JP5295219B2 - 乾燥保護コーティングを備えた管状ねじ山付き要素 - Google Patents

Description

本発明は、管状ねじ山付き接続部用ねじ山付き要素に関する。

管状コンポーネント（チューブあるいはスリーブ）の端部に備えられて炭化水素井戸にて使用されるねじ山付き要素は、まず掘削部位が輸送または保管の間に腐食から保護されなければならず、そのために従来より製造所を発つ際に油またはグリースで被覆されていた。

井戸において、ねじ山付き要素は、複数の組立ておよび分解作業を経なければならない。組立作業は、高い軸方向荷重下、例えばねじ山付き接続部により垂直に組み立てられた何メートルもの長さ（通常、長さ１０〜１３ｍ）の管の重量下で垂直に行われ、かつ特にねじ山（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ）の摩損（ｇａｌｌｉｎｇ）を生じさせる。また、この荷重は、組み立てられた管が垂直に取り付けられるので、組み立てられたねじ山付き要素の軸が微妙なミスアライメントにより配置され、そのことが摩損のおそれを増大させる。ここで、図１は、ミスアライメントを伴う建設現場における長さ１０〜１３ｍである２つの管１および２のねじ山付き接続部を用いたアセンブリーのための手順を示しており、パワートング３が管１の雄型ねじ山部４を管２の雌型ねじ山部５に組み立てるために使用されている。

組立ておよび分解作業における摩損からねじ山などの繊細な部分を保護するために、ねじ山には従来より保護グリースを施さずに非特許文献１にしたがったグリースなどの特別な組立グリースを被覆していた。そのような鉛などの重金属および／または毒性の金属で充たされたグリースの使用は、井戸において二度目の被覆作業を行う必要があることに加えて、組立作業の間にねじ山から漏れ出した余分なグリースが井戸や環境の汚染をもたらすという弊害を伴う。

特許文献１では、化学的作用を伴う少なくとも１種の極圧添加剤を含んだワックス状（セミドライと呼ばれる）の潤滑剤の薄層を使用して、２つの連続したコーティングをねじ山付き要素の製造所において行う一度のコーティングに置き換えることが提案されている。しかしながら、このようなセミドライコーティングは、輸送および保管の間に埃または砂の粒子による汚染からの機械的保護が必要であるという弊害を招く。

特許文献２〜７では、グリースを、ねじ山付き要素の製造所において適用する固相の様々な保護コーティングであって基板に付着する固体マトリックスを含み、固体潤滑剤の粒子が分散したものに、置き換えることが提案されており、それらの中でも二硫化モリブデンＭｏＳ_２が特に詳しく述べられている。

これらのコーティングは、グリースに比べて改善が見られるものの完全に十分ではない。特に、掘削現場条件下で、コーティングの剥がれ落ちることおよび／またはその摩擦面から粒子がもぎ取られて自然環境内に拡散されることが頻繁に見出され、これらのことから管状コンポーネントを工場に戻すことが必要になっている。

さらに、それらのコーティングは、一般的に、約２００℃の炉において何十分あるいは実際には１時間を超えて加熱することにより硬化させる必要があり、このことはコーティング生成サイクルを相当増やし、ねじ山の機械組立てに沿うことができない。

さらに、それらは腐食からねじ山を保護しないか保護が十分ではないので、特許文献５および７では腐食防止物質のセパレート層の塗布を提供する（前者ではカルボン酸、後者では亜鉛粒子を含むエポキシ樹脂）。

それらの二層コーティングは、より一層扱いにくい生成サイクルを必要とするし、粒子がもぎ取られる問題を解決していない。

米国特許第６９３３２６４号明細書 米国特許第４４１４２４７号明細書 米国特許第４６３０８４９号明細書 米国特許第６０２７１４５号明細書 米国特許第６６７９５２６号明細書 米国特許公開第２００４／０１６６３４１号 国際公開第２００４／０３３９５１号

米国石油協会仕様書ＡＰＩ ＲＰ５Ａ３

本発明の目的は、公知の乾燥あるいはセミドライコーティングやグリースの弊害を改善し、それによりコーティングの塗布の摩擦性および生産性に関してその状況を改善することにある。

任意に、本発明の目的は、ねじ山付き要素の腐食に関してその状況を改善することにある。

作業条件下、特に建設現場条件下での組立てとは、垂直位置において一般的に実行される組立作業を意味し、（ｉ）第１のねじ山付き要素が垂直に保持されるとともに固定され、（ｉｉ）第１のねじ山付き要素上に組み立てられ、１３ｍ長であり得る管の末端に配置されるとともに固定される第２のねじ山付き要素が昇降装置により第１のねじ山付き要素上に実質的に垂直に保持され、その後にモータ駆動されたパワートングなどの適切な装置を使用して第１のねじ山付き要素に組み立てられる。同様に、建設現場条件下での分解とは、垂直に配置されるとともに、それにより管の重量および起こりやすいミスアライメントを支持する第１および第２のねじ山付き要素を意味し、分解される管が昇降装置から吊り下げられる。

本発明は、特に、基板にベタ付かずに（ｎｏｔ ｓｔｉｃｋｙ ｔｏ ｔｈｅ ｔｏｕｃｈ）付着する固相の薄いコーティングにより覆われたねじ山（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ）を備える摩損（ｇａｌｌｉｎｇ）に抵抗性がある管状ねじ山付き接続部用ねじ山付き要素であって、前記薄いコーティングは固体マトリックスと当該マトリックス内の少なくとも１種の固体潤滑剤の粒子の分散液とを含むものに関する。

