一種鈦合金油管螺紋表面處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種鈦合金油管螺紋表面處理方法，其具體方法為：(1)對鈦合金螺紋表面依次進行噴砂、脫脂、酸洗的預處理工序；(2)將鈦合金螺紋表面浸入酸浸活化液中進行活化處理；(3)將鈦合金螺紋表面浸入鎳磷鍍液中，加熱進行化學鎳磷鍍，其中由酸浸活化液轉向鎳磷鍍液的過程中，螺紋接頭全程浸在酸性溶液中，保證了活化表面不會被二次氧化重新生成氧化膜。采用本發明的方法對鈦合金油管螺紋表面進行改性，可提高鈦合金螺紋表面的耐磨性和抗粘扣性能，實現鈦合金管材在石油工業中的應用。
【專利說明】
一種鈦合金油管螺紋表面處理方法
技術領域
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[0001 ]本發明涉及金屬材料表面改性技術領域，具體涉及一種鈦合金油管螺紋表面處理方法。
【背景技術】
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[0002]在油氣田勘探開發過程中，尤其是對于深-超深井，對油井用管材力學性能和耐腐蝕性能均提出了更高要求。鈦合金因具備強度高、耐腐蝕性能優異，以及質量輕等優點，成為首選管材。鈦合金具有低密度、比強度高的特點，可顯著降低管柱自重，增大應用井深;優異的耐腐蝕性能也使鈦合金油管能夠滿足含有H2SXO2和Cl—等苛刻腐蝕環境的使用要求。鈦合金的摩擦系數比較高，使用過程中不耐磨，尤其是在螺紋接頭部位，容易發生粘著磨損。這種不利因素限制了鈦合金油管的應用。因此，對鈦合金螺紋表面進行改性，提高螺紋接頭表面的耐磨性，是實現鈦合金管材在石油工業中得以廣泛應用的關鍵技術。
[0003]已有的油管螺紋接頭表面處理方法主要是采用鍍銅或預鍍鎳-鍍銅的方式，尚未見有直接通過鎳磷鍍來解決鈦合金油管螺紋接頭粘扣問題的專利。在活化處理轉向鎳磷鍍的過程中，大部分專利主要是通過預鍍鎳的方式來防止已活化表面的二次氧化，本專利將提供一種全新的解決鈦合金活化表面二次氧化的方法。
【發明內容】
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[0004]本發明的目的在于提供一種鈦合金油管螺紋表面處理方法，本發明可以防止鈦合金活化表面二次氧化，提高鈦合金油管接頭螺紋的耐磨性和抗粘扣性能。
[0005]為解決上述技術問題，本發明的技術方案為一種鈦合金油管接頭螺紋表面處理方法，包括以下步驟:
[0006](I)預處理:對鈦合金螺紋表面依次進行噴砂、脫脂、酸洗的工序，去除螺紋表面的附著物、油污、銹蝕產物和加工瑣肩等雜質，每個工序完成后對鈦合金螺紋表面進行清洗；
[0007](2)酸浸活化處理:將鈦合金螺紋表面浸入含有HF的酸浸活化液中，對鈦合金螺紋表面進行酸浸活化處理；
[0008](3)化學鎳磷鍍:鈦合金螺紋表面從酸浸活化液轉入鎳磷鍍液的過程中完全處于酸性溶液當中；鈦合金螺紋表面轉入鎳磷鍍液后，加熱進行化學鎳磷鍍，加熱溫度為80?98°C;所述鎳磷鍍液采用鎳鹽-次亞磷酸鈉-醋酸鈉-絡合劑-穩定劑系混合溶液，所述鎳磷鍍液的PH值為4.0?6.0，鎳磷鍍液中含磷量按質量百分數控制在0.5?9%。
[0009 ] 上述含有HF的酸浸活化液為單純的HF溶液、HF-HNO3系溶液、HF-ZnF2-乙二醇系溶液或HF-HNO3-H2O2系溶液。
[0010]上述鎳鹽采用硫酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳或次磷酸鎳;上述絡合劑采用檸檬酸、丁二酸、乳酸、蘋果酸、甘氨酸、琥珀酸、天冬酸、丙二酸、或亞氨基二乙酸。
[0011]鍍層厚度若比較薄，硬度和耐磨性達不到要求，過厚則會影響螺紋精度，上述進行化學鎳磷鍍后鈦合金螺紋表面的鍍層厚度根據實際生產需要控制在10-30μπι范圍。
[0012]本發明的有益效果:
[0013](I)由于鈦合金表面極易形成穩定的氧化膜，這層氧化膜的存在對鍍層與鈦合金基體的結合是不利的，因此在化學鎳磷鍍之前對鈦合金螺紋表面進行酸浸活化處理，使表面處于活化狀態，由于鈦合金的表面氧化膜比較穩定，本發明在酸浸活化液中加入氫氟酸，使表面氧化膜才有可能被徹底清洗掉。
[0014](2)本發明在由酸浸活化液轉入鎳磷鍍液的過程中使螺紋表面一直處于酸性溶液當中，即活化與鎳磷鍍過程是連續的，避免已活化的螺紋表面與空氣接觸，使鈦合金螺紋表面保持活化狀態而不被重新氧化生成氧化膜。
[0015](3)本發明采用酸性高溫鍍液，PH值為4.0-6.0，溫度為80-98 V，鍍液含磷量(wt.%)控制在0.5-9%范圍，所獲得的鎳磷鍍鍍層均勻致密，與基體之間有良好的結合力，經鎳磷鍍之后的鈦合金螺紋接頭表面摩擦系數降低，提高鈦合金螺紋接頭的耐磨性能和抗粘扣性能。
