石油钻杆内孔壁纳米金属陶瓷电沉积镀层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了石油钻杆内孔壁纳米金属陶瓷电沉积复合镀层的制备方法，包括如下步骤：将氨基磺酸镍、硫酸镍、铬酐、糖精钠、纳米氮化钛、羟乙基磺酸钠和水混合，调节体系pH值为5‑5.3，搅拌得到镀液；将石油钻杆内孔壁表面进行打磨抛光，然后依次经出油、酸洗活化、预沉积处理；采用所得镀液进行一次施镀；向所得镀液中加入纳米金属陶瓷粒子，调节体系pH值为4‑4.2，对一次施镀后产物进行二次施镀；将二次施镀后产物经水洗后，采用精密磨床进行磨削加工，得到内孔壁电沉积有纳米金属陶瓷复合镀层的石油钻杆。

Electrodeposited coating of nano cermet on inner hole wall of oil drill pipe and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
石油钻杆内孔壁纳米金属陶瓷电沉积镀层及其制备方法
本专利技术涉及石油钻杆
，尤其涉及石油钻杆内孔壁纳米金属陶瓷电沉积复合镀层及其制备方法。
技术介绍
钻杆通常用于连接位于地上的钻机等地表设备和位于钻井底部的钻磨设备或底孔装置，并配合钻头进行钻探作业。在石油生产领域，石油钻杆是石油钻探作业中不可缺少的重要工具之一。由于石油钻井深度通常较深，由于地质条件的不同，随着钻井深度的增加，有些石油钻井的深度可达数千米，甚至一些特殊地区石油钻井的深度可达上万米。空心钻杆在进行深度钻井时，会通过钻井液管向井低输送钻井液，因此对石油钻杆内孔壁的各方面均较高。目前一般通过在石油钻井内涂覆合金镀层，常用方法有：粉末冶金法、自蔓延高温合成法、等离子喷涂法、激光熔覆法、电沉积法、气相沉积法、离心铸造法、化学镀法等。这些方法大都工艺过程复杂，生产条件苛刻，而复合电沉积技术具有独特的优势，复合电化学沉积技术可增强镀层颗粒分布均匀性，减少物料浪费，连续处理能力等方面更体现出独特性，但是耐蚀、耐磨性能较差，无法满足石油钻杆对石油的输送要求，亟待解决。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的石油钻杆内孔壁纳米金属陶瓷电沉积复合镀层及其制备方法。石油钻杆内孔壁纳米金属陶瓷电沉积复合镀层的制备方法，包括如下步骤：S1、将氨基磺酸镍、硫酸镍、铬酐、糖精钠、纳米氮化钛、羟乙基磺酸钠和水混合，调节体系pH值为5-5.3，搅拌得到镀液；S2、将石油钻杆内孔壁表面进行打磨抛光，然后依次经出油、酸洗活化、预沉积处理；S3、采用S1所得镀液进行一次施镀，一次施镀过程中以高纯电解镍材料为阳极，阳极和阴极同心放置，施镀温度为40-45℃，电流密度为1.5-2A/cm3，施镀时间为4-6h；S4、向S1所得镀液中加入纳米金属陶瓷粒子，调节体系pH值为4-4.2，对S3产物进行二次施镀，二次施镀过程中以高纯电解镍材料为阳极，施镀温度为55-60℃，电流密度为2.5-3A/cm3，施镀时间为1-2h；S5、将S4产物经水洗后，采用精密磨床进行磨削加工，得到内孔壁电沉积有纳米金属陶瓷复合镀层的石油钻杆。优选地，高纯电解镍材料的纯度＞99.999％。优选地，S1中，氨基磺酸镍、硫酸镍、铬酐、糖精钠、纳米氮化钛、羟乙基磺酸钠和水的质量比为20-25：1-2：1-2：0.01-0.02：0.5-1.2：0.1-0.2：100-200。优选地，S1中，纳米氮化钛的粒径为150-500nm，其中粒径大于等于150nm且小于250nm的纳米氮化钛所占质量百分比为60-80％，粒径大于等于250nm且小于400nm的纳米氮化钛所占质量百分比为5-20％，余量为粒径大于等于400nm且小于等于500nm的纳米氮化钛。优选地，S1中，搅拌的具体操作如下：调节温度至60-70℃搅拌1-2h，搅拌速度为120-200r/min。优选地，S2中，将石油钻杆内孔壁表面进行打磨抛光至表面粗糙度为0.1-0.15μm。优选地，S4中，S1所得镀液与纳米金属陶瓷粒子的质量比为100：1-2。优选地，S4中，纳米金属陶瓷粒子的粒径为10-100nm。优选地，S4的纳米金属陶瓷粒子中，陶瓷相占15-25wt％，余量为金属相；其中金属相为镍，陶瓷相为氧化铝。优选地，纳米金属陶瓷复合镀层的厚度为150-200μm。一种内孔壁电沉积有纳米金属陶瓷复合镀层的石油钻杆，采用上述石油钻杆内孔壁纳米金属陶瓷电沉积复合镀层的制备方法制得。本专利技术技术效果如下所述：(1)本专利技术S1中，采用特定粒径分布的纳米氮化钛作为电镀底层，保证石油钻杆内孔壁整体相对平整，可有效提高石油钻杆内孔壁的硬度与耐腐蚀性，达到保证石油钻杆与纳米金属陶瓷粒子界面结合时，纳米金属陶瓷粒子表面平整，厚度均匀。(2)纳米金属陶瓷粒子中，由于陶瓷颗粒表面被连续薄膜形状的金属相包裹，陶瓷相承受机械应力，而金属相包裹在陶瓷相表面得到强化；本专利技术的纳米金属陶瓷粒子的粒径为10-100nm，陶瓷相占比为15-25％，并对电镀条件进行限定，合理的调整电沉积过程，经过检测表层镀层组织致密，结合力更强，而且具有更好的耐磨性。(3)本专利技术所得电沉积复合镀层，加工效率高，工艺过程简单，应用在石油钻杆内孔壁，可满足在高磨损、高载荷、高腐蚀工况下的使用要求。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步解说。实施例1石油钻杆内孔壁纳米金属陶瓷电沉积复合镀层的制备方法，包括如下步骤：S1、将20kg氨基磺酸镍、2kg硫酸镍、1kg铬酐、0.02kg糖精钠、0.5kg粒径为150-500nm的纳米氮化钛、0.2kg羟乙基磺酸钠和100kg水混合，调节体系pH值为5-5.3，调节温度至70℃搅拌1h，搅拌速度为200r/min，得到镀液；纳米氮化钛中，粒径大于等于150nm且小于250nm的纳米氮化钛所占质量百分比为60％，粒径大于等于250nm且小于400nm的纳米氮化钛所占质量百分比为20％，余量为粒径大于等于400nm且小于等于500nm的纳米氮化钛；S2、将石油钻杆内孔壁表面进行打磨抛光至表面粗糙度为0.1μm，然后依次经出油、酸洗活化、预沉积处理；S3、采用S1所得镀液进行一次施镀，一次施镀过程中以高纯电解镍材料为阳极，阳极和阴极同心放置，施镀温度为45℃，电流密度为1.5A/cm3，施镀时间为6h；S4、纳米金属陶瓷粒子以镍为金属相，以氧化铝为陶瓷相，其中镍在纳米金属陶瓷粒子中所占质量比为15％；向100kgS1所得镀液中加入2kg粒径为10-100nm的纳米金属陶瓷粒子，调节体系pH值为4-4.2，对S3产物进行二次施镀，二次施镀过程中以高纯电解镍材料为阳极，施镀温度为55℃，电流密度为3A/cm3，施镀时间为1h；S5、将S4产物经水洗后，将待处理石油钻杆采用精密磨床进行磨削加工，得到内孔壁电沉积有厚度为200μm的纳米金属陶瓷复合镀层的石油钻杆。实施例2石油钻杆内孔壁纳米金属陶瓷电沉积复合镀层的制备方法，包括如下步骤：S1、将25kg氨基磺酸镍、1kg硫酸镍、2kg铬酐、0.01kg糖精钠、1.2kg粒径为150-500nm的纳米氮化钛、0.1kg羟乙基磺酸钠和200kg水混合，调节体系pH值为5-5.3，调节温度至60℃搅拌2h，搅拌速度为120r/min，得到镀液；纳米氮化钛中，粒径大于等于150nm且小于250nm的纳米氮化钛所占质量百分比为80％，粒径大于等于250nm且小于400nm的纳米氮化钛所占质量百分比为5％，余量为粒径大于等于400nm且小于等于500nm的纳米氮化钛；S2、将石油钻杆内孔壁表面进行打磨抛光至表面粗糙度为0.15μm，然后依次经出油、酸洗活化、预沉积处理；S3、采用S1所得镀液进行一次施镀，一次施镀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.石油钻杆内孔壁纳米金属陶瓷电沉积复合镀层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、将氨基磺酸镍、硫酸镍、铬酐、糖精钠、纳米氮化钛、羟乙基磺酸钠和水混合，调节体系pH值为5-5.3，搅拌得到镀液；/nS2、将石油钻杆内孔壁表面进行打磨抛光，然后依次经出油、酸洗活化、预沉积处理；/nS3、采用S1所得镀液进行一次施镀，一次施镀过程中以高纯电解镍材料为阳极，阳极和阴极同心放置，施镀温度为40-45℃，电流密度为1.5-2A/cm