本発明によれば、固体マトリックスは、潤滑性があり塑性または粘塑性型のレオロジー的挙動を示す。

一態様にしたがえば、少なくとも１種の固体潤滑剤の粒子の分散液は、クラス１、２、３または４の１種の潤滑剤の粒子を含む。

本発明の他の態様にしたがえば、マトリックスは、少なくとも１種の熱可塑性ポリマーと、摩擦により前記ねじ山付き要素の表面近傍に形成される、デブリス粒子を再凝集させることが可能なデブリス粒子再凝集体手段とを含む。

本発明の追加あるいは代替される任意の特徴は、下記に述べる。

マトリックスは、８０〜３２０℃の間の融点を有する。

熱可塑性ポリマーは、ポリエチレンである。

マトリックスは、少なくとも１種の金属石鹸を含む。

マトリックスは、少なくとも１種の植物、動物、無機物または合成品由来のワックスを含む。

ワックスは、カルナバワックスである。

マトリックスは、少なくとも１種の腐食防止剤を含む。

腐食防止剤は、スルホン酸カルシウム誘導体である。

石鹸は、基準ＩＳＯ９２２７による塩水噴霧試験における腐食の発生のための時間が向上するように選択される。

マトリックスは、１００℃における動粘度が８５０ｍｍ^２／秒以上である少なくとも１種の液体ポリマーを含む。

液体ポリマーは、水に不溶性である。

液体ポリマーは、アルキルポリメタクリレート、ポリブテン、ポリイソブテンおよびポリジアルキルシロキサンから選択される。

マトリックスは、少なくとも１種の表面活性剤を含む。

マトリックスは、少なくとも１種の着色剤を含む。

マトリックスは、少なくとも１種の抗酸化剤を含む。

固体潤滑剤の粒子は、クラス１の少なくとも１種の固体潤滑剤の粒子を含む。

固体潤滑剤の粒子は、グラファイト粒子を除くクラス１の潤滑剤の粒子から選択される。

固体潤滑剤の粒子は、窒化ホウ素および酸化亜鉛から選択されるクラス１の少なくとも１種の固体潤滑剤の粒子を含む。

固体潤滑剤の粒子は、クラス２の少なくとも１種の固体潤滑剤の粒子を含む。

固体潤滑剤の粒子は、二硫化モリブデンの粒子を除くクラス２の潤滑剤の粒子から選択される。

固体潤滑剤の粒子は、フッ化グラファイト、硫化スズおよび硫化ビスマスから選択されるクラス２の少なくとも１種の固体潤滑剤の粒子を含む。

固体潤滑剤の粒子は、クラス４の少なくとも１種の固体潤滑剤の粒子を含む。

固体潤滑剤の粒子は、ポリテトラフルオロエチレンおよびポリアミド１１から選択されるクラス４の少なくとも１種の固体潤滑剤の粒子を含む。

また、本発明は、雄型ねじ山付き要素と雌型ねじ山付き要素とを備えた管状ねじ山付き接続部であって、前記ねじ山付き要素の少なくとも１つが既に明示した通りであることを特徴とするもの、および管状ねじ山付き要素を仕上げるための方法において、被覆される表面にコーティングの接着性を向上させるための表面処理が施された後に、既に明示されたような薄層状の耐摩損コーティングがねじ山の表面に少なくとも塗布されるものに関する。

本発明の方法は、下記の特徴の少なくともいくつかを含み得る。

コーティングの成分がマトリックスの融点よりも高い温度に高められ、次いで前記コーティングが溶融状態のマトリックスを含む前記成分の噴霧により塗布される。

コーティングは、前記コーティングの成分により形成された粉末の炎を経た射出（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）により塗布される。

コーティングは、前記コーティングの成分が分散した水溶性エマルジョンの噴霧により塗布される。

ねじ山付き要素は、８０℃以上に高められる。

ねじ山付き要素は、周囲温度である。

前記表面処理は、機械的処理、化学的処理および非反応性堆積（ｎｏｎ−ｒｅａｃｔｉｖｅ ｄｅｐｏｓｉｔｓ）から選択される。

被覆された表面が金属面であり、前記表面処理が前記表面の化学的変換のための処理である。

前記化学的変換は、リン酸塩処理である。

前記表面処理の後に、耐腐食作用を伴うナノ物質（１１）により被覆された表面の粗さまたは多孔性（１２）を埋める（ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ）ための処理が行われる。

前記ナノ物質は、酸化亜鉛の粒子（１１）である。

前記ナノ物質は、２００ｎｍのオーダーの平均粒子径である。

前記ナノ物質は、分散液に適用される。

本発明の他の特徴と利点は、下記の詳細説明と添付図面から明らかになるであろう。

図１は、炭化水素井戸にて、ねじ山付き要素による組立て準備がされた２つの管を図示する。 図２は、本発明の方法にしたがってナノ物質により多孔性が埋められた、ねじ山付き要素のねじ面の部分の拡大スケールを示す。 図３は、本発明による方法を実施するために使用することができる装置を図示する。 図４は、本発明による方法を実施するために使用することができる装置を図示する。 図５は、組立ておよび分解試験により本発明のコーティングを評価するための装置を図示する。

本発明は、摩損に抵抗性がある管状ねじ山付き接続部用ねじ山付き要素に関する。ねじ山付き要素は、基板にベタ付かずに（ｎｏｔ ｓｔｉｃｋｙ ｔｏ ｔｈｅ ｔｏｕｃｈ）付着する固相の薄いコーティングにより覆われたねじ山（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ）を備え、多数の組立ておよび分解作業に耐える。

