一种具有绝缘和耐磨耐蚀性能的铝合金石油钻探管螺纹接头的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有绝缘和耐磨耐蚀性能的铝合金石油钻探管螺纹接头的制备方法。该方法是对铝合金石油钻探管螺纹接头进行微弧氧化处理，在接头表面原位生成具有优良耐磨性能的陶瓷涂层，再采用含硅烷类化合物和硅烷偶联剂及8‑羟基喹啉等通过水解‑缩合反应获得聚硅烷溶液，通过浸渍‑固化的方法在陶瓷涂层表面涂覆一层具有腐蚀自愈作用的有机聚硅烷涂层。该方法通过在螺纹接头表面制备陶瓷/有机复合涂层，大大提高了铝合金接头的绝缘、耐磨及耐蚀性能，能满足铝合金钻探管螺纹接头多次拆装后在腐蚀环境下的耐蚀性要求，且该方法工艺简单，成本低廉，生产效率高，生产过程环保无污染，有利于推广使用。

Preparation method of threaded joint for aluminum alloy drilling pipe with insulation and wear resistance and corrosion resistance

The invention discloses a method for preparing an aluminum alloy drilling pipe thread joint with insulation and wear resistance and corrosion resistance. The method is to oxidize the thread joint of the oil drilling pipe of the aluminum alloy. The ceramic coating with excellent wear resistance is in situ formed on the surface of the joint. Then the polysilane solution is obtained by the hydrolysis of silane, silane coupling agent and 8 hydroxyl quinoline. An organic polysilane coating with corrosion and self healing effect is coated on the ceramic coating surface. This method can greatly improve the insulation, wear resistance and corrosion resistance of the aluminum alloy joint by making the ceramic / organic composite coating on the surface of the threaded joint. It can meet the corrosion resistance requirements of the aluminum alloy drill pipe thread joint after multiple disassembly and assembly in the corrosive environment. The method is simple, low cost, high production efficiency, and high production efficiency. The environmental protection has no pollution, which is beneficial to the popularization and use of the environment.

【技术实现步骤摘要】
一种具有绝缘和耐磨耐蚀性能的铝合金石油钻探管螺纹接头的制备方法
本专利技术涉及一种铝合金石油钻探管螺纹接头表面处理技术，特别涉及一种在铝合金石油钻探管螺纹接头表面制备具有高绝缘性能、耐磨耐蚀性能复合涂层的方法，具体涉及通过微弧氧化技术在铝合金表面原位生成耐磨陶瓷涂层，再在生成的陶瓷涂层上制备具有腐蚀自愈作用的有机涂层，属于金属表面处理

