一种钻杆接头耐磨带及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种钻杆接头耐磨带，包括：钻杆接头基体；设置在所述钻杆接头基体表面的多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层；所述六方氮化硼质量含量不同的涂层的成分为Fe基非晶合金和六方氮化硼；所述多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层中六方氮化硼质量含量从内部到表面逐渐增加。与现有技术相比，本发明专利技术采用冷喷涂可避免钻杆接头产生高温相变及热应力；FeCrMoBYC非晶合金具有很高的硬度，具有耐磨效果；HBN的层状结构，具有减摩效果，将二者结合制备成梯度涂层，可以极大地增强耐磨带的综合耐磨性能。本发明专利技术还提供了一种钻杆接头耐磨带的制备方法。

A wear-resistant belt for drill pipe joint and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种钻杆接头耐磨带及其制备方法
本专利技术涉及钻杆
，尤其涉及一种钻杆接头耐磨带及其制备
技术介绍
随着深海钻探对海底能源的不断发掘，钻具中钻杆接头的需求量逐加。然而由于接头的质量不高，导致每年因接头磨损失效造成的经济损大。在实际工作中，通过受力分析可得知接头受到来自钻头对井底冲击的轴向运动，长时间作业会导致接头外表面受到磨损而失效报废。根据的服役要求，需要接头具有较高的耐摩擦性能以及强度。为了杆降接低头钻和套管的磨损，采用在钻杆接头外表面敷焊一层硬度较高的耐磨带材料的方法。钻杆接头耐磨带是沿接头圆周方向，具有一定宽度和厚度的隔离带。在深井钻井、大位移井钻井和大斜度井钻井中，利用耐磨带材料自身的耐磨性和减摩性，将钻杆外壁和套管内壁相隔离，使钻杆接头不与套管壁或者井壁直接接触，从而避免钻杆接头外表面的磨损。因此对接头表面涂覆耐磨且强度高的耐磨带材料对提高其钻杆接头的使用寿命尤为重要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种钻杆接头耐磨带及其制备方法，通过提高钻杆接头表面耐磨性的冷喷涂FeCrMoBYC-HBN梯度复合涂层耐磨带的喷涂工艺以解决目前钻井工程中常用接头表面耐磨性差、服役寿命短的问题。本专利技术提供了一种钻杆接头耐磨带，包括：钻杆接头基体；设置在所述钻杆接头基体表面的多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层。在本专利技术中，所述钻杆接头基体的材质优选为Cr-Mo系合金，更优选为35CrMo。在本专利技术中，所述多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层中六方氮化硼质量含量从内部到表面逐渐增加，即越接近钻杆接头基体表面的涂层中六方氮化硼质量含量越少，越远离钻杆接头基体表面的涂层中六方氮化硼质量含量越多；所述六方氮化硼质量含量不同的涂层的成分包括Fe基非晶合金和六方氮化硼。在本专利技术中，所述Fe基非晶合金的成分为：Cr：13.0～15.0wt％；Mo：25.0～27.0wt％；B：1.0～2.0wt％；Y：3.0～5.0wt％；C：3.0～5.0wt％；余量为Fe。在本专利技术中，所述Cr的质量含量优选为13.5～14.5％，更优选为14％；所述Mo的质量含量优选为25.5～26.5％，更优选为26％；所述B的质量含量优选为1.2～1.8％，更优选为1.4～1.6％；所述Y的质量含量优选为3.5～4.5％，更优选为4％；所述C的质量含量优选为3.5～4.5％，更优选为4％。在本专利技术中，所述Fe基非晶合金和六方氮化的质量比优选为(75～95)：(5～25)。在本专利技术中，所述多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层优选为4～7层，更优选为5～6层；优选第一涂层的成分全部为Fe基非晶合金，六方氮化硼的质量含量为0；第一涂层的厚度优选为145～200μm，更优选为160～190μm，最优选为170～180μm。第二涂层中Fe基非晶合金和六方氮化硼的质量比优选为(95～99)：(1～5)，更优选为(96～98)：(2～4)，最优选为95:5；第二涂层的厚度优选为150～230μm，更优选为170～210μm，最优选为190～200μm。第三涂层中Fe基非晶合金和六方氮化硼的质量比优选为(90～94)：(6～10)，更优选为(91～93)：(7～9)，最优选为90:10；第三涂层的厚度优选为150～230μm，更优选为170～210μm，最优选为190～200μm。第四涂层中Fe基非晶合金和六方氮化硼的质量比优选为(85～89)：(11～15)，更优选为(86～88)：(12～14)，最优选为85:15；第四涂层的厚度优选为155～220μm，更优选为160～210μm，最优选为180～200μm。第五涂层中Fe基非晶合金和六方氮化硼的质量比优选为(80～84)：(16～20)，更优选为(81～83)：(17～19)，最优选为80:20；第五涂层的厚度优选为155～180μm，更优选为160～170μm，最优选为165μm。第六涂层中Fe基非晶合金和六方氮化硼的质量比优选为(75～79)：(21～25)，更优选为(76～78)：(22～24)，最优选为75:25；第六涂层的厚度优选为130～155μm，更优选为135～150μm，最优选为140～145μm。在本专利技术中，所述多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层的总厚度优选为850～950μm，更优选为880～920μm，最优选为900μm。本专利技术提供了一种钻杆接头耐磨带的制备方法，包括：将钻杆接头基体进行预处理；将预处理后的钻杆接头基体依次冷喷涂不同六方氮化硼质量含量的混合粉体，形成多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层，获得钻杆接头耐磨带。在本专利技术中，所述钻杆接头基体与上述技术方案所述钻杆接头基体一致，在此不再赘述。在本专利技术中，所述预处理的方法优选为：将钻杆接头基体依次进行除锈、除油、除氧化和喷砂粗化。本专利技术对所述除锈、除油和除氧化等清洁处理的具体方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的除锈、除油和除氧化技术方案，使钻杆接头基体露出洁净光亮的金属表面即可。在本专利技术中，所述喷砂粗化优选采用金刚砂；所述金刚砂的粒度优选为250～800μm，更优选为300～700μm，更优选为400～600μm，最优选为500μm。在本专利技术中，所述喷砂粗化过程中的喷砂压力优选为0.05～0.15MPa，更优选为0.08～0.12MPa，最优选为0.1MPa；喷砂时间优选为25～50s，更优选为30～40s，最优选为35s；喷砂距离优选为30～40mm，更优选为35mm。在本专利技术中，所述喷砂粗化处理完成后，优选将获得的产品进行清洗和干燥；所述清洗的方法优选为超声清洗；所述清洗的试剂优选为丙酮；所述丙酮的纯度优选为99.5％。在本专利技术中，所述不同六方氮化硼质量含量的混合粉体的制备方法为：将Fe基非晶合金(FeCrMoBYC)粉末原料和六方氮化硼粉末按照不同比例混合，得到不同六方氮化硼质量含量的混合粉体；在本专利技术中，所述Fe基非晶合金粉末原料的成分与上述技术方案所述Fe基非晶合金的成分相同，在此不再赘述。在本专利技术中，所述Fe基非晶合金粉末原料的制备方法优选为：将Cr粉、Mo粉、B粉、Y粉、C粉和Fe粉熔化混合，得到流体；将所述流体进行气雾化破碎后冷凝，得到Fe基非晶合金粉末原料。在本专利技术中，所述Cr粉、Mo粉、B粉、Y粉、C粉和Fe粉的用量比例与上述技术方案所述Fe基非晶合金粉末原料成分中各元素的含量比例一致，在此不再赘述。在本专利技术中，所述熔化混合的温度优选为1300～1500℃，更优选为1350～1450℃，最优选为1400℃。在本专利技术中，所述气雾化破碎优选为通过氩气将流体快速运动从而破碎成细小液滴。在本专利技术中，所述气雾化破碎过程中的压力优选为3～5MPa，更优选为3.5～4.5MPa，最优选为4MPa；真空度优选为0.1～0.2Pa，更优选为0.12～0.18Pa，最优选为0.133Pa。在本专利技术中，所述Fe基非晶合金粉末原料的粒度优选为2～30μm，更优选为5～25μm，更优选为10～20μm，最优选为15μm；所述Fe基非晶合金粉末原料形貌优选为球形或者类球形。在本专利技术中，所述六方氮化硼(HBN)粉末的粒度优选为2～5μm，更优选为3～4μm；所述六方氮化硼(HBN)粉末的颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻杆接头耐磨带，包括：钻杆接头基体；设置在所述钻杆接头基体表面的多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层；所述六方氮化硼质量含量不同的涂层的成分为Fe基非晶合金和六方氮化硼；所述多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层中六方氮化硼质量含量从内部到表面逐渐增加。

