一种可溶镁合金表面高耐蚀耐磨涂层的制备方法技术

技术编号:21194264 阅读:36 留言:0更新日期:2019-05-24 23:46
一种可溶镁合金表面高耐蚀耐磨涂层及其制备方法,本发明专利技术以可溶镁合金为基体,在表面制备高耐蚀耐磨涂层,保证材料在服役期间具有良好的耐蚀耐磨性能,并且服役完成后能够实现快速降解。制备工艺包括如下步骤:(1)可溶镁合金基体预处理;(2)在镁合金表面进行超音速火焰喷涂。与现有技术相比,采用本发明专利技术制备的具有耐蚀耐磨涂层的可溶镁合金材料,具有较高的耐蚀耐磨性,完成服役要求后可以实现快速降解。本发明专利技术材料适用于加工制备油气田压裂过程中使用的封堵工具,采用该材料制备的井下工具可在服役期间具有良好的耐蚀耐磨性能,保证施工质量及安全,而在服役结束后快速降解,省去后续返排、钻铣等工序,极大的提高了施工效率,节约施工成本,降低能源消耗。

Preparation of a High Corrosion Resistance and Wear Resistance Coating on Soluble Magnesium Alloy Surface

A high corrosion-resistant and wear-resistant coating on the surface of soluble magnesium alloy and its preparation method are described. The high corrosion-resistant and wear-resistant coating is prepared on the surface of soluble magnesium alloy, which ensures that the material has good corrosion-resistant and wear-resistant performance during service and can achieve rapid degradation after service. The preparation process includes the following steps: (1) pretreatment of soluble magnesium alloy matrix; (2) supersonic flame spraying on magnesium alloy surface. Compared with the prior art, the soluble magnesium alloy material with corrosion-resistant and wear-resistant coating prepared by the invention has high corrosion-resistant and wear-resistant properties, and can be rapidly degraded after service requirements are fulfilled. The material of the invention is suitable for the sealing tool used in the process of processing and preparing oil and gas field fracturing. The downhole tool made of the material has good corrosion resistance and wear resistance during service, ensures construction quality and safety, and degrades rapidly after service, eliminates subsequent back-row, drilling and milling processes, greatly improves construction efficiency, saves construction cost, and reduces energy consumption. Consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种可溶镁合金表面高耐蚀耐磨涂层的制备方法
本专利技术涉及的是镁合金防腐蚀
,具体是可溶镁合金表面高耐蚀耐磨涂层及其制备方法。
技术介绍
中国低渗透油气资源丰富,具有很大的勘探开发潜力,但这些油气资源大多分布于不同深度的地层中,开发这些非常规油气资源必须依靠水力压裂等储层改造工艺技术。在水力压裂技术中,不同层段间需使用封隔工具(如压裂球座)分隔后逐层进行压裂改造,待所有层段施工完成后再将封隔工具返排出,以便打通井道实现油、气的开采。目前,常用封隔工具大多由钢材、铝合金、高分子材料等制备而成,这些工具使用中存在钻铣困难、耗时长、钻后粉末、碎块不易返排等缺点。因此国际上开发出了复合材料,尽管减少了施工中易产生的问题,但是因为不能完全溶解,仍存在易卡堵通道的问题,而且原材料生产与加工需依赖进口,费用昂贵。镁合金具有较低的电极电位,化学性质较为活泼,在大部分溶液中容易发生腐蚀,根据这一特点,镁合金材料可用来制备应用于油气开采领域的压裂封隔工具。采用镁合金制备的井下工具,具有较高的强度,且能够实现快速降解,但仍存在一些问题,由于可溶合金硬度较低、腐蚀速率较快,在实际井下服役过程中极易发生冲蚀磨损,导致工具在未完成使用要求前就会失效,影响开采生产。因此,为保证采用可溶镁合金制备的压裂工具能够保证有足够的服役时间,需要对所用镁合金材料进行表面耐蚀耐磨处理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:提供可溶镁合金表面高耐蚀耐磨涂层及其制备方法,保证其具有优良耐磨耐蚀性能,且服役结束后能够在电解质溶液中实现快速溶解。