CN106048687A - 一种耐磨和抗腐蚀铝合金钻杆表面强化层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐磨和抗腐蚀铝合金钻杆表面强化层的制备方法。特点是采用近年来新出现的超声冷锻技术作为预处理，然后在超声冷锻技术产生的具有大量晶格畸变和位错的塑性变形层上采用微弧氧化技术，再形成一个结构致密陶瓷膜层。其具体步骤包括：清除铝合金钻杆表面污染物，进行特定参数的超声冷锻预处理，清洗样品后进行特定参数的微弧氧化处理得到两个性能优异的强化层。本发明中制备的硬质塑性变形层，晶粒尺寸和硬度呈梯度变化，使与微弧氧化层之间有良好的结合力，也使得微弧氧化层更加致密，耐磨和耐腐蚀性大大提高，能对钻杆进行有效的保护，提高其寿命，且制备过程简单环保，成本低。

Description

一种耐磨和抗腐蚀铝合金钻杆表面强化层的制备方法

技术领域

本发明属于钻探工程技术领域，确切的说是一种在钻杆基体上采用特定参数的超声冷锻技术预处理后，再在其产生的强化层上进行特定参数微弧氧化处理的强化方法。

背景技术

随着石油、天然气消耗量的迅速增大，深层油气资源的勘探开发，是实现油田油气资源战略接替的主要途径，同时也是人类开发利用资源的必然趋势。为开发深层资源，超深井、水平井、高腐蚀介质井等复杂工况环境勘探开发井的数量快速增多，由此不断给勘探开发设备和技术提出更高的要求，特别是给钻杆提出了新要求。

在地质深井和超深井钻探过程中，铝合金钻杆以其密度小，重量轻，比强度高，抗冲击能力强等优势被广泛使用，而铝合金钻杆存在硬度低，易磨损，高温力学性能差，抗盐腐蚀能力差等缺点，容易在使用过程中产生划痕，磨痕和拉断等失效形式，大大降低了钻杆使用寿命。而且地温梯度是按照3℃/100m增长的，五六千米的深井下地温约为200℃，再加上腐蚀等多种因素的作用，对钻杆的要求更加苛刻。因此，采用具有良好高温摩擦性能和抗腐蚀性能的铝合金钻杆是十分必要的，能从很大程度上提高钻井效率和降低钻探过程中的费用。我们采用特定参数的超声冷锻技术和微弧氧化技术，加工简单，经济环保，产生的保护层性能优异，因此这两种技术更加适合作为地质深井和超深井使用的铝合金钻杆表面强化技术。

超声冷锻技术(UCFT)是利用超声能量在金属机械零部件上方便、快速、低成本、大规模地进行表面自身纳米化加工处理的新方法，同时能显著提高强度，硬度，疲劳强度，耐磨性和使用寿命，但是在深井和超深井钻探过程中温度较高，又存在腐蚀作用，因此单独使用该技术的效果并不理想。

专利2011103606700公开了一种钛铝基金属间化合物材料的表面纳米改性方法，步骤如下：(1) 将钛铝基金属间化合物材料线切割为样品；(2) 对样品表面进行清洗，然后烘干；(3) 将样品放入高能球磨机内进行表面纳米化处理，使用转速范围为200转/分~350转/分，使用耐磨钢球尺寸范围1mm~10mm，使用球料质量比范围为10：1～40:1，球磨时间范围为0.5小时~24小时。通过高能球磨技术，实现了对Ti、Al 基金属的高应变速率、随机应变方向的表面强烈塑性变形，使其表面晶粒得到充分细化，并且形成了一定厚度的、具有晶粒尺寸渐变梯度的纳米结构表面层，大大增加了表面硬度，并有效地提高了制品的疲劳抗性和耐磨性能。但是对于铝合金钻杆来说，在钻探过程中强烈摩擦和腐蚀等恶劣环境下，仅仅是单一的纳米化处理只能提高其摩擦性能，对于腐蚀性能的提高程度很轻微，要想更好的提高在钻探过程中的铝合金钻杆摩擦和腐蚀性能，仅做纳米化处理是完全不够的。

微弧氧化技术(MAO)又称微等离子体氧化技术或阳极火花沉积技术，这是一种在轻合金表面通过微等离子体放电，进行复杂的电化学、等离子化学和热化学过程原位生长氧化物陶瓷膜层的新技术。利用此项技术形成的表面膜层与基体的结合力较强、硬度高，耐磨性、耐蚀性、抗热震性高，但是在深井、超深井环境下性能不够强，可能会较快的发生剥落和磨穿。

