[发明专利]一种利用仿生结构制备传感器电极保护薄膜的方法和应用

说明书

本发明公开了一种利用仿生结构制备传感器电极保护薄膜的方法和应用，传感器电极保护薄膜为掺硼金刚石薄膜；步骤包括：电极基底处理；清洗去除电极基底表面油污；金刚石种晶处理；气相沉积薄膜：利用热丝化学气相沉积系统在电极基底表面沉积总厚度为2.8‑6μm的电极保护薄膜；真空退火；氟化处理。电极保护薄膜的成分为掺硼金刚石。本发明方法能够便捷高效进行制备生产；制得的传感器电极保护薄膜膜层均匀、覆盖完整；传感器电极保护薄膜的电极的耐腐蚀性能优于电极基体材料；该膜电极具有良好的导电性；具有极佳的疏油性能和硬度、耐腐蚀性能。仿生结构是仿造鱼鳞表面的亲水薄膜粘液和分级微‑纳结构之间的协同作用，来实现较佳的疏油性能。

技术领域

本发明是关于新材料功能涂层的新型应用，特别是关于一种利用仿生结构制备传感器电极保护薄膜的方法和应用。

背景技术

井下传感器电极的服役性能受到工作介质浸蚀磨损、油液污染和电化学腐蚀的困扰。作为石油勘探作业的重要检测装置，井下传感器电极的服役性能关乎井下采油过程中检测信息能否传递通畅，因此保证其服役性能是急需解决的工程问题。传感器在井下的服役工况苛刻，油井液的浸蚀、油液污染和电化学腐蚀都影响传感器电极的服役性能。一旦电极无法正常工作，井下采油的重要信息将无法准确采集，直接关系到采油作业的实施效果。

101-管道入口；102-端电极；103-中间电极；104-敏感电极；105-端电极；106-管道出口；

井下传感器包括电导式传感器、电磁流量计和涡街流量计等，这其中电极是传感器的核心工作部件。图1和图2为电导式传感器的结构图。该传感器敏感电极104是由镶嵌在环形管壁上三个因瓦合金圆环组成；其中，103为中间电极，102和105为端电极，两个端电极电位相同。井液和油液两相流体从管道入口101流入，流经三个电极从管道出口106流出。

电导式传感器的工作原理是，将流经管道的流体看作导体，通过测量电极之间两相流体的电导率得到流体含水率信息。具体而言，井液流体从传感器电极流过期间，测量电极间的电压幅度与传感器内部流体的电导率成反比，见式（1）。

（1）

（1）式中，V_w为全水时传感器输出电压，V_m为井液的输出电压；G_m为井液时电极间的电导，G_w为全水时电导；σ_m为井液的电导率，σ_w为水的电导率。

以电导率为例，两相流体从管道入口2经过传感器，端电极102和中间电极103形成一个前端回路测量流体的电阻率。同理，中间电极103和端电极105形成后端回路测量流体的电阻率。利用所测电阻率可得到流体电导率信息。

井下电导式传感器在服役期间，因瓦合金电极易遭受井液浸蚀、油液污染和电化学腐蚀的侵害。井液润湿和冲击油井内壁，许多细小的固体颗粒混入井液。这些固液工作介质浸没和侵蚀因瓦合金电极表面，逐步造成电极磨损和检测精度下降。此外，油液润湿因瓦合金电极表面，引起表面粘油结垢现象。与电极结垢前的稳定测量相比，结垢后电极的稳定性差，测量数据结果扰动幅度大。还有，传感器浸没在工作介质中，电极表面易发生电化学腐蚀行为。电极表面遭受腐蚀后会产生凹坑，可直接导致电极损坏失效。井液浸蚀、油液污染和电化学腐蚀共同作用导致传感器早期失效。因此，需要设计一种耐腐蚀性能高、导电性优良、硬度大的传感器电极保护薄膜。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容