ねじ山付き要素のコーティングは、固体マトリックスと、そのマトリックス内の少なくとも１種の固体潤滑剤の粒子の分散液とを含む。

本発明は、特定の物質の摩擦学的挙動の研究に基づくとともに、下記に述べる特定の概念を参照している。

基本概念
固体潤滑転移フィルム効果あるいはリーフィング効果
流体力学的潤滑条件の乾燥状態において固体潤滑剤は、流体あるいは粘塑性物質に分散する際に、安定した方法で表面に固定される性質を有し、表面の摩擦特性を改質する。固体潤滑剤は、化学的結合により表面に転移および結合され、摩耗に対する高レベルの抵抗性と摩擦特性の向上をもたらす。固体の性質によっては、表面に、高い表面荷重応力（ヘルツ応力）により発生する極圧での耐摩耗保護性、耐摩耗抵抗性および耐摩耗特性と、広範囲にわたる荷重および摩擦速度での低い摩擦係数とを与える。転移フィルム効果あるいはリーフィング効果は、管状ねじ山付き接続部の系の組立ておよび分解の間に生成されるような、表面に反復的に応力が課される摩擦の型のために使用される。

第３の摩擦体
第３の摩擦体は、摩擦の間に２つの表面の間に接触して介在する物体である。

潤滑剤が存在しない際には、相対的な摩擦における応力下の２つの物体は、各物体から化学的あるいは非化学的に変換された、デブリス粒子により形成された第３の物体を生成する。この第３の物体は、固定または除去される、加えられた応力下での挙動、応力下での変換機構、移動容量により摩擦特性の一部を決定付ける。

液体、流体あるいは可塑性の固体潤滑剤、つまり物質の流動を伴う可塑状態におけるせん断下での変形を受ける潤滑剤は、２つの物体の間に介在する際には、２つの物体を分離するフィルムを形成するとともに、それ自体は第３の物体を構成する。その性質は、境界条件において、つまり摩擦応力が潤滑された物質の間で接触して最も高くなる際に、流体あるいは可塑性潤滑剤と混合された固体生成物により改質される。

極圧特性
この特性は、極めて高いヘルツ応力が課された表面に、摩耗に耐えるとともに低摩擦係数により摺動することを可能にさせる、特定の生成物の性質である。

ヘルツ応力あるいがヘルツ圧力
荷重応力下で接触する表面は、弾性的に変形し、特定の領域の接触域を決定付ける。その領域により分けられて加えられた荷重は、ヘルツ圧力あるいは応力を決定付ける。高ヘルツ応力の間に、固体の非可塑性物質は内部せん断の影響を受けて物質の疲労により使用寿命を減らすが、固体の可塑性物質は構造的劣化を伴わずにせん断効果を受ける。

マトリックス
この用語は、活性成分を所定の位置に固定または搬送することを可能にする系を意味するために使用される。また、マトリックスは、異なる系用の接着剤として使用することができるとともに、活性成分の結合または担持を完全なものにする機能を有することができる。

本発明のマトリックスは、特に潤滑性であるとともに、可塑性あるいは粘塑性型のレオロジー的挙動を有する。

相乗作用
基本的な性質を有する物体を、全く異なる性質および挙動を示す複合体に組み合わせることができる。その複合体の挙動がそれらの成分の組み合わせよりも優れた性質を導く場合を、相乗作用と呼ぶ。

粘性、可塑性、粘塑性、粒状体挙動
高い変形性があるか流体であり、わずかでも、静水圧効果下で限られた変形やせん断応力効果下で不定流を経る物体がある。例えば、オイルやグリースである。

変形性がないか固体であり、応力の性質とは無関係な限られた変形を少なくとも特定の応力閾値まで受ける物体がある。物質の構造的劣化が引き起こすものを超える降伏強度を有する熱硬化系による場合である。

それらの２つの極端な状態（弾性、可塑、粘性および粘塑性挙動）の間の物質（最も多い）がある。

第３の物体に発生するあるいは第３の物体が示す摩擦状況は、潤滑あるいは非潤滑性能が、下記の表１にしたがった物理的状態に依存している。
本発明によるマトリックスにおいて使用される物質は、表１におけるカテゴリー１に属する。

熱可塑性および熱硬化性ポリマー
本発明の固体マトリックスは、少なくとも１種の熱可塑性ポリマーを含む。

用語熱可塑性は、可逆的に、それぞれ温度Ｔ_ｇおよびＴ_ｍ（ガラス転移温度および融解温度）への加熱により軟化し、次いで融解するとともに、冷却により凝固することが可能な可溶性ポリマーを称する。熱可塑性ポリマーは、化学反応によらずに変換される。熱可塑性ポリマーは、静止した状態で、固体の乾燥して（ベタ付かない）安定な構造を保ちながら、摩擦応力下で、粘性流を達成するために本発明において使用される。一方、一般用語において、熱硬化性ポリマーは、応力下で全くあるいは殆ど粘性挙動を有さない。

金属石鹸
この用語は、アルカリ金属、アルカリ土類金属ならびに他の金属の石鹸を包含する。これらは、表面間に流動性を有する可溶性の化合物である（表１におけるカテゴリー１）。

ワックス
この用語は、ペースト状または硬い粘稠性の多少やその性質によって広範囲に変化することができる融点および滴点を伴う、様々な由来（特に石油の蒸留からもたらされる無機物、植物、動物あるいは合成品）の潤滑特性を有する可溶性物質を含む。

