CN107805811B - 一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材及其应用 - Google Patents

一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN107805811B
CN107805811B CN201710905135.6A CN201710905135A CN107805811B CN 107805811 B CN107805811 B CN 107805811B CN 201710905135 A CN201710905135 A CN 201710905135A CN 107805811 B CN107805811 B CN 107805811B
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
filament material
cored filament
powder cored
coating
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.)
Active
Application number
CN201710905135.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107805811A (zh
Inventor
程江波
冯源
张秦
张保森
梁秀兵
陈永雄
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.)
Hohai University HHU
Original Assignee
Hohai University HHU
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 Hohai University HHU filed Critical Hohai University HHU
Priority to CN201710905135.6A priority Critical patent/CN107805811B/zh
Publication of CN107805811A publication Critical patent/CN107805811A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107805811B publication Critical patent/CN107805811B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/08—Amorphous alloys with aluminium as the major constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

本发明公开了一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材及其应用，所述的粉芯丝材由铝带外皮包覆粉芯制成，其特征在于粉芯由四种元素的合金粉末混合而成，粉芯成分原子百分比范围为：6～12at.％Ti、8～15at.％Co、7～13at.％Zr、余量Al；粉芯丝材填充率为38～40％，粉芯丝材的直径为2mm。本发明所提供的粉芯丝材具有强的非晶形成能力，采用高速电弧喷涂技术在冷却的钢基体上形成致密连续的铝基非晶涂层。该涂层结构致密、非晶含量≥70％，孔隙率＜2％，涂层的结合强度≥30MPa，硬度在300～450HV100范围内，且具有优异的抗硫化氢介质腐蚀与磨损性能；本发明能显著提高机械工程装备在含硫化氢腐蚀介质中的使役寿命，具有广阔的应用前景。