【具體實施方式】
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[0016]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0017]實施例1對外徑為88.9mm的鈦合金油管端部螺紋表面進行處理，方法如下:
[0018](I)預處理:采用剛玉砂對油管端部螺紋表面進行噴砂處理，除去表面附著物和加工瑣肩等，噴砂結束后用清水清洗并吹干;將油管吊掛起來，使端部螺紋浸入丙酮溶液中進行超聲波清洗，除去表面油污;將脫脂處理后的端部螺紋置于HF-HCL混合液中進行酸洗，除去表面銹蝕產物后用流動清水清洗。
[0019](2)活化處理:將預處理后的鈦合金油管吊掛起來，使端部螺紋表面浸入HF-HNO3混合液中，去除表面氧化膜，使螺紋表面處于活化狀態。
[0020](3)鎳磷鍍:將活化液槽出口打開，使活化液流出，同時往活化液中加入清水，使鈦合金螺紋表面一直處于溶液當中，避免與空氣接觸，表面保持活化狀態；當活化液稀釋至PH值接近6時，將硫酸鎳(NiSO4)-次亞磷酸鈉(Na2HPO2.H2O)-醋酸鈉(CH3C00Na)_檸檬酸-穩定劑混合鍍液加入液槽中進行鎳磷鍍;鎳磷鍍時的鍍液PH為4.5，鍍液含磷量(wt.% )為4-6%，加熱溫度為90°C。
[0021](4)鎳磷鍍控制鍍層度為10_20μπι，結束后用清水對鈦合金油管端部螺紋表面進行清洗，烘干后即可進行上卸扣試驗驗證。
[0022]實施例2對鈦合金油管接箍螺紋表面進行處理，方法如下:
[0023](I)預處理:采用剛玉砂對接箍內外表面進行噴砂處理，除去內外表面附著物和加工瑣肩等，噴砂結束后用清水清洗并吹干;將接箍浸入丙酮溶液中進行超聲波清洗，除去內外表面油污;將脫脂處理后的接箍置于HF-HCL混合液中進行酸洗，除去內外表面銹蝕產物后用流動清水清洗。
[0024](2)活化處理:將預處理后的鈦合金油管接箍浸入HF-ZnF2-乙二醇混合液中，去除表面氧化膜，使內外表面處于活化狀態。
[0025](3)鎳磷鍍:將活化液槽出口打開，使活化液流出，同時往活化液中加入清水，使接箍內外表面一直處于溶液當中，避免與空氣接觸，保持表面活化狀態；當活化液稀釋至pH值接近6時，將氯化鎳(NiCl2)-次亞磷酸鈉(Na2HPO2.H2O)-醋酸鈉(CH3C00Na)_檸檬酸-穩定劑混合鍍液加入液槽中進行鎳磷鍍;鎳磷鍍時的鍍液pH為4，鍍液含磷量(wt.% )為3-5%，加熱溫度為95 °C。
[0026](4)鎳磷鍍控制鍍層度為15_25μπι，結束后用清水對鈦合金油管接箍表面進行清洗，烘干后即可進行上卸扣試驗驗證。
【主權項】
1.一種鈦合金油管螺紋表面處理方法，其特征在于:主要包括以下步驟: (1)預處理:對鈦合金螺紋表面依次進行噴砂、脫脂、酸洗的工序，每個工序完成后對鈦合金螺紋表面進行清洗； (2)酸浸活化處理:將鈦合金螺紋表面浸入含有HF的酸浸活化液中進行酸浸活化處理； (3)化學鎳磷鍍:鈦合金螺紋表面從酸浸活化液轉入鎳磷鍍液的過程中完全處于酸性溶液當中；鈦合金螺紋表面轉入鎳磷鍍液后，加熱進行化學鎳磷鍍，加熱溫度為80?98 V ;所述鎳磷鍍液采用鎳鹽-次亞磷酸鈉-醋酸鈉-絡合劑-穩定劑系混合溶液，所述鎳磷鍍液的PH值為4.0?6.0，鎳磷鍍液中含磷量按質量百分數控制在0.5?9%。2.根據權利要求1所述的鈦合金油管螺紋表面處理方法，其特征在于:所述含有HF的酸浸活化液為單純的HF溶液、HF-HNO3系溶液、HF-ZnF2-乙二醇系溶液或HF-HNO3-H2O2系溶液。3.根據權利要求1所述的鈦合金油管螺紋表面處理方法，其特征在于:所述鎳鹽采用硫酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳或次磷酸鎳;所述絡合劑采用檸檬酸、丁二酸、乳酸、蘋果酸、甘氨酸、琥珀酸、天冬酸、丙二酸、或亞氨基二乙酸。4.根據權利要求1所述的鈦合金油管螺紋表面處理方法，其特征在于:使鈦合金螺紋表面從酸浸活化液轉入鎳磷鍍液的過程中完全處于酸性溶液當中的方法為:首先將酸浸活化液槽出口打開，酸浸活化液流出的同時往活化液中加入清水，當酸浸活化液稀釋至PH值接近6時，將鎳磷鍍液加入槽中。5.根據權利要求1所述的鈦合金油管螺紋表面處理方法，其特征在于:進行化學鎳磷鍍后鈦合金螺紋表面的鍍層厚度為10?30μπι。
【文檔編號】C23C18/36GK106011807SQ201610565692
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月18日
【發明人】黃文克, 畢宗岳, 張峰, 韋奉, 李周波, 何石磊, 李遠征, 王亮, 梁航
【申請人】寶雞石油鋼管有限責任公司