【技术特征摘要】
1.一种钻杆接头耐磨带，包括：钻杆接头基体；设置在所述钻杆接头基体表面的多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层；所述六方氮化硼质量含量不同的涂层的成分为Fe基非晶合金和六方氮化硼；所述多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层中六方氮化硼质量含量从内部到表面逐渐增加。2.根据权利要求1所述的钻杆接头耐磨带，其特征在于，所述多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层为4～7层的六方氮化硼质量含量不同的涂层。3.根据权利要求1所述的钻杆接头耐磨带，其特征在于，所述多层结构的六方氮化硼质量含量不同的涂层的总厚度为850～950μm。4.根据权利要求1所述的钻杆接头耐磨带，其特征在于，所述Fe基非晶合金的成分为：Cr：13.0～15.0wt％；Mo：25.0～27.0wt％；B：1.0～2.0wt％；Y：3.0～5.0wt％；C：3.0～5.0wt％；余量为Fe。5.根据权利要求1所述的钻杆接头耐磨带，其特征在于，所述Fe基非晶合金和六方氮化硼的质量比为(75～95)：(5～25)。6.一种权利要求1所述的钻杆接头耐磨带的制备方法，包括：将钻杆接头基体进行预处理；将预处理后的钻...

【专利技术属性】
技术研发人员：康嘉杰，岳文，苏娟，付志强，朱丽娜，佘丁顺，王成彪，梁健，翁炜，田斌，黄飞，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11