专利2012103756558公开了一种铝合金表面微弧氧化膜功能化设计的方法，属于铝合金表面处理技术领域。该方法通过在铝合金微弧氧化过程中同时施加方波脉冲电压及高频载波而得以实现，其配套电解液主要由基础组成、辅助添加剂和致密化添加剂组成。通过特定的外部电参数及相关配套优化电解液相互配合，针对应用的实际情况实现了铝合金微弧氧化膜的超强耐蚀性、优异的耐磨性、良好的隔热性、超薄性、超厚性、超硬性及良好的光洁度。该方法能制备一个性能不错的微弧氧化层，但是铝合金钻杆工作条件苛刻，微弧氧化层可能很快就会剥落，因而需要寻求降低基体内应力和增强膜基结合力的方法，使微弧氧化层更加致密且不易剥落。

因此，本发明中选用特定工艺参数，把两种技术良好的结合起来，加工简单，经济环保，产生的保护层性能优异，既提高了抗摩减磨性能，又提高了抗腐蚀性能，提高了深井和超深井钻探的钻杆使用寿命和钻探效率。

发明内容

为了克服现有的铝合金钻杆在地质深井和超深井钻探过程中硬度低，易磨损，高温力学性能差，抗盐腐蚀能力差，并且容易在使用过程中产生划痕，磨痕和拉断等失效形式，使得钻杆使用寿命较短的不足，本发明提供了一种耐磨和抗腐蚀铝合金钻杆表面强化层的制备方法，该方法加工简单，过程环保，加工使晶粒得到细化，发生晶格畸变和大量位错，通过调节载荷，频率和进给速度等参数制备出晶粒尺寸呈梯度变化，硬度可控并也呈梯度变化的性能优异的塑性变形层。然后在超声冷锻技术产生的塑性变形层上采用微弧氧化技术，再形成一个微弧氧化陶瓷膜层，其结构致密，且电解质溶液会与少量铝发生反应，生成γ-Al₂O₃和α-Al₂O₃两种相，这两种相均能提高微弧氧化层的硬度，进一步提高耐磨性。与直接在基体上微弧氧化相比，塑性变形层中的晶格畸变和大量位错，降低了基体的内应力，增大了膜基结合力，使基体与微弧氧化层结合牢固，塑性变形层提高了微弧氧化层的摩擦学性能，微弧氧化层又提高了铝合金钻杆的抗腐蚀性能。采用两种技术对铝合金钻杆进行复合处理可以有效解决铝合金钻杆硬度低，易磨损，高温力学性能差，抗盐腐蚀能力差等缺点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种耐磨和抗腐蚀铝合金钻杆表面强化层的制备方法，包含以下步骤：

（1）将铝合金钻杆在丙酮溶液中清洗，之后再用无水乙醇超声清洗10~30 min，之后自然风干；

（2）将风干后的铝合金钻杆夹持在超声冷锻设备上，采用分段加工的方法对铝合金钻杆进行超声冷锻处理，产生一个厚度约50~300μm厚的硬质塑性变形层；

（3）将超声冷锻处理后的铝合金钻杆超声清洗10~30min，并烘干；

（4）将烘干后的铝合金钻杆放入微弧氧化设备中，配制微弧氧化电解质溶液，并调节微弧氧化设备的参数，采用分段加工的方法对铝合金钻杆进行微弧氧化30~90 min，形成一个5~40μm厚疏松多孔硬质陶瓷微弧氧化层；

（5）将微弧氧化后的铝合金钻杆用清洗冲洗，并采用热水进行封闭，增强膜的耐蚀性，之后自然风干，即在铝合金钻杆表面制备出耐磨和抗腐蚀的表面强化层。

优选的，步骤（1）中使用的铝合金钻杆所用的材料为2024、2219、2618、和7075等多种常见的铝合金。

优选的，步骤（2）中超声冷锻设备的相关参数为：振动频率为15~22 KHz，振幅10~45 um，载荷50~400 N，主轴转速50~250 r/min，进给速度0.01~0.03 mm/rev，冲头直径4~10mm，加工4~24次。采用上述参数进行加工后，铝合金钻杆表面产生了一个厚度约80~450um的硬质塑性变形层，该变形层晶粒尺寸呈梯度变化且被细化，因此硬度提高且也呈梯度变化，产生了适度的晶格畸变，位错增加，使微弧氧化层与塑性变形层间的渗透作用大大加强，增大了层间的结合力，能够对微弧氧化层有更好的支撑，与其他参数相比，申请人使用的优化后的工艺参数使微弧氧化层与硬质塑性变形层结合的更加紧密，不易脱落，也使微弧氧化层更加致密，更加耐磨、耐腐蚀。