腐食防止剤
これらの添加剤は、異なる腐食環境から表面を保護するための性能を、表面に適用された液体あるいは固体物質に与える。これらの腐食防止剤は、化学、電気化学あるいは物理化学的機構にしたがって作用する。

固体潤滑剤
固体潤滑剤は、２つの摩擦面間に介在し、摩擦係数を低くするとともに表面の摩耗および損傷を減らすことを可能にする固形安定体である。

これらの物体は、作用機構や構造により決定付けられる異なるカテゴリーに分類される。これらのカテゴリーは、例えば、フランス国立高等石油動力学校のエリック・ガード氏により行われた「固体潤滑剤」と称する過程論文に記載されている。

クラス１：潤滑特性が、結晶構造に依存する固形物体、例えばグラファイト、窒化ホウ素ＢＮ、酸化亜鉛ＺｎＯである。

クラス２：潤滑特性が、一方で結晶構造、そして他方でその成分の反応性のある化学元素に依存する固形物体、例えば二硫化モリブデンＭｏＳ_２、フッ化グラファイト、硫化スズ、および硫化ビスマスである。

クラス３：潤滑特性が、化学反応性に依存する固形物体、例えばチオ硫酸塩型の特定の化合物（例えばデジリューブテクノロジー株式会社より市販されているデジリューブ８８）である。

クラス４：潤滑特性が、摩擦応力下での可塑性あるいは粘塑性挙動に依存する固形物体、例えばポリテトラフルオロエチレンＰＴＦＥおよびポリアミドである。

摩擦や固体潤滑剤転移フィルム組成の観点から良好なレベルの性能を達成するために、本発明は上記クラスの１つに属する固体潤滑剤の粒子を使用する。

本発明者らは、好ましくは、クラス２の化合物であって、特にフッ化グラファイトおよび硫化スズまたは硫化ビスマスの錯体など、これまで殆ど使用されて来なかった化合物を、固体潤滑剤として使用した。本発明者らによれば、これらの化合物は、金属へのより高い結合性や顕著に高い極圧での性能レベルがあるため、グラファイト、二硫化モリブデンあるいは二硫化タングステンなどの従来の固体潤滑性製品とは異なる。

本発明者らは、特に、腐食の発生を促進する可能性があるグラファイト、あるいは、特に水分の存在下で不安定であるとともに、鋼を腐食させる硫黄酸化物もしくは鋼を異なる水素ぜい化型応力破裂（硫化物応力割れまたはＳＳＣ）に影響されやすくする可能性がある硫化水素を発生することが知られている化合物である二硫化モリブデンを伴わない溶液を求めた。

フラーレン
これらは、閉じられたもしくは開いた管状あるいは閉じられたもしくは開いた球状で、単層または多層状の構造を有する分子材料である。球状フラーレンは、単層体の場合には数十ｎｍのサイズ、多層体の場合には約８０ｎｍより大きいサイズを伴う。それらは、安定して、表面粗さにより作り出された部位の阻止や破片型の劣化の阻止をすることにより表面に作用する。

応力の型
本発明は、作業中に管状ねじ山付き接続部に課される異なる応力を考慮している。

高低速度での摩擦、高低ヘルツ応力
摩擦系は、ねじ山接続部の組立ておよび分解の間に直面する極めて多様な摩擦速度による複合体である。つまり、速度は、組立ての間は相対的に高く、組立終了あるいは分解開始の際には殆どゼロであることができる。

一方、ヘルツ応力は、同じ摩擦区間で極めて大きく、限界条件を導く。したがって、本発明者らは、これらの応力に対応する系を決定付けることを試みた。

運動応力による問題を解決するために、本発明者らは、応力下で粘性流れを導くとともに、直面する全速度状況に対応する可塑的性質を伴うマトリックスを開発した。複数の成分の使用が、極めて多様なせん断効果に適応させるための高性能系には必要である。マトリックスは、適所に他の活性元素を保持するとともに、安定した転移フィルムあるいはリーフの生成に寄与することを可能にする。

一般的に可塑的性質を有する熱可塑性樹脂が選択されるとともに、本発明者らは、存在する全ての粘組成ポリマーの中でも、溶融状態にて高い粘性のために適用に問題が生じるポリアミド６、ポリアミド１１およびポリプロピレンなどの他の粘塑性ポリマーに優先して、ポリエチレンを選択した。この選択は、ポリエチレンの性質の中でも、１０５℃より高い融点を有する性質のためであった。

表面における摩擦から生じるデブリス粒子を阻止するとともに、これにより環境汚染を起こす可能性を除去するために、本発明は、さらに、ねじ山付き要素の接触面のレベルにおける摩擦現象から生ずるデブリス粒子を再凝集させることが可能なデブリス粒子再凝集手段を備える。デブリス粒子再凝集手段は、形成されるとすぐにデブリス粒子を再凝集させることが可能である。

本発明者らは、特に、特定の金属石鹸、特定のワックスおよび特定のポリマーが、再凝集手段として使用することができることを見出した。

本発明者らは、実験により、デブリス粒子の再凝集やマトリックスの可塑性に関する特性の向上は、上述した現場条件下での組立ておよび分解作業数の観点から優れた結果を与える、カルシウム、ビスマスおよび亜鉛の中からの金属石鹸型の再凝集手段の添加により達成されることを見出した。これらの石鹸の中でも、ステアリン酸亜鉛は、既に検討した腐食防止剤との相乗的関係に関与するため選択された。

