[发明专利]一种用于高铬钢表面镀层制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电沉积技术，尤其是涉及用电沉积方法在高铬钢油套管接箍表面制备铜锡合金镀层，是一种高铬钢油套管螺纹和密封面表面镀层的制备技术，以提高油套管接头的抗粘着性能。

背景技术

油套管是油气田勘探、开发中必须使用的产品，通过螺纹把单根油套管连接成数千米能承受各种载荷的管柱，连接螺纹的质量指标之一，就是保证重复上、卸扣螺纹不发生粘着失效。油套管接头由内螺纹和外螺纹组成，使用过程通过上扣和卸扣进行螺纹的拧紧和松开，螺纹接头相当于一对摩擦副，当内螺纹和外螺纹表面相互接触时，从微观来看，两个接触体的实际接触面积只在结合表面少数微凸体上，由于接触压力很高，引起微凸体塑性变形，局部形成焊合点，同时由于内螺纹和外螺纹材质相同，互溶性大，在内外螺纹表面的相对滑动时，引起油套管螺纹接触部位金属迁移，即产生粘着失效。为防止油套管螺纹粘着失效的发生，目前油套管生产厂普遍采用对油套管连接部位一端螺纹进行表面处理，对碳钢和低合金钢普遍采用磷化或镀青铜等表面处理。但随着酸性油气田的开采，对材料的抗腐蚀性能要求越来越高，适应于高耐腐蚀的高铬钢油套管产品已开始大量应用，由于其铬含量大于10％，合金含量已达20％左右，使用传统的镀层方法，已不能保证表面的镀层质量，必须使用新的镀层工艺进行表面处理，来保证高铬钢油套管产品的抗粘着性能要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于高铬钢表面镀层制备方法，能够提高油套管接头的抗粘着性能，满足油套管重复上卸扣完整性要求。

为解决上述技术问题，本发明的一种用于高铬钢表面镀层制备方法，其包含以下步骤：脱脂、冷清洗、弱腐蚀、弱腐蚀+镀镍、冷清洗、镀铜锡合金、冷清洗、钝化、冷热清洗、浸钼。

(1)脱脂：将高铬钢接箍放入磷酸三钠25～50g/L、碳酸钠25～50g/L、氢氧化钠20～70g/L组成的碱性脱脂剂中脱脂，脱脂温度为40～80℃；用碱溶液对皂化性油脱的皂化作用，或用表面活性剂对非皂化性油脱的乳化作用，除去工件表面的油脂，时间以脱干净为止；

(2)冷清洗：温度为室温，时间≥20sec；以去除工件表面吸附的乳化剂；

(3)弱腐蚀：在盐酸中活化，预除高铬钢表面钝化膜，盐酸浓度为20％～36％、时间为40～70sec、温度为20～50℃；镀层的结合力与基体材料的性质有密切关系，在金属表面上施镀，结合力主要表现为金属与金属间的键合；高铬钢是一种表面极易钝化的合金，形成的致密钝化膜影响合金基体与其表面镀层的结合力，明显的可能出现起泡、脱落；不明显的，表面镀层看似平整，但经不起弯曲划痕等结合力试验，使用酸洗活化法，除去高铬钢表面钝化膜，获得活化洁净的表面，为下一步镀镍做好准备；

(4)弱腐蚀、镀镍：在含盐酸和氯化镍的溶液中活化、阴极电沉积镍，氯化镍含量为100～500g/L、20％～36％浓度盐酸使得镍溶液PH≤1、电流密度为0.5～7A/dm²、温度为20～50℃，时间为1～7min；要获得结合力可靠的表面镀层，必须使高铬钢表面完全没有钝化膜，在镀镍槽中进一步采取活化处理，获得完全活化洁净的表面，随后在瞬间镀上镍，避免在高铬钢上再次形成钝化膜；

(5)冷清洗：温度为室温，时间≥20sec；

(6)镀铜锡合金：将氰化钠10～40g/L、氰化亚铜5～40g/L、氢氧化钠10～50g/L、锡酸钠20～60g/L配制成的镀液加热，温度为25～55℃、阴极电流密度为1～10A/dm²、时间为30～90min，进行电沉积铜锡合金镀层制备，镀层厚度为7～17微米；

(7)冷清洗：温度为室温，时间≥20sec；

(8)钝化：将镀有铜锡合金的高铬钢置于铬酸10～70g/L、重铬酸钾5～40g/L、98％浓度硫酸1～5ml/L配制成的钝化溶液中钝化；以隔绝涂层与空气的接触，防止铜锡合金镀层发生铜绿变色，钝化为室温，时间为5～10sec；

(9)冷、热清洗：冷清洗温度为室温，时间≥20sec；热清洗温度≥60℃，时间≥20sec；

(10)浸钼：钼2～10％配制成钼溶液，室温条件下，浸钼时间为5～10sec；浸钼对钝化后的涂层进一步保护，延长铜锡合金镀层发生铜绿变色的时间。

本发明在高铬钢上先预镀镍，再在镀镍的表面完成镀铜锡合金的表面镀层，与现有技术相比，其有益效果是：提高了油套管接头的抗粘着性能，实现了油套管接头上卸扣完整性，保证高铬钢油套管的使用性能。

具体实施方式