优选的，步骤（2）中的分段加工的方法为：将铝合金钻杆分段加工，每段加工30cm，每加工5段后调换方向继续加工，以此类推，并在数控机床导轨上安装顶尖，以减少加工过程中的离心。

优选的，步骤（4）中微弧氧化设备采用的电解质溶液为2~10 g/L NaSiO₃和0.2~1.2 g/L KOH，温度为15~40 ℃，阴极材料为316L不锈钢，电流密度为2~12 A/dm²，频率为250~750 Hz。该电解液配置方案，与一般工艺参数不同，是和上述超声冷锻工艺参数共同反复实验所优化得出的，制备的微弧氧化层与普通的在合金上制备的相比，由于其基体的特定工艺，硬度可由载荷和冲击次数的参数来控制，形成一个硬度可控且呈梯度变化的变形层，加上特定的微弧氧化参数，使制备的微弧氧化层更加致密，硬度也更高，约为基体2~4倍。此外，电解质溶液会与少量铝发生反应，生成γ-Al₂O₃和α-Al₂O₃两种相，这两种相均能提高微弧氧化层的硬度，提高耐磨性。

本发明的优点是：

（1）本发明中先对铝合金钻杆采用超声冷锻技术作为预处理，产生了一个塑性变形层，该塑性变形层平均晶粒尺寸25~35nm，产生了晶格畸变和大量位错，晶粒尺寸呈梯度渐变，导致硬度也呈梯度变化，基体硬度约为100~120HV，加工后硬度约为120~185HV，极大地提高了铝合金钻杆表面性能，降低了内应力，增大了膜基结合力，在此塑性变形层上进行微弧氧化处理，与原有的直接微弧氧化处理相比，微弧氧化层很好的渗透到塑性变形层中，二者间的结合力大大提高，超声冷锻塑性变形层给予微弧氧化层良好的支撑，使微弧氧化层结构更加致密，与直接微弧氧化相比，本发明中特定工艺参数的复合处理，使微弧氧化层表现出了更加优异的摩擦学性能和耐腐蚀性，经后期实验检测发现，采用该工艺参数制备的复合保护层，在同温度下能够极大降低磨损率，磨痕深度和宽度都要更小，腐蚀性能与未处理钻杆相比也有很大提升，对基体有良好的保护作用，提高了钻杆的摩擦学和耐腐蚀性能；

（2）本发明中将超声冷锻和微弧氧化技术复合处理应用于铝合金钻杆，能有效解决铝合金钻杆硬度低，易磨损，高温力学性能差，抗盐腐蚀能力差等缺点，减少在使用过程中产生划痕，磨痕和拉断等失效形式，使其在深井、超深井等复杂环境中的使用寿命提高2~3倍左右；

（3）本发明中对铝合金钻杆采用的超声冷锻和微弧氧化复合处理，过程简单环保，价格低廉，没有对人体有害成分，能够在大大提高钻杆性能的基础上减少成本，能实现广泛应用。

附图说明

图1为采用本发明的方法制备出的强化层的切面结构示意图；

图2为UCFT处理前后2618铝合金样品横截面硬度分布图；

图3为MAO处理和MAO+UCFT处理2618铝合金样品横截面硬度分布图；

图4为在不同的温度条件下，未处理与UCFT处理2618铝合金样品磨损率对比图；

图5为在不同的温度条件下，MAO处理和MAO+UCFT处理2618铝合金样品的磨损率对比图；

图6为经过超声冷锻处理和未处理2618铝合金样品在25℃、80℃、160℃、200℃下与Al₂O₃球对磨后磨痕表面SEM图；

图7为采用微弧氧化处理和超声冷锻+微弧氧化处理后2618铝合金样品在25℃、80℃、160℃、200℃下与Al₂O₃球对磨的磨痕表面SEM图。

图中符号说明：1、微弧氧化层；2、塑性变形层；3、铝合金基体。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明：

实施例1：

（1）首先采用丙酮溶液清洗2618铝合金基体3表面污染物，之后用无水乙醇超声清洗10min，然后在流动空气中自然风干；

（2）将清理好的铝合金基体3夹持到超声冷锻设备上，调节超声冷锻设备的参数振动频率为18KHz，振幅25um，载荷200N，主轴转速150r/min，进给速度0.01mm/rev，冲头直径1mm，每平方毫米冲击次数18000次。设定程序，加工10遍，待加工完成后取下铝合金基体3；