技术介绍
钢制石油钻探管在H2S/CO2等腐蚀介质中极易发生腐蚀，无法满足正常的钻探要求。而铝合金在这种腐蚀介质中能自发的形成一层氧化铝的钝化膜，具有天然的耐腐蚀性能。但是这种自发形成的钝化膜很薄，厚度在纳米级别，长时间在腐蚀介质中浸泡后，仍然会对基底造成腐蚀性破坏。另外，铝合金石油钻探管上的螺纹连接处，采用铝—钢两种不同的材料进行连接，容易发生电偶腐蚀，同时，螺纹连接在使用过程中的拆卸，会加剧铝基底螺纹的磨损，降低铝接头的使用寿命。因此，需要对铝合金钻探管螺纹接头进行表面处理，增加铝合金螺纹接头的耐磨损性能，绝缘性能，以及提高螺纹接头表面的腐蚀防护性能，而目前并未有针对石油钻探管螺纹接头表面腐蚀防护处理的相关报道。通过微弧氧化处理可以在铝合金表面形成具有高硬度的Al2O3陶瓷涂层，通过控制微弧氧化处理的工艺参数可以获得不同厚度的陶瓷涂层，克服了自然形成的钝化膜由于厚度薄而容易被腐蚀的缺点。但是，涂层表面存在大量微米尺度的放电残留微孔和裂纹。这些表面缺陷，成为了腐蚀介质进入基底的通道，从而快速的诱发基底材料的腐蚀，极大的降低涂层对金属的腐蚀防护性能和绝缘性。通过提高微弧氧化涂层的厚度可以提高其耐腐蚀以及绝缘性能。然而，铝合金钻探管螺纹的公差要求限制了表面涂层的厚度，从而不能通过增加厚度来进一步提升其耐蚀性及绝缘性能。为了降低微孔和裂纹的不良影响，提高微弧氧化陶瓷涂层的绝缘及耐腐蚀性能，可以采用封孔技术对微弧氧化处理构件进行处理。常用的封孔剂有沸水、铬酸盐、硅酸盐、磷酸盐、稀土盐等，而这几种常用封孔工艺的弊端是微弧氧化陶瓷涂层经上述封闭处理后,无法同时满足耐蚀、耐磨以及绝缘性能高等多方面的性能要求。中国专利(公开号为CN106757261A)公开了采用水合封孔技术进行封孔，虽简单有效，但是封孔温度高，能耗大且不能完全绝缘。中国专利(公开号为CN101709497A)公开了一种植酸封孔工艺，工艺过程要求较高，且形成的植酸膜层会出现裂纹，经过一段时间的腐蚀后，涂层出现裂纹，绝缘性能降低，不能满足铝合金石油钻探管螺纹连接接头多次拆装后的防护性要求。
技术实现思路
针对现有的铝合金石油钻探管螺纹接头表面处理方法存在的缺陷，本专利技术的目的是在于提供一种在铝合金石油钻探管螺纹接头表面形成一层具有腐蚀自愈作用以及绝缘性能好、稳定时间长的耐蚀、耐磨的陶瓷/有机复合涂层的方法，该方法不但使铝合金石油钻探管螺纹接头满足铝合金石油钻探管上螺纹连接在H2S/CO2等腐蚀介质中的防护性要求；而且该处理方法成本低廉、工艺简单，有利于大规模生产。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种在铝合金石油钻探管螺纹接头表面制备具有绝缘、耐磨耐蚀陶瓷/有机复合涂层的方法，其包括以下步骤：1)对铝合金石油钻探管螺纹接头表面进行微弧氧化处理，得到表面含陶瓷涂层的铝合金石油钻探管螺纹接头；2)在含硅烷类化合物和硅烷偶联剂的醇水混合溶液中，先加入水解促进剂进行水解反应，再加入8-羟基喹啉，搅拌反应，陈化，得到接枝喹啉的聚硅烷溶液；3)将表面含陶瓷涂层的铝合金石油钻探管螺纹接头置于接枝喹啉的聚硅烷溶液中浸泡，烘干，并重复浸泡和烘干数次后，进行热固化处理，即得到表面含陶瓷/有机复合涂层的，绝缘、耐磨耐蚀的铝合金石油钻探管螺纹接头。本专利技术的铝合金石油钻探管螺纹接头可以为按照GB/T206659-2006加工的铝合金石油钻探管接头螺纹。优选的方案，所述微弧氧化处理采用的电解液包含的主要组分及各主要组分含量：成膜剂10～35g/L、导电物质3～8g/L和稳弧剂3～6mL/L。较优选的方案，所述成膜剂包括硅酸盐、钨酸盐、钼酸盐、钒酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐中至少一种。较优选的方案，所述导电物质包括氢氧化钠和/或氢氧化钾。较优选的方案，所述稳弧剂包括三乙醇胺。优选的方案，所述微弧氧化处理采用的微弧氧化电源为直流或者交流电源。直流电源采用恒定电流密度为2～10A/dm2。交流电源参数为：电压430～650V，电源频率为600～750Hz，脉冲宽度280～307μs，占空比15～20％。微弧氧化处理过程是利用弧光放电，使金属在局部高温下融化，在电解液的参与下产生复杂的物理化学反应，然后冷却凝固，在铝合金表面原位生成陶瓷涂层。形成的陶瓷涂层具有硬度高，耐磨损，增强基底耐腐蚀性的特点。较优选的方案，所述微弧氧化处理的时间为5～30min，生成的陶瓷涂层厚度为5～15μm。优选的方案，所述含硅烷类化合物和硅烷偶联剂的醇水混合溶液中醇、硅酸酯类化合物、硅烷偶联剂和水的体积比为8:(2～6):(1～4):(2～6)。较优选的方案，所述硅烷类化合物包括四乙氧基硅烷、硅酸乙酯、硅酸甲脂中至少一种。较优选的方案，所述硅烷偶联剂包括氨基硅烷偶联剂、丙基三甲氧基硅烷偶联剂、甲基丙烯含氧基硅烷偶联剂、乙烯基硅烷偶联剂中至少一种。较优选的方案，8-羟基喹啉在含硅烷类化合物和硅烷偶联剂的醇水混合溶液中的浓度为0.5～6g/L。较优选的方案，所述水解促进剂为无机酸。无机酸如硝酸等。较优选的方案，所述水解促进剂在含硅烷类化合物和硅烷偶联剂的醇水混合溶液中的加入量为调节溶液体系的pH至1～4。较优选的方案，所述搅拌反应的时间为5～48h，陈化的时间为20～288h。较优选的方案，表面含陶瓷涂层的铝合金石油钻探管螺纹接头置于接枝喹啉的聚硅烷溶液中浸泡10～120s，自然晾干后，再置于40～80℃温度下烘干5～15min，并重复浸泡和烘干0～5次后，置于80～150℃温度下固化20～80min，即得到表面含陶瓷/有机复合涂层的，且绝缘、耐磨耐蚀的铝合金石油钻探管螺纹接头。本专利技术的技术方案中铝合金石油钻探管螺纹接头最好是先经过酸洗、碱洗、超声清洗等表面预处理除去表面氧化层及杂质后，再进行微弧氧化处理。本专利技术的技术方案对铝合金石油钻探管螺纹接头的表面处理，首先对铝合金石油钻探管螺纹接头表面进行微弧氧化处理，在其表面形成耐磨性能优良的陶瓷涂层；然后通过水解-缩聚反应在硅烷偶联剂上接枝有机缓蚀剂，并反应形成具有稳定交联网络的接枝聚硅烷处理液，最后采用溶胶-凝胶技术，使有机聚合物在铝合金陶瓷薄涂层的表面形成连续致密的具有自愈作用及绝缘性能好的有机涂层，从而在铝合金螺纹接头表面生成具有耐磨、耐蚀及绝缘性能好的陶瓷/有机复合涂层。本专利技术的研究发现，在涂层处理过程中创造性地引入8-羟基喹啉(8-HQ)作为缓蚀剂，具有以下两个方面的优势：一方面，8-羟基喹啉为杂环化合物，具有极性，能很好地溶于醇类，其极性基团与金属基底具有良好的结合能力，形成的聚硅烷溶液，对金属基底是完全润湿的，基于液体的毛细管现象，聚硅烷溶液能进入微弧氧化涂层的孔隙中，对孔隙进行有效的封闭和填充。另一方面，在水解-缩聚反应过程中8-羟基喹啉通过化学反应接枝在聚硅烷上，能保证在涂层上形成的溶胶-凝胶网络的稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有绝缘和耐磨耐蚀性能的铝合金石油钻探管螺纹接头的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)对铝合金石油钻探管螺纹接头表面进行微弧氧化处理，得到表面含陶瓷涂层的铝合金石油钻探管螺纹接头；2)在含硅烷类化合物和硅烷偶联剂的醇水混合溶液中，先加入水解促进剂进行水解反应，再加入8‑羟基喹啉，搅拌反应，陈化，得到接枝喹啉的聚硅烷溶液；3)将表面含陶瓷涂层的铝合金石油钻探管螺纹接头置于接枝喹啉的聚硅烷溶液中浸泡，烘干，并重复浸泡和烘干数次后，进行热固化处理，即得到表面含陶瓷/有机复合涂层的铝合金石油钻探管螺纹接头。

