CN107604354A - 压裂用镁合金球座内表面耐冲蚀涂层的制备方法 - Google Patents

压裂用镁合金球座内表面耐冲蚀涂层的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107604354A
CN107604354A CN201710832556.0A CN201710832556A CN107604354A CN 107604354 A CN107604354 A CN 107604354A CN 201710832556 A CN201710832556 A CN 201710832556A CN 107604354 A CN107604354 A CN 107604354A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnesium alloy
ball seat
preparation
spray
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710832556.0A
Other languages
English (en)
Inventor
陈杰
马冰
宋惠
刘光
冯胜强
郑子云
贾利
崔烺
戴宇
赵健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Weapon Science Academy Ningbo Branch
Chinese Academy of Ordnance Science Ningbo Branch
Original Assignee
Chinese Academy of Ordnance Science Ningbo Branch
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chinese Academy of Ordnance Science Ningbo Branch filed Critical Chinese Academy of Ordnance Science Ningbo Branch
Priority to CN201710832556.0A priority Critical patent/CN107604354A/zh
Publication of CN107604354A publication Critical patent/CN107604354A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

一种压裂用镁合金球座内表面耐冲蚀涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：①依次对镁合金球座待加工的内表面进行丙酮清洗和喷砂粗化处理；②按照配比称取WC硬质合金粉末和金属Ni粉末，并将粉末置于机械混料机中混合后制得混合喷涂粉末；③将步骤②混合喷涂粉末装入冷喷涂设备的送粉器中，再将经过步骤①处理后的镁合金球座固定在喷涂夹具上，采用冷喷涂在镁合金球座内表面制备耐冲蚀涂层。所得涂层结合强度在50～75MPa之间，涂层的显微硬度在1000～1600HV之间，整体制备方法简便可行，可操作性好。

