[发明专利]在石油钻具稳定器激光熔覆制备WC硬质合金耐磨层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油钻具的修复再制造方法,特别是涉及一种在石油钻具稳定器激光熔覆制备WC硬质合金耐磨层的方法，属于激光熔覆技术领域。

背景技术

钻具稳定器是石油钻井工具防止井斜变化的重要工具，在配备较大刚性钻铤和施加较大钻压的使用情况下，合理稳定器将使井斜变化率和方位变化率较小，提高井身质量和钻井速度，降低钻井成本。由于稳定器的外径和井眼间隙很小，旋转钻具使其棱边易磨损，特别在硬地层会很快使外径磨损失效，因此在稳定器外径包覆耐磨材料，耐磨层要求具有下列基本功能：一、将套管磨损状态降至最低程度；二、耐磨层的磨损，代替了钻具接头和套管的磨损；三、耐久的抗磨寿命，大大减少了起下钻、重新修焊和往返，运输的时间及成本。

稳定器耐磨层的包覆其手段常用以下四种：一、表面镶嵌硬质合金柱；二、表面镶嵌合金及聚晶复合体；三、表面低温钎焊硬质合金块；四、表面堆焊耐磨焊条。堆焊耐磨层工艺由于堆焊层的金相组织粗大，气孔、裂纹粗大、夹杂较多，堆焊时硬质相分解严重，影响了耐磨层使用，在使用中经常出现剥落、耐磨性不够、寿命低等问题。堆焊时硬质相分解严重是难以解决的问题。镶嵌和钎焊硬质合金工艺由于稳定器在工作时产生摩擦力较大，WC硬质合金在高脆性及镶嵌和钎焊的低结合强度造成了使用中出现剥落现象，使堆焊层耐磨性下降，钻具使用寿命降低。

因此，选择适当的石油钻具稳定器激光熔覆制备WC硬质合金耐磨层的工艺方法，使钻具稳定器表面WC硬质合金耐磨层与基体结合强度高、耐磨性能好、合金涂层的厚度均匀，是当前亟待解决的课题。

激光熔覆技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。

目前，关于利用激光熔覆工艺制备设备部件耐磨合金涂层的专利很多：例如。

公开号为 CN1202534 的中国发明专利申请给出的《金属表面等离子喷涂后激光熔覆制备陶瓷涂层的方法》，该方法是先在金属表面用等离子喷涂方法制备陶瓷涂层，然后在激光照射的同时，将陶瓷粉末喷向涂层表面，对陶瓷涂层进行二次熔覆处理。

公开号为 CN1786272的中国发明专利申请给出的《激光熔覆镍基纳米WC/Co预涂层的制备方法》，该制备方法包括下列步骤：①按每克重的虫胶与10～20克重的无水乙醇称量虫胶和无水乙醇，然后将所述的虫胶加入无水乙醇中制成粘结剂；②根据需要按每克镍基纳米WC/Co粉末与0.1毫升～0.25毫升的粘结剂的比例，称量镍基纳米WC/Co粉末和所述的粘结剂并混合，充分搅拌均匀制成预涂胶；③将上述预涂胶均匀地涂在待激光熔覆处理的工件表面，制成预涂层；④烘干。采用自制的粘结剂制备镍基纳米WC/Co预涂层，然后再采用激光熔覆工艺，制备出了表面较平整，较细密、基本消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的镍基纳米WC/Co复合涂层。

公开号为  CN101338425的中国发明专利申请给出的《铁路道岔滑床板表面耐磨抗蚀合金涂层激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先滑床板表面预处理，即在室温下对滑床板表面进行除油除锈，并用酒精清洗干净；然后是合金粉末的预置，即把待熔覆的铁基、镍基或钴基合金粉末预置于上述处理后的滑床板表面，并用带有导轨的刮尺来调整预制合金粉末，使之均匀分布在滑床板表面并具有适当的厚度，以满足熔覆后涂层厚度的要求；最后是光熔覆强化滑床板，选用气体CO₂激光器，工作台为数控机床，在滑床板表面进行激光熔覆强化。

现有技术给出的上述技术方案虽能利用激光熔覆工艺对部分设备部件进行耐磨涂层处理，并通过配制适当的熔覆材料克服了激光熔层存在的裂纹、气孔和微观结构不均匀性的问题，取得一定的技术效果。但对其他特定的设备部件，例如像石油钻具稳定器这样的特殊结构，现有的激光熔覆工艺已明显不能适应。

经本申请人检索查证：采用激光熔覆工艺完成石油钻具稳定器表面耐磨合金涂层，国内尚无先例，国外也没有见到相关报道。因此，寻找出适当的采用激光熔覆完成石油钻具稳定器表面耐磨合金涂层的工艺方法，仍需所属领域的技术人员利用公知的激光熔覆技术，针对特定的石油钻具稳定器表面耐磨合金涂层制备这一课题进一步作出创造性的研究工作，以便能给出令人满意的激光熔覆制备石油钻具稳定器表面耐磨合金涂层的方法。

发明内容