Description

一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材及其 应用
技术领域
本发明属于材料表面工程领域，涉及工程装备关键零部件表面耐硫化氢溶液腐蚀与磨损防护的铝基非晶涂层，具体为一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材及其应用。
背景技术
近几十年来，随着含硫化氢腐蚀介质的油气田相继出现，油气开采及运输时所用的工程装备关键零部件处于含有H2S，CO2等酸性气体的气液混合液中，再加上高氯离子的存在使得其表面的腐蚀与磨损破坏越来越严重。这不仅给油气田的开发、生产造成巨大的经济损失，同时也造成了环境污染。在引起酸性油气田设施腐蚀的众多因素中，硫化氢是最危险的，特别是对油套管以及其它井下设备，另外硫化氢的剧毒性也直接威胁着人身安全。随着我国对能源特别是天然气这种绿色能源需求的日益增长，以及含硫化氢气田、高含硫化氢气田的安全勘探和安全开发逐渐被重视，为了确保生产安全，延长油井工程装备关键零部件的使用寿命，针对比较恶劣的服役条件，采用耐蚀合金是目前最理想的选择，但是其价格昂贵，不利于大规模使用。目前，国内外常用的防护技术主要是在钻井液中加入除硫剂和采用缓蚀剂，或者采用喷涂不锈钢涂层方法防腐蚀，但是效果较差，使用寿命较短。因此，如何安全有效地防止硫化氢腐蚀成为勘探开发亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于：为了克服现有技术的缺陷，针对油井工程装备关键零部件在含硫化氢介质产生的腐蚀与磨损失效难题，本发明提供了一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材，该粉芯丝材制备简单易行，成本较低，而且制备的非晶涂层防腐耐磨效果显著，有效地延长了油井勘探开发工程装备关键零部件的服役寿命。
本发明实现上述目的的技术方案是：
一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材，由铝带外皮包覆粉芯制成，粉芯由四种元素的合金粉末混合而成，粉芯成分原子百分比范围为：6～12at.％Ti、8～15at.％Co、7～13at.％Zr、余量Al；粉芯丝材填充率为38～40％，粉芯丝材的直径为2mm。
作为本发明的一种优选，所述的一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材，粉芯成分原子百分比为：6at.％Ti、15at.％Co、9at.％Zr、余量Al；粉芯丝材填充率为40％，粉芯丝材的直径为2mm。
作为本发明的一种优选，所述的一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材，粉芯成分原子百分比为：8at.％Ti、12at.％Co、13at.％Zr、余量Al；粉芯丝材填充率为38％，粉芯丝材的直径为2mm。
作为本发明的一种优选，所述的一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材，粉芯成分原子百分比为：10at.％Ti、8at.％Co、11at.％Zr、余量Al；粉芯丝材填充率为38％，粉芯丝材的直径为2mm。
作为本发明的一种优选，所述的一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材，粉芯成分原子百分比为：12at.％Ti、10at.％Co、7at.％Zr、余量Al；粉芯丝材填充率为39％，粉芯丝材的直径为2mm。
作为本发明的一种优选，所述的一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材，采用所述粉芯丝材制备出的非晶涂层，非晶含量≥70％，孔隙率＜2％，涂层的结合强度≥30MPa，涂层的硬度在300～450HV100范围内，涂层具有优异的抗硫化氢溶液腐蚀与磨损性能。
所述粉芯丝材在制备油井工程装备关键零部件领域中的应用。
有益效果：(1)本发明通过合理设计粉芯各组分的含量，采用现有高速电弧喷涂技术可在冷却的钢基体上形成致密、连续的铝基非晶涂层；(2)本发明所述涂层的非晶含量≥70％，孔隙率＜2％，涂层的结合强度≥30MPa，维氏硬度Hv100＝300～450；(3)本发明所述涂层具有优异的耐硫化氢腐蚀与磨损性能，为机械工程装备在含硫化氢腐蚀介质中表面腐蚀和防护问题的解决提供了一种行之有效的措施，应用前景广阔。
附图说明
图1为实施例1制备非晶涂层的X射线衍射图谱；
图2为实施例2制备非晶涂层的截面形貌图；
图3为实施例3制备非晶涂层硬度分布曲线图；
图4为实施例4制备非晶涂层在饱和硫化氢溶液中极化曲线图。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1：
选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的纯铝带。先将其扎成U形。按照粉芯丝材各元素原子百分比为：6at.％Ti、15at.％Co、9at.％Zr、余量Al，称重配料。将所取的粉末放入混粉机内混合4h后，将混合的粉末加入U形铝带槽中，填充率为40％。然后将U形槽合口，使粉末包覆在其中，再经过拉丝模逐渐减径至Φ2mm。将成品丝材绕制成出厂所需的盘状，经计量和包装后形成可以出厂的产品。制备涂层所用的工艺参数：喷涂电压为35V，喷涂电流为130A，喷涂距离为200mm，喷涂气压为0.7MPa。
实施例1制备的铝基非晶涂层的X射线衍射图谱见图1。可以看出，在2θ＝45°处出现了一个漫散射峰，这是典型的非晶态结构的XRD图谱，说明在涂层在沉积过程中形成了非晶结构。通过计算得到涂层中非晶含量为75.2％(体积分数)。
实施例2：
选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的纯铝带。先将其扎成U形。按照粉芯丝材各元素原子百分比为：8at.％Ti、12at.％Co、13at.％Zr、余量Al，称重配料。将所取的粉末放入混粉机内混合4h后，将混合的粉末加入U形铝带槽中，填充率为38％。然后将U形槽合口，使粉末包覆在其中，再经过拉丝模逐渐减径至Φ2mm。将成品丝材绕制成出厂所需的盘状，经计量和包装后形成可以出厂的产品。制备涂层所用的工艺参数：喷涂电压为34V，喷涂电流为140A，喷涂距离为200mm，喷涂气压为0.7MPa。
实施例2制备的非晶涂层截面形貌如图2所示。可以看出：涂层结构致密，只有少量的黑色孔隙存在于涂层之中，经分析涂层的孔隙率为1.2％。涂层的结合强度为34.6MPa。
实施例3：
选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的纯铝带。先将其扎成U形。按照粉芯丝材各元素原子百分比为：10at.％Ti、8at.％Co、11at.％Zr、余量Al，称重配料。将所取的粉末放入混粉机内混合4h后，将混合的粉末加入U形铝带槽中，填充率为38％。然后将U形槽合口，使粉末包覆在其中，再经过拉丝模逐渐减径至Φ2mm。将成品丝材绕制成出厂所需的盘状，经计量和包装后形成可以出厂的产品。制备涂层所用的工艺参数：喷涂电压为36V，喷涂电流为120A，喷涂距离为200mm，喷涂气压为0.65MPa。
实施例3制备的非晶涂层截面硬度如图3所示。可以看出：涂层的硬度在300～450HV100范围内，涂层的孔隙率为1.5％。
实施例4：
选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的纯铝带。先将其扎成U形。按照粉芯丝材各元素原子百分比为：12at.％Ti、10at.％Co、7at.％Zr、余量Al，称重配料。将所取的粉末放入混粉机内混合4h后，将混合的粉末加入U形铝带槽中，填充率为39％。然后将U形槽合口，使粉末包覆在其中，再经过拉丝模逐渐减径至Φ2mm。将成品丝材绕制成出厂所需的盘状，经计量和包装后形成可以出厂的产品。制备涂层所用的工艺参数：喷涂电压为34V，喷涂电流为140A，喷涂距离为200mm，喷涂气压为0.7MPa。
实施例4制备的非晶涂层的非晶含量为72.8％(体积分数)，平均结合强度为36.5MPa；涂层的平均显微硬度为368.6HV。对实施例4制备的铝基非晶涂层在3.5wt.％氯化钠溶液和饱和硫化氢+3.5wt.％氯化钠溶液中浸泡7天后进行了电化学腐蚀试验，如图4所示。可以看出，非晶涂层在3.5wt.％氯化钠溶液中的自腐蚀电位和自腐蚀电流分别为：-0.493V和7.81×10-6A/cm2；非晶涂层在饱和硫化氢+3.5wt.％氯化钠溶液中的自腐蚀电位和自腐蚀电流分别为：-0.513V和4.43×10-6A/cm2。可以看出，铝基非晶涂层在含饱和硫化氢+3.5wt.％氯化钠溶液中的自腐蚀电流要低于3.5wt.％氯化钠溶液，说明该涂层具有优异的抗硫化氢腐蚀性能。