カルナバワックスなどの脂肪酸物質の混入は、組立て分解作業におけるデブリス粒子の再凝集特性を最適化することを可能にする。

準静的条件下で極めて高い摩擦荷重の組み合わせを伴う限界潤滑応力に応じるために、本発明者らは、固体マトリックス内に分散した粒子により形成された固体潤滑剤を含んだ添加剤の適切な系を調製した。従来のＥＰ（極圧）添加剤、例えば欧州特許第１３１３８２７号明細書に記載される種類の硫黄化合物は、伴う表面力が添加剤に反応を可能にする際にのみ作用し、それは特定の荷重および摩擦速度の範囲でのみ発生する。本発明者らは、準静的条件下でも潤滑作用状態を保証することが可能な固体潤滑剤を用いることを好んで選択した。

本発明者らは、クラス２における１または２以上の固体潤滑剤を使用した。

極限環境（水分は塩分を含んでいてもいなくてもよい）
表面の耐腐食保護の要請によっては、マトリックス内に腐食防止剤を含ませることが必要であり得る。そのような防止剤の中でも、スルホン酸カルシウム誘導体、より詳細にはＡＬＯＸ（登録商標）６０６の名称でＬＵＢＲＩＺＯＬ社により市販されている製品などのワックス、石油樹脂あるいはスルホン酸カルシウムによりなる媒体における酸化カルシウムとスルホン酸カルシウムとの結合体は、それ自体が特に（腐食防止）性能を示すが、アミン、アミノボレート、第４級アミン、ポリα−オレインにおけるスーパーアルカリ化硫酸、ストロンチウムホスホシリケート、亜鉛ホスホシリケートおよびボレートカルボキシレート型の腐食防止剤も同等に使用することができる。

腐食抵抗性は、腐食を阻止するための他の機構にしたがって作用する化合物を結合させることにより、さらに向上させることができる。

既に示したように、ステアリン酸亜鉛は、特に、マトリックスの潤滑挙動に寄与しつつ腐食防止剤と相乗特性を提供する。

腐食防止保護性の主試験は、基準ＩＳＯ９２２７にしたがって行われるとともに、マンガンを伴うリン酸化（リン酸の付着量８〜２０ｇ／ｍ^２）により処理されるプレート上でＩＳＯ ＥＮ２８４６−３にしたがってインデックスＲｅが評価される塩水噴霧試験である。

保護された環境における使用（環境との互換性の制約）
マトリックスの組成は、環境汚染の可能性を除去するために、表面上の摩擦から生じるデブリス粒子を阻止するために提供される。マトリックスの適切な組成の貢献により、デブリス粒子は、形成されるとすぐに再凝集する。

その性質を明らかにするために、本発明者らは、実験的プロトコールにおいて、摩擦の間に生成するデブリス粒子の計量による定量的測定を伴う手順を含めた。これにより、彼らは、金属石鹸およびワックス型の再凝集手段の効果を示すことが可能になった。

しかしながら、研究下での組成によれば、再凝集の観点から不適切な性能が、再凝集機能を伴う生成物の他の型を検索させることに導いた。そこで、彼らは、ＶＩＳＣＯＰＬＥＸ６−９５０の名称でＲＯＨＭＡＸ社より市販されている１００℃で８５０ｍｍ^２／秒の動粘度のＰＡＭＡにより得られるデブリス粒子再凝集試験における優れた結果を伴う、アルキルポリメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリブテン、ポリイソブテンおよびポリシロキサンなどの高粘性ポリマーの影響を検討した。

ＰＡＭＡを含有するのみの本発明によるコーティングを備えた２つのねじ山の組立ておよび分解サイクル後の試験は、そのコーティングにより、摩擦により生成されたデブリス粒子が、他のコーティングによるデブリス粒子が分散したまま外的汚染を引き起こすことなく摩擦面に再凝集して混入することを示す。

コーティングの応用可能性
周囲温度でのコーティングの接着および外観を向上させるために、マトリックスに少なくとも１種の表面活性剤を添加することが必要であり得る。

したがって、本発明者らは、とりわけ、表面活性シリコン、好ましくはポリジメチルシロキサンあるいはＤＣ５６（ＤＯＷ ＣＯＲＩＮＧ社より市販されている）の２％以下の添加量を考察した。

また、同様な表面活性特性を有する他の化合物であって、ポリマーであってもなくてもよいものも検討し得る。

したがって、本発明は、相乗的相互作用の体系的活用を伴う、生成物の２つの群を結び付けている。つまり、
マトリックスの成分と、
同じクラスの固体潤滑剤とである。

本発明による方法は、潤滑した要素の表面修飾を含む。

組立ておよび分解試験は、適切な転移フィルムの構築を達成するために、サンドブラストもしくはショットブラストなどの機械的処理、または、表面において結晶化された状態の無機堆積物に基づく反応処理、例えば酸による化学的侵食、亜鉛もしくはマンガンを使用したリン酸化処理、あるいは表面において化学変換層を導くシュウ酸化処理を用いた物理的もしくは化学的改質により、被覆された表面を改質することが必要なことを実証した。これらの表面処理の中でも、シュウ酸化処理が、摩擦に抵抗するとともに極めて安定していること転移フィルムの生成を導く適切な接着面に加えて、耐腐食保護性のある基体を生成することが可能であるので好ましい。

