CN110318690B - 一种钻杆接头耐磨带及其制备方法 - Google Patents
一种钻杆接头耐磨带及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110318690B CN110318690B CN201910384952.0A CN201910384952A CN110318690B CN 110318690 B CN110318690 B CN 110318690B CN 201910384952 A CN201910384952 A CN 201910384952A CN 110318690 B CN110318690 B CN 110318690B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- boron nitride
- hexagonal boron
- powder
- drill rod
- rod joint
- 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
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 66
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 56
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 229910000808 amorphous metal alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000010288 cold spraying Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 123
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 29
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 23
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 claims description 21
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 20
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 18
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 6
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 3
- 238000005422 blasting Methods 0.000 claims 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 46
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 abstract description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical group CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 7
- 238000009689 gas atomisation Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229910001149 41xx steel Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001182 Mo alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C45/00—Amorphous alloys
- C22C45/02—Amorphous alloys with iron as the major constituent
-
- 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
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
- C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/10—Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers
- E21B17/1085—Wear protectors; Blast joints; Hard facing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
本发明提供了一种钻杆接头耐磨带，包括：钻杆接头基体；设置在所述钻杆接头基体表面的多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层；所述六方氮化硼质量含量不同的涂层的成分为Fe基非晶合金和六方氮化硼；所述多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层中六方氮化硼质量含量从内部到表面逐渐增加。与现有技术相比，本发明采用冷喷涂可避免钻杆接头产生高温相变及热应力；FeCrMoBYC非晶合金具有很高的硬度，具有耐磨效果；HBN的层状结构，具有减摩效果，将二者结合制备成梯度涂层，可以极大地增强耐磨带的综合耐磨性能。本发明还提供了一种钻杆接头耐磨带的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及钻杆技术领域，尤其涉及一种钻杆接头耐磨带及其制备
背景技术
随着深海钻探对海底能源的不断发掘，钻具中钻杆接头的需求量逐加。然而由于接头的质量不高，导致每年因接头磨损失效造成的经济损大。在实际工作中，通过受力分析可得知接头受到来自钻头对井底冲击的轴向运动，长时间作业会导致接头外表面受到磨损而失效报废。根据的服役要求，需要接头具有较高的耐摩擦性能以及强度。为了杆降接低头钻和套管的磨损，采用在钻杆接头外表面敷焊一层硬度较高的耐磨带材料的方法。
钻杆接头耐磨带是沿接头圆周方向，具有一定宽度和厚度的隔离带。在深井钻井、大位移井钻井和大斜度井钻井中，利用耐磨带材料自身的耐磨性和减摩性，将钻杆外壁和套管内壁相隔离，使钻杆接头不与套管壁或者井壁直接接触，从而避免钻杆接头外表面的磨损。因此对接头表面涂覆耐磨且强度高的耐磨带材料对提高其钻杆接头的使用寿命尤为重要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钻杆接头耐磨带及其制备方法，通过提高钻杆接头表面耐磨性的冷喷涂FeCrMoBYC-HBN梯度复合涂层耐磨带的喷涂工艺以解决目前钻井工程中常用接头表面耐磨性差、服役寿命短的问题。
本发明提供了一种钻杆接头耐磨带，包括：
钻杆接头基体；
设置在所述钻杆接头基体表面的多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层。
在本发明中，所述钻杆接头基体的材质优选为Cr-Mo系合金，更优选为35CrMo。
在本发明中，所述多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层中六方氮化硼质量含量从内部到表面逐渐增加，即越接近钻杆接头基体表面的涂层中六方氮化硼质量含量越少，越远离钻杆接头基体表面的涂层中六方氮化硼质量含量越多；所述六方氮化硼质量含量不同的涂层的成分包括Fe基非晶合金和六方氮化硼。
在本发明中，所述Fe基非晶合金的成分为：
Cr：13.0～15.0wt％；
Mo：25.0～27.0wt％；
B：1.0～2.0wt％；
Y：3.0～5.0wt％；
C：3.0～5.0wt％；
余量为Fe。
在本发明中，所述Cr的质量含量优选为13.5～14.5％，更优选为14％；所述Mo的质量含量优选为25.5～26.5％，更优选为26％；所述B的质量含量优选为1.2～1.8％，更优选为1.4～1.6％；所述Y的质量含量优选为3.5～4.5％，更优选为4％；所述C的质量含量优选为3.5～4.5％，更优选为4％。
在本发明中，所述Fe基非晶合金和六方氮化的质量比优选为(75～95)：(5～25)。
在本发明中，所述多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层优选为4～7层，更优选为5～6层；优选第一涂层的成分全部为Fe基非晶合金，六方氮化硼的质量含量为0；第一涂层的厚度优选为145～200μm，更优选为160～190μm，最优选为170～180μm。第二涂层中Fe基非晶合金和六方氮化硼的质量比优选为(95～99)：(1～5)，更优选为(96～98)：(2～4)，最优选为95:5；第二涂层的厚度优选为150～230μm，更优选为170～210μm，最优选为190～200μm。第三涂层中Fe基非晶合金和六方氮化硼的质量比优选为(90～94)：(6～10)，更优选为(91～93)：(7～9)，最优选为90:10；第三涂层的厚度优选为150～230μm，更优选为170～210μm，最优选为190～200μm。