（3）再次对铝合金基体3超声清洗10min，烘干；

（4）将铝合金基体3放入微弧氧化设备的微弧氧化槽中，采用电解质溶液为4g/LNaSiO₃和0.4 g/L KOH，温度为20℃，阴极材料316L不锈钢，电流密度4A/dm²，频率450Hz，加工40min；

（5）取出铝合金基体3，进行清水冲洗，然后热水封闭，最后自然干燥。

经超声冷锻处理后的2618铝合金基体3表面生成了平均晶粒尺寸约35nm及厚度约160um的塑性变形层2，表面硬度由120HV上升到 175HV；超声冷锻和微弧氧化结合处理的2618铝合金基体3后，表面形成了厚度约为19um的疏松多孔的硬质陶瓷微弧氧化层1，表面硬度由 120HV上升到416 HV。其他参数相同情况下，复合处理有更加优异的耐磨、耐腐蚀性能。

实施例2：

（1）首先采用丙酮溶液清洗2024铝合金基体3钻杆表面污染物，之后用无水乙醇超声清洗20min，然后在流动空气中自然风干；

（2）将清理好的铝合金基体3夹持到超声冷锻设备上，调节超声冷锻设备的参数振动频率为20KHz，振幅30um，载荷250N，主轴转速200r/min，进给速度0.02mm/rev，冲头直径1mm，每平方毫米冲击次数20000次。设定程序，加工15遍，待加工完成后取下铝合金基体3；

（3）再次对铝合金基体3超声清洗20min，烘干；

（4）将铝合金基体3放入微弧氧化设备的微弧氧化槽中，采用电解质溶液为5g/LNaSiO₃和0.5 g/L KOH，温度为20℃，阴极材料316L不锈钢，电流密度5A/dm²，频率500Hz，加工50min；

（5）取出铝合金基体3，进行清水冲洗，然后热水封闭，最后自然干燥。

经超声冷锻处理后2024铝合金基体3表面生成了平均晶粒尺寸约29nm及厚度约200um的塑性变形层2，表面硬度由135HV上升到 190HV；超声冷锻和微弧氧化结合处理的2024铝合金基体3表面形成了厚度约为20um的疏松多孔的硬质陶瓷微弧氧化层1，表面硬度由 135HV上升到420 HV。其他参数相同情况下，复合处理有更加优异的耐磨、耐腐蚀性能。

实施例3：

（1）首先采用丙酮溶液清洗2219铝合金基体3钻杆表面污染物，之后用无水乙醇超声清洗25min，然后在流动空气中自然风干；

（2）将清理好的铝合金基体3夹持到超声冷锻设备上，调节超声冷锻设备的参数振动频率为22KHz，振幅35um，载荷300N，主轴转速250r/min，进给速度0.03mm/rev，冲头直径1mm，每平方毫米冲击次数22000次。设定程序，加工20遍，待加工完成后取下铝合金基体3；

（3）再次对铝合金基体3超声清洗30min，烘干；

（4）将铝合金基体3放入微弧氧化设备的微弧氧化槽中，采用电解质溶液为6g/LNaSiO₃和0.6 g/L KOH，温度为20℃，阴极材料316L不锈钢，电流密度6A/dm²，频率550Hz，加工60min。

（5）取出铝合金基体3，进行清水冲洗，然后热水封闭，最后自然干燥。

经超声冷锻处理后2219铝合金表面生成了平均晶粒尺寸约27nm及厚度约 220um的塑性变形层，表面硬度由115HV上升到 186HV；超声冷锻+微弧氧化处理的2618铝合金表面形成了厚度约为21um的疏松多孔的硬质陶瓷微弧氧化层，表面硬度由 115HV上升到422HV。其他参数相同情况下，复合处理有更加优异的耐磨、耐腐蚀性能。

样品表征：

1、硬度分析

采用MH-6 型显微硬度计测量样品表面硬度和横截面硬度，加载力为50 g，加载5 s，测量五次取平均值。此外，利用样品硬度沿横截面深度变化来表征影响层的厚度，影响层厚度义为当横截面硬度开始小于等于样品心部硬度的110%时对应的深度。图2为超声冷锻技术处理前后2618铝合金样品横截面硬度分布图，图3为MAO处理和MAO+UCFT处理2618铝合金样品截面硬度分布图。