Description

压裂用镁合金球座内表面耐冲蚀涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种压裂用镁合金球座的表面处理方法，尤其涉及一种压裂用镁合金球座涂层的制备方法。
背景技术
多级投球滑套压裂是油气田开发领域中广泛应用的分段增产改造技术。在这项技术中，投球滑套系统为管柱内的压裂液提供流向地层的通道。各级滑套间采用级差式设计，并依次投入与所在级滑套对应的特定尺寸的密封球来完成各段滑套的开启和隔离。压裂作业完成后，压裂球返排至地面，而球座留在井下。传统的球座材料为钢或铸铁，需要下钻将球座磨铣掉，否则将影响单井生产效率和后续的井下作业。
由于镁合金在盐水中的腐蚀分解速率远高于钢或铸铁材料，因此采用镁合金加工而成的可分解压裂球座，在井内的地层水条件下可逐步分解，不但省去磨铣作业，而且还保证了大通径的油气流通道。然而，在压裂作业前，高压力的压裂液会对镁合金球座造成严重的冲蚀磨损，造成球座工作表面破坏。然而，压裂球座在压裂作业前必需在井筒内保存完好，不能因压裂液的冲蚀作用而失去承压能力，因此需对镁合金压裂球座进行表面防护处理。目前，镁合金采用的表面涂层处理工艺主要有化学转化、阳极氧化、微弧氧化、气相沉积、粒子注入、化学镀及电镀等。然而，这些方法在处理条件、膜层结构、环境保护、经济成本等方面存在诸多缺陷，寻找一种既经济环保又高效可行的镁合金球座表面涂层技术，对进一步拓展可溶解镁合金球座在油气田开发领域中应用具有重大的意义。
冷喷涂技术是近年来迅速发展的新型表面涂层技术，可以实现高质量金属、陶瓷及金属陶瓷涂层的制备。在冷喷涂过程中，喷涂粉末粒子在非氧化性气流束中加速，依赖高的速度和动能形成涂层。与传统热喷涂相比，冷喷涂在低于粉末粒子熔点的温度条件下形成涂层。因此，减小甚至消除了高温氧化，相变结晶、残余拉应力等传统热喷涂方法中存在的有害因素，已成为在镁合金表面制备耐磨、防腐涂层最有效的方法之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种结合冷喷涂的耐冲蚀层与基体结合牢固从而可以有效提高使用寿命的压裂用镁合金球座内表面耐冲蚀涂层的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种压裂用镁合金球座内表面耐冲蚀涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①依次对镁合金球座待加工的内表面进行丙酮清洗和喷砂粗化处理；
②按照配比称取WC硬质合金粉末和金属Ni粉末，并将粉末置于机械混料机中混合后制得混合喷涂粉末，混合喷涂粉末中WC硬质合金粉末占95～60wt％，金属Ni料粉末占5～40wt％；
③将步骤②混合喷涂粉末装入冷喷涂设备的送粉器中，再将经过步骤①处理后的镁合金球座固定在喷涂夹具上，采用冷喷涂在镁合金球座内表面制备耐冲蚀涂层，涂层厚度为0.3～0.8mm。
作为优选，步骤①中喷砂粗化处理条件如下：喷砂压力为0.6～0.8MPa，喷砂时间为10～30s，喷砂用砂丸目数为80～200目。
作为优选，步骤②所述的WC硬质合金为WC-12Co、WC-17Co、WC-CoCr中的至少一种或几种，粉末为球形形貌或不规则形貌。
作为优选，步骤②中所述的WC硬质合金粉末的粒径为5～30μm，金属Ni粉末的粒径为20～60μm。
作为优选，步骤③中冷喷涂条件为：工作气体为氦气或氮气，喷涂压力为2.5～3.5MPa，温度为600～800℃，喷涂距离为15～40mm，喷枪移动速度为20～100mm/s，送粉速率为1～5kg/h。通过喷枪的高速气流将制备的喷涂粉末沉积在镁合金球座内表面上，得到耐冲蚀涂层。
与现有技术相比，本发明的优点在于：碳化钨(WC)硬质合金的硬度高，具有优异的耐冲蚀性能，同时添加金属Ni粉可以提高WC硬质合金的沉积效率，改善涂层的韧性，实现涂层硬度和韧性的共同优化。所制备的涂层结构致密、孔隙率低、硬度和韧性较高，与镁合金基体结合强度高，涂层具有优异的耐冲蚀性能，是镁合金压裂球座内表面优良的防护涂层。涂层结合强度在50～75MPa之间，涂层的显微硬度在1000～1600HV之间，整体制备方法简便可行，可操作性好；冷喷涂耐冲蚀涂层在对球座形成良好保护的同时，不影响球座镁合金基材的力学性能和可溶解特性，具有广泛的适用性。
附图说明
图1为实施例1中镁合金压裂球座和耐冲蚀涂层的剖面结构示意图。