第四涂层中Fe基非晶合金和六方氮化硼的质量比优选为(85～89)：(11～15)，更优选为(86～88)：(12～14)，最优选为85:15；第四涂层的厚度优选为155～220μm，更优选为160～210μm，最优选为180～200μm。第五涂层中Fe基非晶合金和六方氮化硼的质量比优选为(80～84)：(16～20)，更优选为(81～83)：(17～19)，最优选为80:20；第五涂层的厚度优选为155～180μm，更优选为160～170μm，最优选为165μm。第六涂层中Fe基非晶合金和六方氮化硼的质量比优选为(75～79)：(21～25)，更优选为(76～78)：(22～24)，最优选为75:25；第六涂层的厚度优选为130～155μm，更优选为135～150μm，最优选为140～145μm。
在本发明中，所述多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层的总厚度优选为850～950μm，更优选为880～920μm，最优选为900μm。
本发明提供了一种钻杆接头耐磨带的制备方法，包括：
将钻杆接头基体进行预处理；
将预处理后的钻杆接头基体依次冷喷涂不同六方氮化硼质量含量的混合粉体，形成多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层，获得钻杆接头耐磨带。
在本发明中，所述钻杆接头基体与上述技术方案所述钻杆接头基体一致，在此不再赘述。
在本发明中，所述预处理的方法优选为：
将钻杆接头基体依次进行除锈、除油、除氧化和喷砂粗化。
本发明对所述除锈、除油和除氧化等清洁处理的具体方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的除锈、除油和除氧化技术方案，使钻杆接头基体露出洁净光亮的金属表面即可。
在本发明中，所述喷砂粗化优选采用金刚砂；所述金刚砂的粒度优选为250～800μm，更优选为300～700μm，更优选为400～600μm，最优选为500μm。在本发明中，所述喷砂粗化过程中的喷砂压力优选为0.05～0.15MPa，更优选为0.08～0.12MPa，最优选为0.1MPa；喷砂时间优选为25～50s，更优选为30～40s，最优选为35s；喷砂距离优选为30～40mm，更优选为35mm。
在本发明中，所述喷砂粗化处理完成后，优选将获得的产品进行清洗和干燥；所述清洗的方法优选为超声清洗；所述清洗的试剂优选为丙酮；所述丙酮的纯度优选为99.5％。
在本发明中，所述不同六方氮化硼质量含量的混合粉体的制备方法为：
将Fe基非晶合金(FeCrMoBYC)粉末原料和六方氮化硼粉末按照不同比例混合，得到不同六方氮化硼质量含量的混合粉体；
在本发明中，所述Fe基非晶合金粉末原料的成分与上述技术方案所述Fe基非晶合金的成分相同，在此不再赘述。在本发明中，所述Fe基非晶合金粉末原料的制备方法优选为：
将Cr粉、Mo粉、B粉、Y粉、C粉和Fe粉熔化混合，得到流体；
将所述流体进行气雾化破碎后冷凝，得到Fe基非晶合金粉末原料。
在本发明中，所述Cr粉、Mo粉、B粉、Y粉、C粉和Fe粉的用量比例与上述技术方案所述Fe基非晶合金粉末原料成分中各元素的含量比例一致，在此不再赘述。
在本发明中，所述熔化混合的温度优选为1300～1500℃，更优选为1350～1450℃，最优选为1400℃。
在本发明中，所述气雾化破碎优选为通过氩气将流体快速运动从而破碎成细小液滴。在本发明中，所述气雾化破碎过程中的压力优选为3～5MPa，更优选为3.5～4.5MPa，最优选为4MPa；真空度优选为0.1～0.2Pa，更优选为0.12～0.18Pa，最优选为0.133Pa。
在本发明中，所述Fe基非晶合金粉末原料的粒度优选为2～30μm，更优选为5～25μm，更优选为10～20μm，最优选为15μm；所述Fe基非晶合金粉末原料形貌优选为球形或者类球形。
在本发明中，所述六方氮化硼(HBN)粉末的粒度优选为2～5μm，更优选为3～4μm；所述六方氮化硼(HBN)粉末的颗粒优选分散均匀。