从图2中可以看出，未处理样品的表面硬度为120HV左右，超声冷锻处理样品的表面硬度为185HV左右。经过超声冷锻处理后，样品的硬度由表面到芯部逐渐降低，且超声冷锻处理前后2618铝合金芯部硬度基本不变，说明经超声冷锻技术处理后2618铝合金表面形成了厚度约为200um的塑性变形层，且由表层到芯部硬度呈梯度递减。

从图3可以看出，微弧氧化处理和超声冷锻+微弧氧化处理后表面硬度值相同，都是420HV。只采用微弧氧化处理的铝合金样品，截面硬度随深度增加而迅速降低，直到深度为50um时，硬度值基本保持不变。采用超声冷锻+微弧氧化处理后，铝合金样品的截面硬度由表面到基体随深度增加而迅速降低，在距离表面约50um处到200um处，超声冷锻+微弧氧化处理铝合金样品的硬度明显高于微弧氧化处理铝合金样品。复合处理后的样品当深度大于200um左右时硬度与微弧氧化处理的铝合金样品的硬度基本相同，表明此时深度都已到达基体处，超声冷锻处理后形成的塑性变形层厚度约为200um，硬度由表及里呈现递减趋势。

2、磨损率分析

在不同的温度条件下，未处理与超声冷锻处理2618铝合金样品磨损率对比如图4所示，微弧氧化处理和超声冷锻+微弧氧化处理样品的磨损率如图5所示。

从图4可以看出，在相同温度下，未处理样品的磨痕宽度和深度要比超声冷锻处理样品的大。未处理样品与超声冷锻处理样品的磨损率都随温度升高而增大，但是在同一温度下，超声冷锻处理样品与未处理样品相比，前者的磨损率要明显低于后者。综合超声冷锻处理与未处理样品的二维磨痕截面图与磨损率对比图，可得出超声冷锻处理后的形成的硬质塑性变形层可能对样品的耐磨性有所提高。从图5可以看出，微弧氧化处理和超声冷锻+微弧氧化处理样品的磨损率都随着温度的升高而增大，但在相同温度下，后者磨损率要低于前者。

3、磨痕形貌SEM图分析

如图6所示，为经过超声冷锻处理和未处理2618铝合金样品在25℃、80℃、160℃、200℃下与Al₂O₃球对磨后磨痕表面SEM图，图中（a,c,e,g）和（b,d,f,h）分别为25℃、80℃、160℃、200℃下未处理样品和UCFT样品。如图7所示，为采用微弧氧化处理和超声冷锻+微弧氧化处理后2618铝合金样品在25℃、80℃、160℃、200℃四个不同温度下与Al₂O₃球对磨的磨痕表面SEM图，图中（a,c,e,g）和（b,d,f,h）分别为25℃、80℃、160℃、200℃下MAO处理与MAO+UCFT处理样品。图中的SD表示滑动方向。

从图6中可以看出，可能是因为Al₂O₃对磨球硬度较高，未处理样品和超声冷锻处理样品在四种温度下对磨过程中均发生了程度不同的塑性变形，而且塑性变形的程度随着温度的升高也越来越大。对于未处理样品来说，从图中可以看出，随着温度升高，样品表面形成的犁沟和块状凸起越严重，当温度达到160℃和200℃时磨痕表面不规则凸起十分明显，同时也可以从图中看到对磨过程中有少量磨屑剥落，说明发生了较为严重的塑性变形，黏着磨损和一定程度的磨粒磨损。对于超声冷锻处理后的样品，塑性变形程度也随着温度升高而变大，但是相比于同温度下未处理样品其塑性变形程度明显较小，且超声冷锻样品磨痕表面没有出现明显的凸起，只有较为明显的犁沟，表面也有少量磨屑剥落，因此超声冷锻处理后的样品发生了相比于未处理样品程度较低的塑性变形，黏着磨损和磨粒磨损。从图7可以看出，两种处理的表面磨损状况都随温度升高而有所加重，硬质多孔陶瓷层被压塌，表面几乎看不到原有的微孔，磨痕处有犁沟出现，当温度较高时磨痕处会有轻微层片状凸起，两种样品磨损机制主要为黏着磨损和磨粒磨损。超声冷锻+微弧氧化处理后样品的磨损程度要低于微弧氧化处理的样品。

