[发明专利]两步法制备钛合金钻杆表面自润滑复合膜层的方法

说明书

本发明公开了一种两步法制备钛合金钻杆表面自润滑复合膜层的方法，主要包括以下的步骤：S1、样品表面的预处理；S2、配制电解液，设定微弧氧化工艺参数，并对样品进行微弧氧化处理；S3、对样品用水冲洗干净，并烘干；S4、配制PTFE‑石墨复合乳液，设定PTFE和石墨的含量，混合搅拌均匀；S5、将S3处理后的钛合金钻杆样品放入加热过后的PTFE‑石墨复合乳液中，恒定温度50℃加热20‑50min；S6、将S5处理后的钛合金钻杆样品进行固化处理，先升温至100‑200℃，保温20‑50min；S7、将S6处理后的钛合金钻杆样品继续进行固化处理，升温至200‑300℃，保温10‑30min后逐渐冷却至室温。本发明方法能形成耐磨性能优异的复合膜层，解决钛合金钻杆的耐磨性差的问题。

技术领域

本发明涉及钛合金材料表面改性领域，特别是一种两步法制备钛合金钻杆表面自润滑复合膜层的方法。

背景技术

钛合金钻杆目前主要采用镀铜处理，但镀铜工艺对环境污染大，同时镀铜层结合力较差，对提高钻杆的抗粘扣作用比较明显，但钛合金钻杆的耐磨性还是比较差。微弧氧化处理可以进一步提高钛合金钻杆表面的耐磨性、耐腐蚀性和抗粘连性能，常规的微弧氧化处理虽然比镀铜效果好，但还是存在膜层硬度偏低，耐磨性差等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种两步法制备钛合金钻杆表面自润滑复合膜层的方法，可以明显提高和改进膜层的耐磨性能。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：两步法制备钛合金钻杆表面自润滑复合膜层的方法，所述方法主要包括以下步骤：S1、样品表面的预处理，对钛合金钻杆样品表面进行打磨除锈、除油处理；S2、配制电解液，设定微弧氧化工艺参数，将钛合金钻杆样品与阳极相连并浸入电解液中，将盛放电解液的不锈钢电解槽做阴极，并对样品进行微弧氧化处理；S3、微弧氧化结束后，对样品用水冲洗干净，并烘干；S4、配制PTFE-石墨复合乳液，设定PTFE和石墨的含量，混合搅拌均匀；S5、将S3处理后的钛合金钻杆样品放入加热过后的PTFE-石墨复合乳液中，恒定温度50℃加热20-50min；S6、将S5处理后的钛合金钻杆样品进行固化处理，先升温至100-200℃，保温20-50min；S7、将S6处理后的钛合金钻杆样品继续进行固化处理，升温至200-300℃，保温10-30min后逐渐冷却至室温。

本方案中进一步优化的方案，S2中的电解液包括溶质和溶剂，所述溶剂为去离子水，所述溶质含量为：Na₂SiO₃：2-10g/L；丙三醇：1-5g/L；(NaPO₃)₆：1-8g/L。

本方案中进一步优化的方案，S2中的微弧氧化工艺参数为：采用恒流式微弧氧化技术，电流密度：2-10 A/dm²，占空比：20-60%，氧化时间：10-60min，频率：100-600Hz，电解液温度控在25-30℃。

本方案中进一步优化的方案，S4中的PTFE含量为3-10g/L；石墨固体颗粒含量为1-5 g/L。

本方案中进一步优化的方案，S5中PTFE-石墨复合乳液经恒温水浴锅加热至30-80℃。

本方案中进一步优化的方案，S6和S7中的固化处理过程都在箱式电阻炉中进行。

本发明具有以下优点：

（1）本发明在钛合金钻杆的表面先进行微弧氧化后，再进行PTFE和石墨的复合，能形成耐磨性能优异的复合膜层，解决了钛合金钻杆的耐磨性差的问题；

（2）本发明采用的方法制备得到的复合膜层对传统的微弧氧化后的放电微孔起到了封孔的作用，同时PTFE和石墨进入微孔的数量较多，能够持续提高和改进膜层的耐磨性能；

（3）本发明采用PTFE和石墨复合的工艺条件相对简单，使得可以根据实际需要调整PTFE和石墨的比例，方便、节约时间且经济；