图2为实施列1中耐冲蚀涂层的截面电镜形貌。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例压裂用镁合金球座内表面耐冲蚀涂层的制备方法方法，具体步骤如下：
1)依次对待加工镁合金球座内表面进行丙酮清洗和喷砂粗化处理，得到处理好的球座。喷砂压力为0.6MPa，喷砂时间为20s，喷砂用砂丸目数为80目。
2)按照质量比80:20的配比，称取WC-17Co粉末和Ni粉末，WC-17Co粉末为球形形貌，粒径为15～30μm，Ni粉末为球形形貌，粒径为40～60μm，将上述两种粉末置于机械混料机中混合后得到喷涂粉末。
3)将步骤2)制备的喷涂粉末装入送粉器中，再将经过步骤1)处理后的镁合金基材固定在样品台架上。用冷喷涂工艺制备WC-17Co/Ni复合涂层，最终获得镁合金球座内表面耐冲蚀涂层，其具体的喷涂参数为：工作气体为氦气，喷涂压力为3.0MPa，温度为600℃，喷涂距离为20mm，喷枪移动速度为100mm/s，送粉速率为5kg/h。
实施例所制备的WC-17Co/Ni复合涂层的剖面结构示意图如图1所示，2为镁合金压裂球座，1为冷喷形成的涂层。参考图2所示，白色区域为WC硬质合金，黑色区域为金属Ni。从图中可以看出，复合涂层结构致密、组份分布均匀。实施例所制备的耐冲蚀涂层的厚度为0.7mm。通过材料力学试验机测得涂层的结合强度为58MPa。通过显微硬度计测得涂层的显微硬度为1250HV。采用含砂30wt％的水以10m/s的速度冲刷本实施制备得到的带耐冲蚀涂层的镁合金压裂球座，冲刷时间达到30h时，耐冲蚀涂层对镁合金球座基体保护依然良好，表明WC-17Co/Ni涂层对可分解压裂球座具有良好的冲蚀防护性能。
WC硬质涂层的制备工艺主要有热喷涂、激光熔覆等。然而，这些制备工艺通常存在制备温度高、底材热影响区和氧化明显等问题，大大限制了其在镁合金表面强化领域的广泛应用。冷喷涂技术则可以消除上述制备工艺的诸多缺点，在制备镁合金压裂球座内表面WC硬质涂层方面具有明显的优势。
实施例2：
1)依次对待加工镁合金球座内表面进行丙酮清洗和喷砂粗化处理，得到处理好的球座。喷砂压力为0.8MPa，喷砂时间为30s，喷砂用砂丸目数为200目
2)按照质量比60:40的配比，称取一定量的WC-12Co粉末和Ni粉末，WC-12Co粉末为球形形貌，粒径为5～15μm，Ni粉末为球形形貌，粒径为20～40μm，将上述两种粉末置于机械混料机中混合后得到喷涂粉末。
3)将步骤2)制备的喷涂粉末装入送粉器中，再将经过步骤1)处理后的镁合金基材固定在样品台架上。用冷喷涂工艺制备WC-12Co/Ni复合涂层，最终获得镁合金球座内表面耐冲蚀涂层，其具体的喷涂参数为：工作气体为氦气，喷涂压力为3.5MPa，温度为800℃，喷涂距离为25mm，喷枪移动速度为50mm/s，送粉速率为3kg/h。
实施例所制备的耐冲蚀涂层的厚度为0.8mm，涂层与基材的结合强度为65MPa。通过显微硬度计测得涂层的显微硬度为1160HV。采用含砂30wt％的水以12m/s的速度冲刷本实施制备得到的带耐冲蚀涂层的镁合金压裂球座，冲刷时间达到30h时，耐冲蚀涂层对镁合金球座基体保护依然良好，表明WC-12Co/Ni涂层对可分解压裂球座具有良好的冲蚀防护性能。
实施例3：
1)依次对待加工镁合金球座内表面进行丙酮清洗和喷砂粗化处理，得到处理好的球座。喷砂压力位0.8MPa，喷砂时间为10s，喷砂用砂丸目数为100目。
2)按照质量比95:5的配比，称取一定量的WC-10Co4Cr粉末和Ni粉末，WC-10Co4Cr粉末为球形形貌，粒径为15～30μm，Ni粉末为球形形貌，粒径为20～40μm，将上述两种粉末置于机械混料机中混合后得到喷涂粉末。
3)将步骤2)制备的喷涂粉末装入送粉器中，再将经过步骤1)处理后的镁合金基材固定在样品台架上。用冷喷涂工艺制备WC-10Co4Cr/Ni复合涂层，最终获得镁合金球座内表面耐冲蚀涂层，其具体的喷涂参数为：工作气体为氦气，喷涂压力为3.0MPa，温度为800℃，喷涂距离为30mm，喷枪移动速度为40mm/s，送粉速率为2kg/h。
实施例所制备的耐冲蚀涂层的厚度为0.4mm，涂层与基材的结合强度为68MPa。通过显微硬度计测得涂层的显微硬度为1545HV。采用含砂30wt％的水以12m/s的速度冲刷本实施制备得到的带耐冲蚀涂层的镁合金压裂球座，冲刷时间达到48h时，耐冲蚀涂层对镁合金球座基体保护依然良好，表明WC-10Co4Cr/Ni涂层对可分解压裂球座具有良好的冲蚀防护性能。

