[发明专利]具有仿生表面的铝合金、铝合金钻杆

说明书

本发明涉及一种具有仿生耦合表面的铝合金及铝合金钻杆，所述铝合金母体表面加工有仿生单元体，仿生单元体的维氏硬度为140HV25/10‑190HV25/10，晶粒为胞状晶和柱状晶，晶粒尺寸平均值为5‑30微米。所述铝合金钻杆制备有不同间距和倾斜角度的螺线仿生单元体或网格状仿生单元体，可以分别适用于不同地层的钻探，实际应用时可根据不同地域地层特点进行组合，通用性好。本发明采用激光表面处理方法在铝合金钻杆表面制备晶粒组织细化、硬度高于母体的仿生单元体，使得铝合金钻杆表面的硬度、耐磨损性能及强韧性均得到显著提升，与传统的强化方法相比操作简单，生产效率高，易于实现自动化，易于推广应用。

技术领域

本发明属于金属材料表面强化技术领域，涉及一种具有仿生表面的铝合金、具有高强韧性仿生耐磨表层的铝合金钻杆。

背景技术

在石油钻井过程中，钻杆的主要用途是将钻探泥浆运送到钻头，并与钻头提起提高、降低或旋转底孔装置。钻杆必须能够承受巨大的内外压、扭曲、弯曲和振动。与普通钢制钻杆比，铝合金钻杆的密度低、比强度高、耐蚀性能好等优势从而使其应用越来越广泛。但是铝合金钻杆硬度低，在钻进的过程中，井壁、套管、及钻井液中的重晶石、铁矿粉等均会导致铝合金钻杆的磨损减薄。其中钻杆与套管和井壁的磨损占主要方面，这大大限制了其应用推广。目前常用的铝合金表面强化方法主要有阳极氧化法、微弧氧化、CVD、PVD等，可获得较高的强化层。这种整体强化的方法不仅容易对套管产生减薄，而且基体的强度低，在受到稍大载荷时，强化层与基体之间应变不协调易产生开裂、脱落等。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种表面硬度高、耐磨性好的具有仿生耦合表面的铝合金。

为了解决上述技术问题，本发明的具有仿生耦合表面的铝合金，其特征在于所述铝合金为7000系列铝合金，其母体表面加工有仿生单元体，仿生单元体的维氏硬度为140HV25/10-190HV25/10，晶粒为胞状晶和柱状晶，晶粒尺寸平均值为5-30微米。

上述具有仿生耦合表面的铝合金的制备方法如下：

采用激光熔凝的方法，将激光光束在铝合金表面进行扫描，使得其表面熔化并快速凝固，在其表面形成仿生单元体；所述激光熔凝方法采用激光器功率为300W，离焦量11mm，激光频率为5HZ，激光电流120-175mA，激光脉宽为3-8ms，激光扫描速度为0.5-1mm/s的激光光束。

所述激光电流优选为175mA，激光脉宽为3ms，激光扫描速度优选为0.8mm/s的激光光束。

为了解决上述技术问题，本发明的具有仿生耦合表面的铝合金，其特征在于所述铝合金为6000系列铝合金，其母体表面加工有仿生单元体，仿生单元体的维氏硬度为130HV25/10-175HV25/10晶粒为胞状晶和柱状晶，晶粒尺寸平均值为5～30微米形式。

上述具有仿生耦合表面的铝合金的制备方法如下：

采用激光熔凝的方法，将激光光束在铝合金表面进行扫描，使得其表面熔化并快速凝固，在其表面形成仿生单元体；所述激光熔凝方法采用激光器功率为300W，离焦量11mm，激光频率为5HZ，激光电流120-170mA，激光脉宽为3-7ms，激光扫描速度为0.5-1mm/s的激光光束。

所述激光电流优选为170mA，激光脉宽为7ms，激光扫描速度优选为0.6mm/s的激光光束。