在本发明中，所述Fe基非晶合金粉末原料和六方氮化硼粉末的质量比优选为(75～95)：(5～25)。在本发明中，优选采用4～6份不同六方氮化硼质量含量的混合粉体，更优选为5份；第一份混合粉体中Fe基非晶合金粉末原料和六方氮化硼粉末的质量比优选为(95～99)：(1～5)，更优选为(96～98)：(2～4)，最优选为95:5；第二份混合粉体中Fe基非晶合金粉末原料和六方氮化硼粉末的质量比优选为(90～94)：(6～10)，更优选为(91～93)：(7～9)，最优选为90：10；第三份混合粉体中Fe基非晶合金粉末原料和六方氮化硼粉末的质量比优选为(85～89)：(11～15)，更优选为(86～88)：(12～14)，最优选为85:15；第四份混合粉体中Fe基非晶合金粉末原料和六方氮化硼粉末的质量比优选为(80～84)：(16～20)，更优选为(81～83)：(17～19)，最优选为80:20；第五份混合粉体中Fe基非晶合金粉末原料和六方氮化硼粉末的质量比优选为(75～79)：(21～25)，更优选为(76～78)：(22～24)，最优选为75:25。
在本发明中，进行所述冷喷涂之前优选将所述混合粉体进行干燥；所述干燥的温度优选为30～50℃，更优选为35～45℃，最优选为50℃；所述干燥的时间优选为10～15小时，更优选为11～14小时，最优选为12～13小时。
在本发明中，优选依次冷喷涂Fe基非晶合金粉末原料(不含HBN)，形成第一涂层；第一份混合粉体，形成第二涂层；第二份混合粉体，形成第三涂层；第三份混合粉体，形成第四涂层；第四份混合粉体，形成第五涂层；第五份混合粉体，形成第六涂层，得到钻杆接头耐磨带。
在本发明中，所述冷喷涂优选为将Fe基非晶合金粉末原料装入送粉器中，将预处理后的钻杆接头基体固定在旋转夹具上，设置喷涂参数，利用低温、高压惰性气体通过拉瓦尔喷嘴产生高速气流，带动粉末快速喷向钻杆接头基体发生强塑性变形，得到首层耐磨带；之后依次装入后续各层混合粉末(不同六方氮化硼质量含量的混合粉体)，调整工艺参数，最终在钻杆接头基体表面制备得到FeCrMoBYC-HBN梯度复合涂层耐磨带。
在本发明中，所述冷喷涂过程中的工作气体优选为惰性气体，更优选为氮气，喷涂压力优选为4.2～5.0MPa，更优选为4.4～4.8MPa，最优选为4.5～4.6MPa；喷涂温度优选为800～1000℃，更优选为850～950℃，最优选为900℃；送粉速率优选为0.6～0.8g/min，更优选为0.7g/min；喷涂距离优选为15～35mm，更优选为20～30mm，最优选为25mm；钻杆接头基体转速优选为2～4rpm，更优选为2.5～3.5rpm，最优选为3.0rpm，喷涂角度优选为82～92°，更优选为90°。
现有技术利用高温将耐磨带丝材熔融堆焊在钻杆接头表面，结构设计单一，强硬度不高，在实际作业中磨损严重。与现有技术相比，本发明涉及提升钻柱中钻杆接头表面耐磨性的冷喷涂用FeCrMoBYC(Fe基非晶合金)-HBN(六方氮化硼)梯度复合涂层耐磨带的技术方法。本发明采用冷喷涂可避免钻杆接头产生高温相变及热应力；FeCrMoBYC非晶合金具有很高的强硬度，具有耐磨效果；HBN的层状结构，具有减摩效果，将二者结合制备成梯度涂层，可以极大地增强耐磨带的综合耐磨性能。
本发明中，Fe基非晶不存在晶界、位错等缺陷，具有高硬度，高耐磨性等优异性能，其硬度达到1000±50HV0.1，是其他耐磨带材料硬度的2倍之多，在实际工况下可以大幅保护钻杆不受磨损，同时避免因应力开裂造成钻杆断裂失效，延长了钻杆的使用寿命；HBN具有类似石墨的层状结构，且化学性质稳定，在高温下起固体润滑作用，将其掺杂到Fe基非晶涂层中可以大幅度减摩，极大地减少套管受到来自钻杆的磨损，提升深井钻井、大位移井钻井和大斜度井钻井的实际工作效率；冷喷涂采用低于传统热堆焊的工作温度，能够极大地减少钻杆接头因喷涂带来的热量输入，避免钻杆接头因高温产生相变及热应力，提高接头与复合涂层的结合强度，避免耐磨带在作业工况下脱落；采用的Fe基非晶合金粉末为低成本的工业原料，具有经济效益好，可控性高，且可对钻杆接头进行重复喷涂处理，可降低更换钻杆的经济成本，易实现大规模工业生产应用。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。
本发明以下实施例所用原料均为市售商品。
实施例1
对35CrMo钻杆接头基体进行除锈、除油、除氧化处理，采用粒度为250～800μm的金刚砂进行喷砂粗化处理，然后采用纯度为99.5％的丙酮超声清洗、干燥；喷砂粗化过程中的工艺参数为：压力0.1MPa，时间25s，距离40mm；
将Cr粉、Mo粉、B粉、Y粉、C粉和Fe粉在1400℃熔化混合，得到流体；将所述流体在压力为4MPa，真空度为0.133Pa的条件下进行气雾化破碎后冷凝，得到粒度为2～30μm的Fe基非晶合金粉末原料；将粒度为2～30μm的Fe基非晶合金(FeCrMoBYC)粉末作为第一粉体，FeCrMoBYC粉末的成分为：
Cr：13.0wt％；Mo：25.0wt％；B：1.0wt％；Y：3.0wt％；C：3.0wt％；余量为Fe。
将95wt％上述FeCrMoBYC粉末和5wt％HBN(2～5μm)粉末混合作为第二粉体；将90wt％上述FeCrMoBYC粉末和10wt％HBN(2～5μm)粉末混合作为第三粉体；将85wt％上述FeCrMoBYC粉末和15wt％HBN(2～5μm)粉末混合作为第四粉体。
