硬度。

169、根据实施例168所述的方法，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有如ASTME384-11e1测量的至少约100的维氏显微硬度。

170、根据实施例169所述的方法，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有如ASTME384-11e1测量的至少约150的维氏显微硬度。

171、根据实施例170所述的方法，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有如ASTME384-11e1(材料的维氏硬度标准试验方法)测量的至少约200的维氏显微硬度。

172、根据实施例171所述的方法，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有如ASTME384-11e1(材料的维氏硬度标准试验方法)测量的至少约500的维氏显微硬度。

173、根据实施例172所述的方法，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有如ASTME384-11e1(材料的维氏硬度标准试验方法)测量的至少约1200的维氏显微硬度。

174、根据实施例168所述的方法，其中在未经热处理情况下，层压涂层具有如ASTME384-11e1测量的约75至约200、约100至约300、约300至约600、约550至约750、约600至约900、约750至约1000、约1000至约1200的维氏显微硬度。

175、根据实施例168所述的方法，其中在未经热处理的情况下，通过ASTM E384-11e1测量的维氏显微硬度为约100至约150、约150至约250、约250至约350、约350至约550、约550约600、约600至约650、约650至约700、约700至约750、约750至约800、约800至约850、约850至约900、约900至约1000、约1000至约1100、约1100至约1200。

176、根据实施例1-74或149-175中任一项所述的方法，其中在所述有涂层的升降柱塞的顶表面中形成凹部。

177、根据实施例176所述的方法，其中所述有涂层的升降柱塞具有沿所述纵向轴线的长度，并且所述凹部延伸至升降柱塞的总长度的约5％内。

178、根据实施例177所述的方法，其中所述有涂层的升降柱塞具有沿所述纵向轴线的长度，并且所述凹部延伸至升降柱塞的总长度的约10％内。

179、根据实施例178所述的方法，其中所述有涂层的升降柱塞具有沿所述纵向轴线的长度，并且所述凹部延伸至升降柱塞的总长度的约15％内。

180、根据实施例179所述的方法，其中所述有涂层的升降柱塞具有沿所述纵向轴线的长度，并且所述凹部延伸至升降柱塞的总长度的约20％内。

181、根据实施例180所述的方法，其中所述有涂层的升降柱塞具有沿所述纵向轴线的长度，并且所述凹部延伸至升降柱塞的总长度的约25％内。

182、根据实施例176-181中任一项所述的方法，还包括孔，该孔从凹部延伸穿过有涂层的升降柱塞的侧壁。

183、根据实施例1-74或149-182中任一项所述的方法，其中所述层压涂层在柱塞芯的表面上是基本上连续的。

本文描述的细节仅是示例性的，并且仅用于本公开的实施例的说明性讨论的目的。本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明本公开，并且不对要求保护的本公开的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应被解释为指示任何未要求保护的要素对于实施本公开是必不可少的。此外，除非本文另外指出或与上下文明显矛盾，否则本文描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行。

可以将上述各种实施例组合以提供其他实施例。本说明书中提及和/或在应用数据表中列出的所有美国专利文献、美国专利申请公开文献、美国专利申请文献、外国专利文献、外国专利申请文献和非专利出版物(包括第62/476621号美国专利申请文献和第62/640525号美国专利申请文献)通过引用整体并入本文。如果需要各种专利文献、申请文献和出版物的内容以提供其他实施例，可以修改实施例的各方面。

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除非在实施例中清楚和明确地修改了本发明或当含义的应用导致任何构造无意义或本质上无意义时，在本公开中使用的限定意味着并且旨在于任何将来的构造中受控。在该术语的构造将使其变得无意义或本质上无意义的情况下，该定义应取自韦伯斯特词典(第三版)或本领域一般技术人员已知的词典。

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