一种可溶镁合金表面高耐蚀耐磨涂层的制备方法,其特征在于以可溶镁合金为基体,在其表面制备高耐蚀耐磨涂层;制备工艺包括如下步骤:(1)可溶镁合金基体预处理;(2)在镁合金表面进行超音速火焰喷涂。进一步地,所述耐蚀耐磨涂层为铁基非晶涂层、纯WC涂层、WC颗粒增强的铁基非晶复合涂层中的一种。进一步地,所述可溶镁合金组成为MgaMbNc,M为合金强化元素,包括Gd,Y,Nd,Zr,Al,Mn,Zn,Ca,Sn,Li,La,Ce,Pr,Ge,Ag等元素,N为加速腐蚀元素,包括Ni,Fe,Cu,Si,Co,In,Ga等元素,a+b+c=100。进一步地,所述预处理包括依次进行的清洗、喷砂处理、打磨及过渡层热喷涂。进一步地,所述喷砂处理为干喷砂处理,所述喷砂处理所用磨料为20#的白刚玉砂,所述喷砂处理的压力为0.4-0.8MPa,所述喷砂处理的速度为0.2-0.8cm/s,所述喷砂处理的时间为3-7min。进一步地,所述过渡层热喷涂是要根据材料服役性能需求,确定是否采用中间过渡层,过渡层包括Ni60、NiCrAl,喷涂粒子的粒径为200-400目;过渡层喷涂工艺如下:喷涂速度为10-40m/min,氧气的流量为30-70m3/h,燃油的流量为10-30L/h,喷距为280-400mm,送粉量为40-80g/min,过渡层厚度为10-50μm。进一步地,步骤(2)所述超音速火焰喷涂是将所述步骤(1)预处理后的镁合金基体升温至60-100℃,然后维持镁合金基体的温度为60-100℃,以铁基非晶合金、WC颗粒或WC颗粒增强的铁基非晶合金为待喷材料,在镁合金基体表面进行超音速火焰喷涂,在镁合金基体表面得到耐蚀耐磨涂层。进一步地,所述铁基非晶、纯WC或WC颗粒增强的铁基非晶复合涂层,喷涂粒子的粒径为250-300目,所述超音速火焰喷涂工艺如下:喷涂速度为10-50m/min,氧气的流量为20-70m3/h,燃油的流量为10-30L/h,喷距为250-400mm,送粉量为20-80g/min,涂层的厚度为50-800μm。所述燃油为煤油。进一步地,所述超音速火焰喷涂过程中,采用基板背面液氮冷却的方式降低镁合金基体的温度。本申请旨在提供可溶镁合金表面高耐蚀耐磨涂层及其制备方法,在现有的可溶镁合金材料上,制备高耐蚀耐磨涂层,从而保证材料在足够的时间内保持完整功能,且在服役到期之后能实现快速降解,本专利技术主要用在压裂井下工具构件,如压裂球、球座、封隔器、桥塞等制造上。与现有技术相比,采用本专利技术制得的具有耐磨耐蚀涂层的可溶镁合金材料,在具有较高的性能的条件下,能够保证服役期间耐蚀耐磨,在服役结束后能够实现快速溶解,适用于加工油气田压裂过程中使用的封堵工具,工具可在服役完成后自行溶解,省去后续返排、磨铣工序,提高施工效率。附图说明图1是实施例1中涂层与基体界面形貌;图2是实施例2中涂层与基体界面形貌;图3是实施例1-2中合金的极化曲线对比图。具体实施方式以下实施例将对本专利技术进行进一步说明。实施例1可溶镁合金表面喷涂铁基非晶涂层(1)将可溶镁合金基板置于乙醇中进行超声清洗;(2)在喷涂前1h,将超声清洗后的可溶镁合金基板进行干喷砂处理,所述喷砂处理所用磨料为20#白刚玉砂,所述喷砂处理的压力为0.65MPa,所述喷砂处理的速度为0.5cm/s,所述喷砂处理的时间为5min;(3)使用钢刷将干喷砂处理后的可溶镁合金基板表面打磨干净,去除颗粒物,得到洁净的可溶镁合金基板;(4)将250-300目的铁基非晶合金颗粒在100℃的真空条件,干燥1h,得到干燥的铁基非晶合金颗粒;(5)将步骤(3)得到的可溶镁合金基板固定;以所述步骤(4)所得干燥的铁基非晶合金颗粒为待喷涂料,将待喷涂料装入超音速火焰喷涂设备;(6)将可溶镁合金基板升温至60℃,在所述可溶镁合金基板表面进行超音速火焰喷涂,同时对可溶镁合金基板背面进行液氮冷却,当可溶镁合金基板的温度达到100℃时,停止超音速火焰喷涂,待可溶镁合金基板的温度降至60℃时,继续超音速火焰喷涂,如此重复,直至在可溶镁合金基板表面得到厚度为500μm的铁基非晶涂层;所述超音速火焰喷涂的喷距为320mm,所用氧气的流量为46m3/h,所用煤油的流量为14L/h,所用喷枪尺寸5英寸,超音速火焰喷涂的速度为20m/min,送粉量35g/min。采用以上工艺在可溶镁合金表面制备了铁基非晶涂层,其微观形貌如图1所示,涂层在3%KCl溶液中的极化曲线如图3所示,说明与基体相比涂层具有较高的耐蚀性。实施例2可溶镁合金表面喷涂WC涂层(1)将可溶镁合金基板置于乙醇中进行超声清洗;(2)在喷涂前1h,将超声清洗后的可溶镁合金基板进行干喷砂处理,所述喷砂处理所用磨料为20#白刚玉砂,所述喷砂处理的压力为0.6MPa,所述喷砂处理的速度为0.5cm/s,所述喷砂处理的时间为5min;(3)使用钢刷将干喷砂处理后的可溶镁合金基板表面打磨干净,去除颗粒物,得到洁净的可溶镁合金基板;(4)将250-300目的WC颗粒在100℃的真空条件,干燥1h,得到干燥的WC颗粒;(5)将步骤(3)得到的可溶镁合金基板固定;以所述步骤(4)所得干燥的WC颗粒为待喷涂料,将待喷涂料装入超音速火焰喷涂设备;(6)将可溶镁合金基板升温至60℃,在所述可溶镁合金基板表面进行超音速火焰喷涂,同时对可溶镁合金基板背面进行液氮冷却,当可溶镁合金基板的温度达到100℃时,停止超音速火焰喷涂,待可溶镁合金基板的温度降至60℃时,继续超音速火焰喷涂,如此重复,直至在可溶镁合金基板表面得到厚度为250μm的WC涂层;所述超音速火焰喷涂的喷距为360mm,所用氧气的流量为53m3/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可溶镁合金表面高耐蚀耐磨涂层的制备方法,其特征在于以可溶镁合金为基体,在其表面制备高耐蚀耐磨涂层;制备工艺包括如下步骤:(1)可溶镁合金基体预处理;(2)在镁合金表面进行超音速火焰喷涂。