采用冷喷涂工艺在上述喷砂粗化处理后的钻杆接头基体表面依次喷涂第一粉体、第二粉体、第三粉体和第四粉体，在钻杆接头基体表面依次得到厚度为200μm的FeCrMoBYC涂层；厚度为230μm的5wt％的HBN-FeCrMoBYC涂层；厚度为230μm的10wt％的HBN-FeCrMoBYC涂层；厚度为220μm的15wt％的HBN-FeCrMoBYC涂层，形成钻杆接头耐磨带。
冷喷涂过程中的工艺参数为：工作气体为氮气，喷涂压力为4.0MPa，喷涂温度为1000℃，送粉速率为0.6g/min，喷涂距离为35mm，钻杆接头基体转速为3.0rpm，喷涂角度90°。
实施例2
对35CrMo钻杆接头基体进行除锈、除油、除氧化处理，采用粒度为250～800μm的金刚砂进行喷砂粗化处理，然后采用纯度为99.5％的丙酮超声清洗、干燥；喷砂粗化过程中的工艺参数为：压力0.1MPa，时间50s，距离40mm；
将Cr粉、Mo粉、B粉、Y粉、C粉和Fe粉在1400℃熔化混合，得到流体；将所述流体在压力为4MPa，真空度为0.133Pa的条件下进行气雾化破碎后冷凝，得到粒度为2～30μm的Fe基非晶合金粉末原料；将粒度为2～30μm的Fe基非晶合金(FeCrMoBYC)粉末作为第一粉体，FeCrMoBYC粉末的成分为：
Cr：14.0wt％；Mo：26.0wt％；B：1.5wt％；Y：3.5wt％；C：3.5wt％；余量为Fe。
将95wt％上述FeCrMoBYC粉末和5wt％HBN(2～5μm)粉末混合作为第二粉体；将90wt％上述FeCrMoBYC粉末和10wt％HBN(2～5μm)粉末混合作为第三粉体；将85wt％上述FeCrMoBYC粉末和15wt％HBN(2～5μm)粉末混合作为第四粉体；将80wt％上述FeCrMoBYC粉末和20％HBN(2～5μm)粉末混合作为第五粉体。
采用冷喷涂工艺在上述喷砂粗化处理后的钻杆接头基体表面依次喷涂第一粉体、第二粉体、第三粉体、第四粉体和第五粉体，在钻杆接头基体表面依次得到厚度为180μm的FeCrMoBYC涂层；厚度为185μm的5wt％的HBN-FeCrMoBYC涂层；厚度为180μm的10wt％的HBN-FeCrMoBYC涂层；厚度为175μm的15wt％的HBN-FeCrMoBYC涂层，厚度为180μm的20wt％的HBN-FeCrMoBYC涂层，形成钻杆接头耐磨带。
冷喷涂过程中的工艺参数为：工作气体为氮气，喷涂压力为4.5MPa，喷涂温度为900℃，送粉速率为0.7g/min，喷涂距离为25mm，钻杆接头基体转速为3.0rpm，喷涂角度90°。
实施例3
对35CrMo钻杆接头基体进行除锈、除油、除氧化处理，采用粒度为250～800μm的金刚砂进行喷砂粗化处理，然后采用纯度为99.5％的丙酮超声清洗、干燥；喷砂粗化过程中的工艺参数为：压力0.1MPa，时间50s，距离50mm；
将Cr粉、Mo粉、B粉、Y粉、C粉和Fe粉在1400℃熔化混合，得到流体；将所述流体在压力为4MPa，真空度为0.133Pa的条件下进行气雾化破碎后冷凝，得到粒度为2～30μm的Fe基非晶合金粉末原料；将粒度为2～30μm的Fe基非晶合金(FeCrMoBYC)粉末作为第一粉体，FeCrMoBYC粉末的成分为：
Cr：15.0wt％；Mo：27.0wt％；B：2wt％；Y：5wt％；C：5wt％；余量为Fe。
将95wt％上述FeCrMoBYC粉末和5wt％HBN(2～5μm)粉末混合作为第二粉体；将90wt％上述FeCrMoBYC粉末和10wt％HBN(2～5μm)粉末混合作为第三粉体；将85wt％上述FeCrMoBYC粉末和15wt％HBN(2～5μm)粉末混合作为第四粉体；将80wt％上述FeCrMoBYC粉末和20％HBN(2～5μm)粉末混合作为第五粉体；将75wt％上述FeCrMoBYC粉末和25wt％HBN粉末20％HBN(2～5μm)混合作为第六粉体。
采用冷喷涂工艺在上述喷砂粗化处理后的钻杆接头基体表面依次喷涂第一粉体、第二粉体、第三粉体、第四粉体、第五粉体和第六粉体，在钻杆接头基体表面依次得到厚度为145μm的FeCrMoBYC涂层；厚度为150μm的5wt％的HBN-FeCrMoBYC涂层；厚度为150μm的10wt％的HBN-FeCrMoBYC涂层；厚度为155μm的15wt％的HBN-FeCrMoBYC涂层，厚度为155μm的20wt％的HBN-FeCrMoBYC涂层，厚度为145μm的25wt％的HBN-FeCrMoBYC涂层，形成钻杆接头耐磨带。