Claims (7)

1.一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材，由铝带外皮包覆粉芯制成，其特征在于，粉芯由四种元素的合金粉末混合而成，粉芯成分原子百分比范围为：6~12 at.% Ti、8~15 at.% Co、7~13 at.% Zr、余量Al；粉芯丝材填充率为38~40%，粉芯丝材的直径为2mm。
2.根据权利要求1所述的一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材，其特征在于，粉芯成分原子百分比为：6 at. % Ti、15 at.% Co、9 at.% Zr、余量Al；粉芯丝材填充率为38%，粉芯丝材的直径为2mm。
3.根据权利要求1所述的一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材，其特征在于，粉芯成分原子百分比为：8 at. % Ti、12 at.% Co、13 at.% Zr、余量Al；粉芯丝材填充率为40%，粉芯丝材的直径为2mm。
4.根据权利要求1所述的一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材，其特征在于，粉芯成分原子百分比为：10 at. % Ti、8 at.% Co、11 at.% Zr、余量Al；粉芯丝材填充率为38%，粉芯丝材的直径为2mm。
5.根据权利要求1所述的一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材，其特征在于，粉芯成分原子百分比为：12 at. % Ti、10 at.% Co、7 at.% Zr、余量Al；粉芯丝材填充率为39%，粉芯丝材的直径为2mm。
6.根据权利要求1~5任一所述的一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材，其特征在于，采用所述粉芯丝材制备出的非晶涂层，非晶含量≥70%，孔隙率＜2%，涂层的结合强度≥30MPa，涂层的硬度在300~450HV100范围内。
7.权利要求1～5任一所述粉芯丝材在机械工程装备在含硫化氢腐蚀介质中表面腐蚀和防护中的应用。
CN201710905135.6A 2017-09-29 2017-09-29 一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材及其应用 Active CN107805811B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710905135.6A CN107805811B (zh) 2017-09-29 2017-09-29 一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710905135.6A CN107805811B (zh) 2017-09-29 2017-09-29 一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107805811A CN107805811A (zh) 2018-03-16
CN107805811B true CN107805811B (zh) 2019-05-10

Family

ID=61584267

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710905135.6A Active CN107805811B (zh) 2017-09-29 2017-09-29 一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107805811B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110819928A (zh) * 2019-11-01 2020-02-21 河海大学 用于制备耐海洋环境腐蚀Al-Mo-Ni非晶涂层的粉芯丝材