さらに、特に、ナノ物質であって、多孔質に挿入することが可能なサイズのものにより表面の多孔を埋めることを伴う補完的な表面修飾処理を行うことが好ましい。この埋め込み作業の目的は、コーティングのための良好な接着性を保ちながら、腐食から表面を保護するための不活性作用を有する物質により、多孔性により作り出された部位をブロックするとともに飽和させることである。

図２は、金属基板１３の多孔性部位１２内への粒子１１の埋め込みを図示する。

本発明者らは、水中に単分散させたナノメータサイズ（平均２００ｎｍ）の酸化亜鉛の粒子を挿入することによる上述の基準（腐食発生のための時間の２０％までの増加）にしたがった塩水噴霧試験における性能レベルの向上に気づいた。

処理面の視認を可能にするために、摩擦性能の低下をもたらさないような割合（例えば１％）で公知の着色剤を使用することが可能である。

例えば加熱による酸化により劣化することからコーティングを保護するために、１または２以上の抗酸化剤を添加し得る。ポリフェノール化合物、ナフチルアミン誘導体および有機亜リン酸塩は、抗酸化剤の一義的なファミリーを構成する。本発明者らは、より詳しくはチバガイギー社のＩＲＧＡＮＯＸ（登録商標）Ｌ１５０（ポリフェノールおよびアミン抗酸化剤の系）とＩＲＧＡＦＯＳ（登録商標）１６８（トリス（２，４−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ホスファイト）の製品の組み合わせを選んだ。

また、本発明は、産業化を促進する、コーティング塗布の方法に関する。この目的のために異なる技術が使用されており、最もふさわしいものを下記に表わす。

溶融状態による噴霧技術は、生成物を液相において高温で保つとともに、自動的に温度制御されたスプレーガンを用いて噴霧することを伴う。生成物は、溶融温度より１０〜５０℃高い温度で加熱されるとともに、良好に面を覆うことを達成するために溶融温度より高い温度にプレ加熱された温度上に噴霧される。

別の例では、噴霧作業は、プレ加熱されない（つまり周囲温度で維持された）ねじ山付き要素上で行われる。次いで、コーティングの組成は、少量の表面活性剤の添加、例えば、表面活性シリコン、好ましくはポリジメチルシロキサンまたはＤＣ５６（ＤＯＷ ＣＯＲＩＮＧ社より市販されている）の最大で２％、好ましくは０．６％〜１％の添加により適合される。

図３は、プロセスを実施するための設備例を示す。生成物２０は、プロペラ状の攪拌子２２を使用して攪拌してベッセル２１で溶融され、次いで流量制御ポンプ２４によりパイプ２５を通って、コンプレッサ２６によって空気も供給される噴霧ヘッド２３に、移動する。コンポーネント２１および２３〜２６は、温度が調節されている。

他の技術は、生成物が水溶性エマルジョンの状態で噴霧されるエマルジョン塗布である。エマルジョンと基板は周囲温度であることができ、乾燥時間が必要である。この乾燥時間は、生成物を６０〜８０℃の間および／または表面を５０〜１５０℃の間でプレ加熱することによって相当に減らすことができる。

図４は、炎を通した溶射あるいは噴霧を伴う技術を図解する。生成物３０の場合においては、粉末状の生成物３０が、空気３２および可燃性ガス３３が供給される銃３１を用いて、被覆された表面に射出される。粉末は、炎３４を通ることにより溶けるとともに標的を均質的に覆う。

実施例
実施例は、ヴァルレック・マンネスマンチューブのＯＣＴＧ部門により編纂された技術仕様書にしたがった名目直径１７７．８ｍｍ（７インチ）、線密度４３．１５ｋｇ／ｍ（２９ ｌｂ／ｆｔ）の低合金鋼のＶＡＭ ＴＯＰ ＨＣ型の管状ねじ山付き接続部を伴う。

コーティングの塗布に先立って、雄型ねじ山付き要素は亜鉛によるリン酸化（層重量４〜２０ｇ／ｍ^２の間）が施されるとともに、雌型ねじ山付き要素はマンガンによるリン酸化（層重量８〜２０ｇ／ｍ^２の間）が施される。ねじ山付き要素は１３０℃にプレ加熱された後、溶射が１５０℃で溶融状態に保たれた、下記実施例Ｉ〜VIの一の組成の生成物の厚さ３５μｍの層をねじ山付き要素に塗布するために利用される。

ＰＥ５２０の名称でＣＬＡＲＩＡＮＴ社より市販されているポリエチレン
ＬＡＮＣＯ１９５５ＳＦの名称でＮＯＶＥＯＮ社より市販されているカルナバワックス
ＬＩＧＡＳＴＡＢ ＺＮ７０の名称でＰＥＴＥＲ ＧＲＥＶＥＮ社より市販されているステアリン酸亜鉛
ＶＩＳＣＯＰＬＥＸ６−９５０の名称でＲＯＨＭＡＸ社より市販されているＰＡＭＡ（アルキルポリメタクリレート）
ＡＬＯＸ６０６の名称でＬＵＢＲＩＺＯＬ社より市販されているスルホン酸カルシウム誘導体
ＤＣ５６の名称でＤＯＷ ＣＯＲＮＩＮＧ社より市販されているシリコン（表面活性要素）、シリコンはエマルジョン状である
一方は芳香族アミンとフェノールの混合物であり、他方はリン酸フェニルであるＩＲＧＡＮＯＸ Ｌ１５０およびＩＲＧＡＦＯＳ １６８の名称でチバガイギー社より、それぞれ市販されている抗酸化剤
ＢＮの名称でＥＳＫ社より市販されている窒化ホウ素
ＺｎＯの名称でＳＩＬＡＲ Ｓ．Ａ．社より市販されている酸化亜鉛
ＣＦ_ｘの名称でＡＲＣ社より市販されているフッ化グラファイト
ＳｎＳ_２の名称でＣＨＥＭＥＴＡＬＬ社より市販されている二硫化スズ
ＰＴＦＥの名称でＳＩＬＡＲ Ｓ．Ａ．社より市販されているポリテトラフルオロエチレン
ＲＩＬＳＡＮ Ｂ．の名称でＡＲＫＥＭＡ社より市販されているポリアミド１１