Claims (5)

1.一种压裂用镁合金球座内表面耐冲蚀涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①依次对镁合金球座待加工的内表面进行丙酮清洗和喷砂粗化处理；
②按照配比称取WC硬质合金粉末和金属Ni粉末，并将粉末置于机械混料机中混合后制得混合喷涂粉末，混合喷涂粉末中WC硬质合金粉末占95～60wt％，金属Ni粉末占5～40wt％；
③将步骤②混合喷涂粉末装入冷喷涂设备的送粉器中，再将经过步骤①处理后的镁合金球座固定在喷涂夹具上，采用冷喷涂在镁合金球座内表面制备耐冲蚀涂层，涂层厚度为0.3～0.8mm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤①中喷砂粗化处理条件如下：喷砂压力为0.6～0.8MPa，喷砂时间为10～30s，喷砂用砂丸目数为80～200目。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤②所述的WC硬质合金为WC-12Co、WC-17Co、WC-CoCr中的至少一种或几种，粉末为球形形貌或不规则形貌。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤②中所述的WC硬质合金粉末的粒径为5～30μm，金属Ni粉末的粒径为20～60μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤③中冷喷涂条件为：工作气体为氦气或氮气，喷涂压力为2.5～3.5MPa，温度为600～800℃，喷涂距离为15～40mm，喷枪移动速度为20～100mm/s，送粉速率为1～5kg/h。
CN201710832556.0A 2017-09-15 2017-09-15 压裂用镁合金球座内表面耐冲蚀涂层的制备方法 Pending CN107604354A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710832556.0A CN107604354A (zh) 2017-09-15 2017-09-15 压裂用镁合金球座内表面耐冲蚀涂层的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710832556.0A CN107604354A (zh) 2017-09-15 2017-09-15 压裂用镁合金球座内表面耐冲蚀涂层的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107604354A true CN107604354A (zh) 2018-01-19

Family

ID=61060077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710832556.0A Pending CN107604354A (zh) 2017-09-15 2017-09-15 压裂用镁合金球座内表面耐冲蚀涂层的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107604354A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109252848A (zh) * 2018-11-29 2019-01-22 美钻深海能源科技研发（上海）有限公司 一种生产和压裂两用的分体式上法兰
CN110607526A (zh) * 2019-09-06 2019-12-24 中国兵器科学研究院宁波分院 一种冷喷涂制备纳米结构镍基宽温域自润滑涂层的方法
CN114437579A (zh) * 2020-10-16 2022-05-06 中国石油化工股份有限公司 一种可用于可溶滑套球座的复合涂层及组合物

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1919599A (zh) * 2006-09-18 2007-02-28 鞍山市鑫创高新技术有限公司 高强度耐磨金属复合板的制备方法和工艺装备
JP2008069377A (ja) * 2006-09-12 2008-03-27 National Institute For Materials Science サーメット皮膜形成方法とそれにより得られたサーメット被覆部材
JP2008231527A (ja) * 2007-03-22 2008-10-02 Shinshu Univ コールドスプレー用粉末及び皮膜形成方法
DE102009033620A1 (de) * 2009-07-17 2011-01-20 Mtu Aero Engines Gmbh Kaltgasspritzen von oxydhaltigen Schutzschichten
CN102575359A (zh) * 2009-09-30 2012-07-11 西门子公司 用于线型集中式太阳能热电厂的具有吸收剂层的中心管以及所述吸收剂层的施用方法
CN106835112A (zh) * 2016-12-16 2017-06-13 中国兵器科学研究院宁波分院 一种镁合金表面冷喷涂420不锈钢复合涂层的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008069377A (ja) * 2006-09-12 2008-03-27 National Institute For Materials Science サーメット皮膜形成方法とそれにより得られたサーメット被覆部材
CN1919599A (zh) * 2006-09-18 2007-02-28 鞍山市鑫创高新技术有限公司 高强度耐磨金属复合板的制备方法和工艺装备
JP2008231527A (ja) * 2007-03-22 2008-10-02 Shinshu Univ コールドスプレー用粉末及び皮膜形成方法
DE102009033620A1 (de) * 2009-07-17 2011-01-20 Mtu Aero Engines Gmbh Kaltgasspritzen von oxydhaltigen Schutzschichten
CN102575359A (zh) * 2009-09-30 2012-07-11 西门子公司 用于线型集中式太阳能热电厂的具有吸收剂层的中心管以及所述吸收剂层的施用方法
CN106835112A (zh) * 2016-12-16 2017-06-13 中国兵器科学研究院宁波分院 一种镁合金表面冷喷涂420不锈钢复合涂层的制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109252848A (zh) * 2018-11-29 2019-01-22 美钻深海能源科技研发（上海）有限公司 一种生产和压裂两用的分体式上法兰
CN110607526A (zh) * 2019-09-06 2019-12-24 中国兵器科学研究院宁波分院 一种冷喷涂制备纳米结构镍基宽温域自润滑涂层的方法
CN110607526B (zh) * 2019-09-06 2022-07-05 中国兵器科学研究院宁波分院 一种冷喷涂制备纳米结构镍基宽温域自润滑涂层的方法
CN114437579A (zh) * 2020-10-16 2022-05-06 中国石油化工股份有限公司 一种可用于可溶滑套球座的复合涂层及组合物