【技术特征摘要】
1.石油钻杆内孔壁纳米金属陶瓷电沉积复合镀层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将氨基磺酸镍、硫酸镍、铬酐、糖精钠、纳米氮化钛、羟乙基磺酸钠和水混合，调节体系pH值为5-5.3，搅拌得到镀液；
S2、将石油钻杆内孔壁表面进行打磨抛光，然后依次经出油、酸洗活化、预沉积处理；
S3、采用S1所得镀液进行一次施镀，一次施镀过程中以高纯电解镍材料为阳极，阳极和阴极同心放置，施镀温度为40-45℃，电流密度为1.5-2A/cm3，施镀时间为4-6h；
S4、向S1所得镀液中加入纳米金属陶瓷粒子，调节体系pH值为4-4.2，对S3产物进行二次施镀，二次施镀过程中以高纯电解镍材料为阳极，施镀温度为55-60℃，电流密度为2.5-3A/cm3，施镀时间为1-2h；
S5、将S4产物经水洗后，采用精密磨床进行磨削加工，得到内孔壁电沉积有纳米金属陶瓷复合镀层的石油钻杆。


2.根据权利要求1所述石油钻杆内孔壁纳米金属陶瓷电沉积复合镀层的制备方法，其特征在于，高纯电解镍材料的纯度＞99.999％。


3.根据权利要求1所述石油钻杆内孔壁纳米金属陶瓷电沉积复合镀层的制备方法，其特征在于，S1中，氨基磺酸镍、硫酸镍、铬酐、糖精钠、纳米氮化钛、羟乙基磺酸钠和水的质量比为20-25：1-2：1-2：0.01-0.02：0.5-1.2：0.1-0.2：100-200。


4.根据权利要求1所述石油钻杆内孔壁纳米金属陶瓷电沉积复合镀层的制备方法，其特征在于，S1中，纳米氮化钛的粒径为150-500nm，其中粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：石春炳，
申请(专利权)人：安徽宝立华机械设备有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34