冷喷涂过程中的工艺参数为：工作气体为氮气，喷涂压力为5MPa，喷涂温度为800℃，送粉速率为0.8g/min，喷涂距离为15mm，钻杆接头基体转速为3.0rpm，喷涂角度90°。
实施例4
将实施例1～3获得的冷喷涂涂层(通过冷喷涂形成的多层结构的HBN-FeCrMoBYC涂层)试样切割成16×16×8mm的小方块，并依次用600、1000、1500目的金相砂纸对试样进行打磨，再用抛光布将试样抛光至镜面，之后在丙酮中超声清洗，吹干备用。
将上述涂层试样进行显微硬度测试，采用显微硬度计(MICEMET-6030，Buehler，美国)测试载荷为100g，作用持续时长为5s，检测结果如表1所示。
采用CETR-UMT-3型摩擦磨损试验机对上述涂层试样在常温下进行干摩擦试验，对磨球为直径4mm的氧化锆球，摩擦方式为球-盘往复式摩擦，载荷为10N，频率为5Hz，振幅为2mm，试验时间为30min。试验结束后，将样品在丙酮中超声清洗，干燥备用。作为对比，在相同摩擦实验条件下，选用ARNCO 100 XT耐磨带进行干摩擦，通过对比其磨损量来判断耐磨带的综合抗磨性能，检测结果如表1所示。
表1本发明实施例1～3中FeCrMoBYC-HBN梯度复合涂层耐磨带硬度和磨损量检测结果
| 实施例 | 平均硬度(HV<sub>0.1</sub>) | 磨损量(mg) |
| 1 | 1087 | 4.3 |
| 2 | 1186 | 2.1 |
| 3 | 1153 | 2.9 |
| ARNCO 100 XT | 500 | 8.4 |
由表1可知，本发明实施例获得的涂层平均维氏硬度均在1000HV以上，为钻头接头材质硬度(350～450HV)的2倍之多。
由以上实施例可知，本发明提供了一种钻杆接头耐磨带，包括：钻杆接头基体；设置在所述钻杆接头基体表面的多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层；所述六方氮化硼质量含量不同的涂层的成分为Fe基非晶合金和六方氮化硼；所述多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层中六方氮化硼质量含量从内部到表面逐渐增加。与现有技术相比，本发明采用冷喷涂可避免钻杆接头产生高温相变及热应力；FeCrMoBYC非晶合金具有很高的硬度，具有耐磨效果；HBN的层状结构，具有减摩效果，将二者结合制备成梯度涂层，可以极大地增强耐磨带的综合耐磨性能。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种钻杆接头耐磨带，包括：
钻杆接头基体；
设置在所述钻杆接头基体表面的多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层；
所述六方氮化硼质量含量不同的涂层的成分为Fe基非晶合金和六方氮化硼；所述Fe基非晶合金的成分为：
Cr：13.0～15.0wt％；
Mo：25.5～26.5wt％；
B：1.0～2.0wt％；
Y：3.0～5.0wt％；
C：3.5～4.5wt％；
余量为Fe；
所述多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层中六方氮化硼质量含量从内部到表面逐渐增加。
2.根据权利要求1所述的钻杆接头耐磨带，其特征在于，所述多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层为4～7层的六方氮化硼质量含量不同的涂层。
3.根据权利要求1所述的钻杆接头耐磨带，其特征在于，所述多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层的总厚度为850～950μm。
4.根据权利要求1所述的钻杆接头耐磨带，其特征在于，所述Fe基非晶合金和六方氮化硼的质量比为(75～95)：(5～25)。
5.一种权利要求1所述的钻杆接头耐磨带的制备方法，包括：
将钻杆接头基体进行预处理；
将预处理后的钻杆接头基体依次冷喷涂不同六方氮化硼质量含量的混合粉体，形成多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层，获得钻杆接头耐磨带；
所述不同六方氮化硼质量含量的混合粉体的制备方法为：
将Fe基非晶合金粉末原料和六方氮化硼粉末按照不同比例混合，得到不同六方氮化硼质量含量的混合粉体。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预处理的方法为：
将钻杆接头基体依次进行除锈、除油、除氧化和喷砂粗化。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述喷砂粗化采用金刚砂；
所述金刚砂的粒度为250～800μm；