【技术特征摘要】
1.一种具有绝缘和耐磨耐蚀性能的铝合金石油钻探管螺纹接头的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)对铝合金石油钻探管螺纹接头表面进行微弧氧化处理，得到表面含陶瓷涂层的铝合金石油钻探管螺纹接头；2)在含硅烷类化合物和硅烷偶联剂的醇水混合溶液中，先加入水解促进剂进行水解反应，再加入8-羟基喹啉，搅拌反应，陈化，得到接枝喹啉的聚硅烷溶液；3)将表面含陶瓷涂层的铝合金石油钻探管螺纹接头置于接枝喹啉的聚硅烷溶液中浸泡，烘干，并重复浸泡和烘干数次后，进行热固化处理，即得到表面含陶瓷/有机复合涂层的铝合金石油钻探管螺纹接头。2.根据权利要求1所述的一种具有绝缘和耐磨耐蚀性能的铝合金石油钻探管螺纹接头的制备方法，其特征在于：所述微弧氧化处理采用的电解液包含的主要组分及各主要组分含量：成膜剂10～35g/L、导电物质3～8g/L和稳弧剂3～6mL/L；所述成膜剂包括硅酸盐、钨酸盐、钼酸盐、钒酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐中至少一种；所述导电物质包括氢氧化钠和/或氢氧化钾；所述稳弧剂包括三乙醇胺。3.根据权利要求1或2所述的一种具有绝缘和耐磨耐蚀性能的铝合金石油钻探管螺纹接头的制备方法，其特征在于：所述微弧氧化处理采用的微弧氧化电源为直流或者交流电源；所述直流电源采用恒定电流密度为2～10A/dm2；所述交流电源参数为：电压430～650V，电源频率为600～750Hz，脉冲宽度280～307μs，占空比15～20％。4.根据权利要求3所述的一种具有绝缘和耐磨耐蚀性能的铝合金石油钻探管螺纹接头的制备方法，其特征在于：所述微弧氧化处理的时间为5～30min，生成的陶瓷涂层的厚度为5～15μm。5.根据权利要求1所述的一种具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志义，曾娣平，柏松，赵娟刚，刘冠华，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43