実施例Ｉ：クラス１の固体潤滑剤

実施例II：クラス２の固体潤滑剤

実施例III：クラス４の固体潤滑剤

実施例IV：クラス１における２種の固体潤滑剤の相乗的組み合わせ

実施例Ｖ：クラス２における２種の固体潤滑剤の相乗的組み合わせ

実施例VI：クラス４における２種の固体潤滑剤の相乗的組み合わせ

実施例Ｉ〜VIは、下記の範囲の重量組成のコーティングとして考察することができる。

マトリックスについては、下記の範囲の重量組成として考察することができる。

シリコンは、好ましくはポリジメチルシロキサンまたはＤＣ５６（ＤＯＷ ＣＯＲＮＩＮＧ社より市販されている）である。

任意に、コーティングは、球形構造の少なくとも１種のフラーレンの分子を含む。

実際上は、コーティングの厚さは、一般に、１０μｍと５０μｍの間である。

また、コーティングは、２つのねじ山付き要素のアセンブリーを組み立てた後に、第２のねじ山付き要素の対応する密封面に密封締めにて接触することが可能な（第１のねじ山付き要素の）密封面に、適用することができる。

作業条件をシミュレートするために、組立ておよび分解試験が、パワートングの固定あご４１において垂直に保持される雌型要素と、雌型要素に人手により予め組み立てられ、垂直に配置された「パップジョイント」と呼ばれる短管４２の下端に形成された雄型要素とを備えたスリーブ４０にて行われる。

次いで、雄型要素は、パワートングの移動あご４４に係合するとともに、１６ｒｐｍの初期回転速度で、非被覆ねじ山付き接続部の名目組立トルク(実施例では２０，１００Ｎｍ)到達における最終局面でゼロにする速度減少を伴って、雌型要素に組み立てられる。

分解は、対称的な方法、つまり回転速度の増加を伴って行われる。

これらの条件下では、複数の組立および分解サイクルを、ねじ山付き要素の構成部材の劣化を伴うことなく行うことが可能であった。

Claims (42)

1. 基板にベタ付かずに（ｎｏｔ ｓｔｉｃｋｙ ｔｏ ｔｈｅ ｔｏｕｃｈ）付着する固相の薄いコーティングにより覆われたねじ山（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ）を備える摩損（ｇａｌｌｉｎｇ）に抵抗性がある管状ねじ山付き接続部用ねじ山付き要素であって、前記薄いコーティングは固体マトリックスと当該マトリックス内の少なくとも１種の固体潤滑剤の粒子の分散液とを含み、前記マトリックスは潤滑性があり塑性または粘塑性型のレオロジー的挙動を示し、かつ、前記マトリックスは、少なくとも１種の熱可塑性ポリマーと、摩擦により前記ねじ山付き要素の表面近傍に形成される、デブリス粒子を再凝集させることが可能なデブリス粒子再凝集体手段とを含むことを特徴とする、管状ねじ山付き接続部用ねじ山付き要素。
2. 前記マトリックスは、８０〜３２０℃の間の融点を有することを特徴とする、請求項１に記載のねじ山付き要素。
3. 前記熱可塑性ポリマーは、ポリエチレンであることを特徴とする、請求項１に記載のねじ山付き要素。
4. 前記マトリックスは、少なくとも１種の金属石鹸を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のねじ山付き要素。
5. 前記石鹸は、ステアリン酸亜鉛であることを特徴とする、請求項４に記載のねじ山付き要素。
6. 前記マトリックスは、少なくとも１種の植物、動物、無機物または合成品由来のワックスを含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のねじ山付き要素。
7. ワックスは、カルナバワックスであることを特徴とする、請求項６に記載のねじ山付き要素。
8. 前記マトリックスは、少なくとも１種の腐食防止剤を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のねじ山付き要素。
9. 前記腐食防止剤は、スルホン酸カルシウム誘導体であることを特徴とする、請求項８に記載のねじ山付き要素。
10. 前記石鹸は、基準ＩＳＯ９２２７による塩水噴霧試験における腐食の発生のための時間が向上するように選択されることを特徴とする、請求項４、５、８および９のいずれか１項に記載のねじ山付き要素。
11. 前記マトリックスは、１００℃における動粘度が８５０ｍｍ^２／秒以上である少なくとも１種の液体ポリマーを含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のねじ山付き要素。
12. 前記液体ポリマーは、水に不溶性であることを特徴とする、請求項１１に記載のねじ山付き要素。
13. 前記液体ポリマーは、アルキルポリメタクリレート、ポリブテン、ポリイソブテンおよびポリジアルキルシロキサンから選択されることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載のねじ山付き要素。
14. 前記マトリックスは、少なくとも１種の表面活性剤を含むことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のねじ山付き要素。
15. 前記マトリックスは、少なくとも１種の着色剤を含むことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のねじ山付き要素。
16. 前記マトリックスは、少なくとも１種の抗酸化剤を含むことを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のねじ山付き要素。
17. 前記少なくとも１種の固体潤滑剤の粒子の分散液は、クラス１、２、３または４の１種の潤滑剤の粒子を含むことを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のねじ山付き要素。
18. 前記固体潤滑剤の粒子は、グラファイト粒子を除くクラス１の潤滑剤の粒子から選択されることを特徴とする、請求項１７に記載のねじ山付き要素。
19. 前記固体潤滑剤の粒子は、窒化ホウ素および酸化亜鉛から選択されるクラス１の少なくとも１種の固体潤滑剤の粒子を含むことを特徴とする、請求項１７又は１８に記載のねじ山付き要素。
20. 前記固体潤滑剤の粒子は、二硫化モリブデンの粒子を除くクラス２の潤滑剤の粒子から選択されることを特徴とする、請求項１７に記載のねじ山付き要素。
21. 前記固体潤滑剤の粒子は、フッ化グラファイト、硫化スズおよび硫化ビスマスから選択されるクラス２の少なくとも１種の固体潤滑剤の粒子を含むことを特徴とする、請求項１７又は２０に記載のねじ山付き要素。
22. 前記固体潤滑剤の粒子は、ポリテトラフルオロエチレンおよびポリアミド１１から選択されるクラス４の少なくとも１種の固体潤滑剤の粒子を含むことを特徴とする、請求項１７に記載のねじ山付き要素。
23. 前記マトリックスの重量組成は、下記表１の通りであることを特徴とする、請求項１７〜２２のいずれか１項に記載のねじ山付き要素。
    