所述喷砂粗化过程中的喷砂压力为0.05～0.15MPa；
喷砂时间为25～50s；
喷砂距离为30～40mm。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述Fe基非晶合金粉末原料的粒度为2～30μm；
所述六方氮化硼粉末的粒度为2～5μm。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述冷喷涂过程中的工作气体为惰性气体；
喷涂压力为4.2～5.0MPa；
喷涂温度为800～1000℃；
送粉速率为0.6～0.8g/min；
喷涂距离为15～35mm；
钻杆接头基体转速为2～4rpm；
喷涂角度为82～92°。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910384952.0A CN110318690B (zh) | 2019-05-09 | 2019-05-09 | 一种钻杆接头耐磨带及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910384952.0A CN110318690B (zh) | 2019-05-09 | 2019-05-09 | 一种钻杆接头耐磨带及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110318690A CN110318690A (zh) | 2019-10-11 |
| CN110318690B true CN110318690B (zh) | 2020-11-03 |
Family
ID=68118887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910384952.0A Active CN110318690B (zh) | 2019-05-09 | 2019-05-09 | 一种钻杆接头耐磨带及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110318690B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110867515B (zh) * | 2019-10-12 | 2021-05-11 | 华中科技大学 | 一种FeMoCrCBY相变薄膜、制备方法及3D模拟瞬态热分布方法 |
| CN112376042A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-02-19 | 江苏大学 | 一种铝-氮化硼纳米片复合涂层及其制备方法 |
| CN113046533B (zh) * | 2021-03-11 | 2022-09-09 | 上海海隆石油管材研究所 | 一种提高v150高强度钻杆耐蚀性的表面处理工艺 |
| CN116288944B (zh) * | 2023-03-21 | 2023-11-28 | 哈尔滨理工大学 | 一种高导热多层梯度结构环氧树脂复合介质的制备方法及应用 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107513690B (zh) * | 2016-06-17 | 2019-07-02 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种类金刚石/立方氮化硼多层复合涂层及其制备方法 |
| CN106752676B (zh) * | 2016-11-17 | 2018-12-11 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 六方氮化硼环氧防腐耐磨涂料及其制备方法与应用 |
| CN107267908B (zh) * | 2017-06-13 | 2019-03-29 | 河北工业大学 | 一种钻杆接头表面制备NiCrBSi-TiN梯度复合涂层耐磨带的方法 |
| CN107973280A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-05-01 | 中国人民大学 | 一种多层六方氮化硼的制备方法 |
| CN108677123B (zh) * | 2018-06-13 | 2020-08-04 | 中国地质大学（北京） | 一种基体表面喷涂Fe基非晶合金涂层及其渗氮处理的方法 |
| CN109321861B (zh) * | 2018-11-20 | 2020-09-22 | 山东科技大学 | 一种层片状和柱状复合结构的耐蚀耐磨涂层及制备方法 |
