[发明专利]一种钛合金油管螺纹表面处理方法

说明书

技术领域：

本发明涉及金属材料表面改性技术领域，具体涉及一种钛合金油管螺纹表面处理方法。

背景技术：

在油气田勘探开发过程中，尤其是对于深-超深井，对油井用管材力学性能和耐腐蚀性能均提出了更高要求。钛合金因具备强度高、耐腐蚀性能优异，以及质量轻等优点，成为首选管材。钛合金具有低密度、比强度高的特点，可显著降低管柱自重，增大应用井深；优异的耐腐蚀性能也使钛合金油管能够满足含有H₂S、CO₂和Cl^-等苛刻腐蚀环境的使用要求。钛合金的摩擦系数比较高，使用过程中不耐磨，尤其是在螺纹接头部位，容易发生粘着磨损。这种不利因素限制了钛合金油管的应用。因此，对钛合金螺纹表面进行改性，提高螺纹接头表面的耐磨性，是实现钛合金管材在石油工业中得以广泛应用的关键技术。

已有的油管螺纹接头表面处理方法主要是采用镀铜或预镀镍-镀铜的方式，尚未见有直接通过镍磷镀来解决钛合金油管螺纹接头粘扣问题的专利。在活化处理转向镍磷镀的过程中，大部分专利主要是通过预镀镍的方式来防止已活化表面的二次氧化，本专利将提供一种全新的解决钛合金活化表面二次氧化的方法。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种钛合金油管螺纹表面处理方法，本发明可以防止钛合金活化表面二次氧化，提高钛合金油管接头螺纹的耐磨性和抗粘扣性能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为一种钛合金油管接头螺纹表面处理方法，包括以下步骤：

(1)预处理：对钛合金螺纹表面依次进行喷砂、脱脂、酸洗的工序，去除螺纹表面的附着物、油污、锈蚀产物和加工琐屑等杂质，每个工序完成后对钛合金螺纹表面进行清洗；

(2)酸浸活化处理：将钛合金螺纹表面浸入含有HF的酸浸活化液中，对钛合金螺纹表面进行酸浸活化处理；

(3)化学镍磷镀：钛合金螺纹表面从酸浸活化液转入镍磷镀液的过程中完全处于酸性溶液当中；钛合金螺纹表面转入镍磷镀液后，加热进行化学镍磷镀，加热温度为80～98℃；所述镍磷镀液采用镍盐-次亚磷酸钠-醋酸钠-络合剂-稳定剂系混合溶液，所述镍磷镀液的PH值为4.0～6.0，镍磷镀液中含磷量按质量百分数控制在0.5～9％。

上述含有HF的酸浸活化液为单纯的HF溶液、HF-HNO₃系溶液、HF-ZnF₂-乙二醇系溶液或HF-HNO₃-H₂O₂系溶液。

上述镍盐采用硫酸镍、氯化镍、醋酸镍或次磷酸镍；上述络合剂采用柠檬酸、丁二酸、乳酸、苹果酸、甘氨酸、琥珀酸、天冬酸、丙二酸、或亚氨基二乙酸。

镀层厚度若比较薄，硬度和耐磨性达不到要求，过厚则会影响螺纹精度，上述进行化学镍磷镀后钛合金螺纹表面的镀层厚度根据实际生产需要控制在10-30μm范围。

本发明的有益效果：

(1)由于钛合金表面极易形成稳定的氧化膜，这层氧化膜的存在对镀层与钛合金基体的结合是不利的，因此在化学镍磷镀之前对钛合金螺纹表面进行酸浸活化处理，使表面处于活化状态，由于钛合金的表面氧化膜比较稳定，本发明在酸浸活化液中加入氢氟酸，使表面氧化膜才有可能被彻底清洗掉。

(2)本发明在由酸浸活化液转入镍磷镀液的过程中使螺纹表面一直处于酸性溶液当中，即活化与镍磷镀过程是连续的，避免已活化的螺纹表面与空气接触，使钛合金螺纹表面保持活化状态而不被重新氧化生成氧化膜。

(3)本发明采用酸性高温镀液，PH值为4.0-6.0，温度为80-98℃，镀液含磷量(wt.％)控制在0.5-9％范围，所获得的镍磷镀镀层均匀致密，与基体之间有良好的结合力，经镍磷镀之后的钛合金螺纹接头表面摩擦系数降低，提高钛合金螺纹接头的耐磨性能和抗粘扣性能。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1对外径为88.9mm的钛合金油管端部螺纹表面进行处理，方法如下：

(1)预处理：采用刚玉砂对油管端部螺纹表面进行喷砂处理，除去表面附着物和加工琐屑等，喷砂结束后用清水清洗并吹干；将油管吊挂起来,使端部螺纹浸入丙酮溶液中进行超声波清洗，除去表面油污；将脱脂处理后的端部螺纹置于HF-HCL混合液中进行酸洗，除去表面锈蚀产物后用流动清水清洗。