    
24. 前記シリコンは、ポリジメチルシロキサンまたは商品名ＤＣ５６でＤＯＷ ＣＯＲＩＮＧ社より市販されているものであることを特徴とする、請求項２３に記載のねじ山付き要素。
25. 前記コーティングの重量組成は、下記の通りであることを特徴とする、請求項１７〜２４のいずれか１項に記載のねじ山付き要素。
    

    
26. 前記コーティングの厚さは、１０μｍ〜５０μｍの間であることを特徴とする、請求項１７〜２５のいずれか１項に記載のねじ山付き要素。
27. 前記コーティングはさらに、密封面であって、２つのねじ山付き要素のアセンブリーを組み立てた後に第２のねじ山付き要素の対応する密封面に密封締め（ｓｅａｌｉｎｇ ｔｉｇｈｔ）にて接触可能な面に、適用されることを特徴とする、請求項１７〜２６のいずれか１項に記載のねじ山付き要素。
28. 前記コーティングは、球形構造の少なくとも１種のフラーレンの分子を含むことを特徴とする、請求項１〜２７のいずれか１項に記載のねじ山付き要素。
29. 雄型ねじ山付き要素と雌型ねじ山付き要素とを備えた管状ねじ山付き接続部であって、前記ねじ山付き要素の少なくとも１つが請求項１〜２８のいずれか１項に記載のねじ山付き要素であることを特徴とする、管状ねじ山付き接続部。
30. 管状ねじ山付き要素を仕上げるための方法であって、薄層状の耐摩損コーティングが固体コーティングを生成するためにねじ山の表面に少なくとも塗布される方法において、被覆される前記表面にコーティングの接着性を向上させるための表面処理が施され、かつ前記コーティングの成分が請求項１〜２９のいずれか１項に定義されたものであることを特徴とする、管状ねじ山付き要素を仕上げるための方法。
31. 前記コーティングの成分がマトリックスの融点よりも高い温度に高められ、かつ前記コーティングが溶融状態のマトリックスを含む前記成分の噴霧により塗布されることを特徴とする、請求項３０に記載の方法。
32. 前記コーティングは、前記コーティングの成分により形成された粉末の炎を経た射出（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）により塗布されることを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
33. 前記コーティングは、前記コーティングの成分が分散した水溶性エマルジョンの噴霧により塗布されることを特徴とする、請求項３２に記載の方法。
34. 前記ねじ山付き要素は、８０℃以上に高められることを特徴とする、請求項３０〜３３のいずれか１項に記載の方法。
35. 前記ねじ山付き要素は、周囲温度であることを特徴とする、請求項３０〜３３のいずれか１項に記載の方法。
36. 前記表面処理は、機械的処理、化学的処理および非反応性堆積（ｎｏｎ−ｒｅａｃｔｉｖｅ ｄｅｐｏｓｉｔｓ）から選択されることを特徴とする、請求項３０〜３５のいずれか１項に記載の方法。
37. 被覆された前記表面が金属面であり、前記表面処理が前記表面の化学的変換のための処理であることを特徴とする、請求項３０〜３６のいずれか１項に記載の方法。
38. 前記化学的変換は、リン酸塩処理であることを特徴とする、請求項３７に記載の方法。
39. 前記表面処理の後に、耐腐食作用を伴うナノ物質（１１）により被覆された前記表面の粗さまたは多孔性（１２）を埋める（ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ）ための処理が行われることを特徴とする、請求項３０〜３８のいずれか１項に記載の方法。
40. 前記ナノ物質は、酸化亜鉛の粒子（１１）であることを特徴とする、請求項３９に記載の方法。
41. 前記ナノ物質は、２００ｎｍのオーダーの平均粒子径であることを特徴とする、請求項３９又は４０に記載の方法。
42. 前記ナノ物質は、分散液に適用されることを特徴とする、請求項３９〜４１のいずれか１項に記載の方法。

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