-
2019
- 2019-05-09 CN CN201910384952.0A patent/CN110318690B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110318690A (zh) | 2019-10-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110318690B (zh) | 一种钻杆接头耐磨带及其制备方法 | |
| CN104962909B (zh) | 一种在金属基体表面制备减摩耐磨涂层的方法 | |
| CN102418065B (zh) | 复合金属碳化物耐磨涂层及其制备工艺 | |
| CN103290403B (zh) | 一种制备高含量wc增强合金粉末涂层的方法 | |
| CN111139466B (zh) | 一种钛合金石油钻杆耐磨带及其制备方法 | |
| CN104233084B (zh) | 一种Fe-Gr-B-Si纳米涂层及其制备方法 | |
| US8460796B2 (en) | Coatings, composition, and method related to non-spalling low density hardface coatings | |
| CN104264098B (zh) | 一种爆炸喷涂碳化钨耐磨涂层的制备方法 | |
| CN111455306A (zh) | 一种金属硬密封球阀镍基碳化钨耐磨涂层的制造工艺 | |
| CN102453901A (zh) | 在石油钻杆表面制备wc硬质合金耐磨带的方法 | |
| CN109023202A (zh) | 火焰喷涂+pvd镀膜复合涂-镀膜层的结构及其制备方法 | |
| CN104162676A (zh) | 一种压裂泵阀体、阀座真空熔覆表面强化方法 | |
| CN105861974A (zh) | 一种抗冲蚀及气蚀磨损复合涂层 | |
| CN107541694A (zh) | 一种动密封环表面润滑抗磨涂层的制备方法 | |
| CN107312995A (zh) | 一种轴承座内孔磨损再制造喷涂修复方法 | |
| CN103042471A (zh) | 一种活塞镶圈表面处理方法 | |
| CN108893695A (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 | |
| JP2011208166A (ja) | 皮膜形成方法及び皮膜形成部材 | |
| CN104862640B (zh) | 一种渣浆泵过流件抗冲蚀耐磨涂层的制备方法 | |
| CN115971475B (zh) | 一种含金刚石的超耐磨镍基复合材料及制备方法 | |
| US20150321963A1 (en) | Mechanical part with a nanostructured tio2-cr2o3 ceramic coating and method for depositing a nanostructured tio2-cr2o3 ceramic coating on a substrate | |
| CN114559031B (zh) | 高速激光熔覆合金粉末、其制备方法、涂层及应用 | |
| CN115070623A (zh) | 一种高熵合金喷丸处理工艺 | |
| US20090191416A1 (en) | Method for deposition of cemented carbide coating and related articles | |
| JP2011208165A (ja) | コールドスプレー用皮膜材料及びその製造方法 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211119 Address after: 100083 No. 29, Haidian District, Beijing, Xueyuan Road Patentee after: China University of Geosciences (Beijing) Patentee after: Zhengzhou Research Institute of China University of Geosciences (Beijing) Address before: 100083 No. 29, Haidian District, Beijing, Xueyuan Road Patentee before: China University of Geosciences (Beijing) |