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102418065B (zh) 复合金属碳化物耐磨涂层及其制备工艺
CN101108377B (zh) 有高弹耐热耐蚀耐磨纳米复合材料涂层的钢管生产工艺
CN103834893B (zh) 一种用电火花沉积结合等离子熔覆增强金属水轮机转轮叶片表面的方法
CN107604354A (zh) 压裂用镁合金球座内表面耐冲蚀涂层的制备方法
CN104894554A (zh) 一种高致密度冷喷涂金属/金属基沉积体的制备方法和应用
CN102115884B (zh) 一种耐磨耐蚀复合涂层的制备方法
Zheng et al. Experimental study on the erosion behavior of WC-based high-velocity oxygen-fuel spray coating
CN106893961A (zh) 一种强化水轮机叶片表面的超音速火焰喷涂方法
CN107841702A (zh) 一种粉芯丝材及制备抗腐蚀、冲蚀热喷涂金属涂层的方法
CN108893695B (zh) 一种抗气蚀抗冲蚀的纳米碳化物增强碳化钨基复合粉末、涂层及其制备方法
Mao et al. Effects of spherical WC powders on the erosion behavior of WC-Ni hardfacing used for steel body drill bit
CN108893696A (zh) 一种高抗冲蚀且抗爆裂的纳米碳化物增强碳化钨基复合粉末、涂层及其制备方法
Singh et al. Comparative Analysis on Reinforcement of Potential Additives in WOKA Cermet HVOF Coating Subjected to Slurry Erosion in Ash Conditions.
CN106399894A (zh) 一种WC‑NiCrBSi梯度复合耐磨涂层的制备方法
CN108194113A (zh) 一种矿用液压支柱及其制造方法
JPH09314032A (ja) 複合樹脂溶射皮膜形成法
Somasundaram et al. Erosion behaviour of HVOF sprayed WC. Co-NiCrAlYSi (35%-65%) coatings
CN108145276B (zh) 一种化工泵易损件喷焊处理的方法
Matikainen et al. Slurry and dry particle erosion wear properties of WC-10Co4Cr and Cr3C2-25NiCr hardmetal coatings deposited by HVOF and HVAF spray processes
CN106756737A (zh) 一种梯度复合耐磨涂层的制备方法
CN106350760A (zh) 一种梯度复合耐磨涂层的制备方法
CN106435456A (zh) 一种梯度复合耐磨涂层的制备方法
CN106399913A (zh) 一种梯度复合耐磨涂层的制备方法
CN106756711A (zh) 一种水轮机叶片防腐蚀防磨蚀方法
CN106435451A (zh) 一种WC‑NiCrAl梯度复合耐磨涂层的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180119