【技术特征摘要】
1.一种可溶镁合金表面高耐蚀耐磨涂层的制备方法,其特征在于以可溶镁合金为基体,在其表面制备高耐蚀耐磨涂层;制备工艺包括如下步骤:(1)可溶镁合金基体预处理;(2)在镁合金表面进行超音速火焰喷涂。2.如权利要求1所述的可溶镁合金表面高耐蚀耐磨涂层的制备方法,其特征在于所述耐蚀耐磨涂层为铁基非晶涂层、纯WC涂层、WC颗粒增强的铁基非晶复合涂层中的一种。3.如权利要求1所述的可溶镁合金表面高耐蚀耐磨涂层的制备方法,其特征在于,所述可溶镁合金组成为MgaMbNc,M为合金强化元素,包括Gd,Y,Nd,Zr,Al,Mn,Zn,Ca,Sn,Li,La,Ce,Pr,Ge,Ag元素,N为加速腐蚀元素,包括Ni,Fe,Cu,Si,Co,In,Ga元素,a+b+c=100。4.如权利要求1所述的可溶镁合金表面高耐蚀耐磨涂层的制备方法,其特征在于所述预处理包括依次进行的清洗、喷砂处理、打磨及过渡层热喷涂。5.如权利要求4所述的可溶镁合金表面高耐蚀耐磨涂层的制备方法,其特征在于所述喷砂处理为干喷砂处理,所述喷砂处理所用磨料为20#的白刚玉砂,所述喷砂处理的压力为0.4-0.8MPa,所述喷砂处理的速度为0.2-0.8cm/s,所述喷砂处理的时间为3-7min。6.如权利要求4所述的可溶镁合金表面高耐蚀耐磨涂层的制备方法,其特征在于所述过渡层热喷涂是要根据材料服役性...

【专利技术属性】
技术研发人员:李宏祥张济山王健王善林
申请(专利权)人:北京科技大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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