结果与讨论：

对于未处理2618铝合金样品，由于其表面硬度比较低，当与Al₂O₃对磨球对磨过程中，由于对磨球硬度高，二者对磨后铝合金样品表面会产生塑性变形，且塑性变形程度会随着温度升高而趋于严重，磨粒经过多次碾压，最后依附于样品表面形成凸起，进一步增大了样品平均摩擦系数和磨损率。而对于超声冷锻处理样品，由于在处理过程中表面形成了硬质塑性变形层，该变形层能够抵御一部分对磨过程中对样品表面的损伤，但是其硬度还是不及Al₂O₃对磨球，因此表面也会产生一定程度塑性变形。而且塑性变形程度也随着温度升高而增大，但是相比于同温度下未处理样品，超声冷锻处理样品磨痕表面未形成明显凸起，磨损程度也较小，平均摩擦系数和磨损率也较低。

总之，未处理样品磨损机制主要是较为严重的塑性变形，黏着磨损和磨粒磨损，而超声冷锻处理后样品磨损机制是程度较低的塑性变形，黏着磨损和磨粒磨损。超声冷锻处理后的样品高温摩擦学性能要比未处理样品的好，在一温度下，超声冷锻处理样品的平均摩擦系数和磨损率都要低于未处理样品。

采用微弧氧化处理和超声冷锻+微弧氧化处理后2618铝合金样品，随着温度的升高，由于作为基体的Al在高温条件下承载能力会下降，因此都容易被磨损，磨损时剥落的细小颗粒物更容易被压平，因此样品平均摩擦系数会逐渐降低。而且微弧氧化形成的陶瓷膜的脆性会随温度升高而变大，所以两种处理的样品表层的疏松多孔结构也越来越容易被压平，近而被磨掉，所以两种处理的磨损率都是随温度升高而变大的。但是由于超声冷锻预处理会在铝合金样品表面形成一个硬质塑性变形层，其承载能力要高于未进行超声冷锻预处理的样品，所以在同一温度下超声冷锻+微弧氧化处理样品的磨损率要低于直接微弧氧化处理的样品。

综上所述，两种处理方式的磨损机制都是黏着磨损和磨粒磨损，但是超声冷锻+微弧氧化处理的样品高温摩擦学性能要好于微弧氧化处理样品。同一温度下，超声冷锻+微弧氧化处理样品的平均摩擦系数和磨损率都要远低于微弧氧化处理样品。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种耐磨和抗腐蚀铝合金钻杆表面强化层的制备方法，其特征在于，所述的方法包含以下步骤：

（1）将铝合金钻杆在丙酮溶液中清洗，之后再用无水乙醇超声清洗10~30 min，之后自然风干；

（2）将风干后的铝合金钻杆夹持在超声冷锻设备上，采用分段加工的方法对铝合金钻杆进行超声冷锻处理；

（3）将超声冷锻处理后的铝合金钻杆超声清洗10~30min，并烘干；

（4）将烘干后的铝合金钻杆放入微弧氧化设备中，配制微弧氧化电解质溶液，并调节微弧氧化设备的参数，采用分段加工的方法对铝合金钻杆进行微弧氧化30~90 min；

（5）将微弧氧化后的铝合金钻杆用清洗冲洗，并采用热水进行封闭，之后自然风干，即在铝合金钻杆表面制备出耐磨和抗腐蚀的表面强化层。

2.如权利要求1所述的一种耐磨和抗腐蚀铝合金钻杆表面强化层的制备方法，其特征在于，步骤（1）中使用的铝合金钻杆所用的材料为2024、2219、2618、和7075等多种常见的铝合金。

3.如权利要求1所述的一种耐磨和抗腐蚀铝合金钻杆表面强化层的制备方法，其特征在于，步骤（2）中超声冷锻设备的相关参数为：振动频率为15~22 KHz，振幅10~45 um，载荷50~400 N，主轴转速50~250 r/min，进给速度0.01~0.03 mm/rev，冲头直径4~10 mm，加工次数4~24次。

4.如权利要求1所述的一种耐磨和抗腐蚀铝合金钻杆表面强化层的制备方法，其特征在于，步骤（2）中的分段加工的方法为：将铝合金钻杆分段加工，每段加工30cm，每加工5段后调换方向继续加工，以此类推。

5.如权利要求1所述的一种耐磨和抗腐蚀铝合金钻杆表面强化层的制备方法，其特征在于，步骤（4）中微弧氧化设备采用的电解质溶液为2~10 g/L NaSiO₃和0.2~1.2 g/L KOH，温度为15~40 ℃，阴极材料为316L不锈钢，电流密度为2~12 A/dm²，频率为250~750 Hz。