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86104496A (zh) * 1985-07-03 1986-12-31 标准石油公司 非晶形的多金属合金涂料的制造方法
US5221375A (en) * 1990-03-22 1993-06-22 Yoshida Kogyo K.K. Corrosion resistant aluminum-based alloy
US6773817B1 (en) * 1998-12-22 2004-08-10 Mtu Aero Engines Gmbh Antiabrasion coating
GB2454743A (en) * 2007-11-19 2009-05-20 Hauzer Techno Coating Bv TiCr binary coating
CN102181814A (zh) * 2011-05-20 2011-09-14 河海大学 一种用于高非晶含量耐磨防腐涂层的粉芯丝材
CN104357781A (zh) * 2014-11-07 2015-02-18 河海大学 一种耐海洋环境腐蚀铝基非晶纳米晶涂层用的粉芯丝材
CN105112905A (zh) * 2015-09-07 2015-12-02 内蒙古科技大学 一种制备非晶态铝基合金多功能防护镀层的方法
CN105441861A (zh) * 2015-11-13 2016-03-30 河海大学 一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86104496A (zh) * 1985-07-03 1986-12-31 标准石油公司 非晶形的多金属合金涂料的制造方法
US5221375A (en) * 1990-03-22 1993-06-22 Yoshida Kogyo K.K. Corrosion resistant aluminum-based alloy
US6773817B1 (en) * 1998-12-22 2004-08-10 Mtu Aero Engines Gmbh Antiabrasion coating
GB2454743A (en) * 2007-11-19 2009-05-20 Hauzer Techno Coating Bv TiCr binary coating
CN102181814A (zh) * 2011-05-20 2011-09-14 河海大学 一种用于高非晶含量耐磨防腐涂层的粉芯丝材
CN104357781A (zh) * 2014-11-07 2015-02-18 河海大学 一种耐海洋环境腐蚀铝基非晶纳米晶涂层用的粉芯丝材
CN104357781B (zh) * 2014-11-07 2016-09-07 河海大学 一种耐海洋环境腐蚀铝基非晶纳米晶涂层用的粉芯丝材
CN105112905A (zh) * 2015-09-07 2015-12-02 内蒙古科技大学 一种制备非晶态铝基合金多功能防护镀层的方法
CN105441861A (zh) * 2015-11-13 2016-03-30 河海大学 一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
热喷涂工艺制备铝基非晶态合金材料研究进展;张志彬等;《材料工程》;20120229(第2期);第86-90页
铝基非晶纳米晶复合涂层的喷涂工艺;张秦梁等;《中国表面工程》;20151231;第28卷(第6期);第104-110页

Also Published As

Publication number Publication date
CN107805811A (zh) 2018-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2592799C (en) Proppant material and formation hydraulic fracturing method (variants)
CN105441861B (zh) 一种铝基非晶耐蚀涂层用的粉芯丝材
CN104403484A (zh) 一种油套管螺纹用复合纳米涂料及其制备、使用方法
CN103060737B (zh) 一种含纳米结构抗高温氧化腐蚀涂层用的粉芯丝材
CN104357781B (zh) 一种耐海洋环境腐蚀铝基非晶纳米晶涂层用的粉芯丝材
CN107805811B (zh) 一种抗硫化氢腐蚀与磨损铝基非晶涂层用的粉芯丝材及其应用
CN109135501A (zh) 一种防偏磨防腐粉末涂层及其制备方法
CN103525239A (zh) 一种井下油管、抽油杆防腐专用耐磨粉末涂料
CN110819928A (zh) 用于制备耐海洋环境腐蚀Al-Mo-Ni非晶涂层的粉芯丝材
WO2013173498A1 (en) Compressible packing
CN102978444B (zh) 纳米碳包碳化钛增强镍基复合涂层材料及其激光熔覆工艺
CN106624426B (zh) 一种耐磨损涂层用自反应药芯焊丝及其制备和应用
Danilov et al. Electrodeposition of composite coatings using electrolytes based on deep eutectic solvents: A mini-review
CN203335860U (zh) 一种新型石墨盘根
CN110540402A (zh) 一种用于铸件表面的防腐耐磨材料
CN201891919U (zh) 一种耐磨耐腐蚀的阀杆
CN102220573B (zh) 普碳钢表面覆盖Ni-Zn-Mn-P化学镀复合镀层及镀液
CN204782807U (zh) 一种钢接头铝合金管体螺纹连接式轻型钻杆
CN104464874B (zh) 一种阴极保护用石墨复合接地材料及其制备方法
CN111593285A (zh) 耐海洋腐蚀Al-Ni-Nb非晶涂层材料及涂层制备方法和应用
CN205618631U (zh) 一种组合式耐磨齿轮
CN219969064U (zh) 一种碳化钛纳米颗粒合金复合高防腐钢板
CN206191091U (zh) 一种合金复合耐磨管
CN104028743A (zh) 一种铬铁基粉芯丝材及其制备方法和应用
CN203880075U (zh) 一种复合型高压罐

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant