[发明专利]一种钛合金钻井工件高耐磨性微弧氧化层的制备方法

说明书

本发明提供一种钛合金钻井工件高耐磨性微弧氧化层的制备方法，包括以下步骤：步骤一、对工件表面进行出油处理；步骤二、按照以下浓度的各组分：16~26g/L的NaH₂PO₂、16~28g/L的Na₂SiO₃、15~25g/L的NaAlO₂，配制成电解液：步骤三、在电解液中加入CE64和PEG；步骤四、在步骤三中的电解液中加入纳米级的SiC粉、Al₂O₃粉、石墨粉体，进行超声辅助分散；步骤五、工件放入电解液中，在超声条件下，选用直流脉冲微弧氧化法在工件表面制备复合膜层，本发明所制备的钛合金钻井工件高耐磨性微弧氧化层的膜层均匀性好，表面粗糙度小，且载有自润滑颗粒修饰表面层，具有更好的抗蚀耐磨性能。

技术领域

本发明属于金属表面改性技术领域，特别涉及一种钛合金钻井工件高耐磨性微弧氧化层的制备方法。

背景技术

随着石油钻井技术的进步，钛合金材料由于比强度高、重量轻、韧性好、耐腐蚀等优势逐渐取代其他金属材料，成为钻井工件的主材原料，在使用时一般是将工件表面电镀金属层，或是采用表面微弧氧化的方法，后者是一种在Al、Ti等金属及其合金表面原位生长氧化物陶瓷膜的新技术。

为进一步延长钛合金钻井工件的使用寿命，以满足更深水域和油井的钻探需求，钛合金微弧氧化技术和工艺处于持续改进中，且国内外研究更偏重于提高其抗腐蚀和耐磨性方面。如《材料保护》期刊2016年第6期《ZrO₂含量TC4钛合金微弧氧化复合膜摩擦磨损性能的影响》报道了通过在电解液中加入ZrO₂微粒提高膜层与基底的结合力、降低磨损程度；《稀有金属材料与工程》期刊2013年第42期《TC4钛合金微弧氧化Cr₂O₃复合膜的结构及摩擦磨损性能》报道了向硅酸钠、六偏磷酸钠及铝酸钠组成的复合电解液中添加Cr₂O₃颗粒，在TC4表面制备微弧氧化陶瓷层。上述方法均是通过将颗粒均匀分布在膜层表面的微孔和裂缝中，或者以熔融物包裹的状态存在于膜层中，降低其粗糙度和孔隙率，起到提高耐磨蚀性的作用。但文章中均未提及加入电解液颗粒的尺寸，而粒径太大的颗粒很难进入陶瓷层表面的孔隙中，起不到改善膜层结构的作用；另外，电解液中的固体颗粒需要更均匀地分布并填充氧化后的陶瓷层，才能提高膜层整体的抗蚀耐磨性能，但上述实验中均未涉及电解液中颗粒的分散性、悬浮稳定性以及颗粒的团聚情况；同时，文中均仅通过添加高硬度且耐磨的氧化物固体颗粒，通过填充孔隙和弥散强化的作用机制降低摩擦系数，即改善表面物理结构而起到微润滑和微切削作用，但并未添加本身就具有良好润滑性的颗粒，故其微弧氧化颗粒增强复合膜层的耐磨性仍有进一步改善的可能。

发明内容

本发明的目的是上述钛合金微弧氧化颗粒增强陶瓷膜层方法的不足，提供一种钛合金钻井工件高耐磨性微弧氧化层的制备方法，本发明所制备的钛合金钻井工件高耐磨性微弧氧化层的膜层均匀性好，表面粗糙度小，且载有自润滑颗粒修饰表面层，具有更好的抗蚀耐磨性能。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种钛合金钻井工件高耐磨性微弧氧化层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、对钛合金钻井工件表面用丙酮进行除油处理，再于去离子水中用超声清洗去除丙酮；

步骤二、按照以下浓度的各组分：16~26g/L的NaH₂PO₂、16~28g/L的Na₂SiO₃、15~25g/L的NaAlO₂，配制成混合体积为1~1000L的电解液：

步骤三、在步骤二中的电解液中加入浓度为3~8g/L的CE64和0.5~2g/L的平均分子量为10000的PEG；