專利名稱：一種用于高鉻鋼表面鍍層制備方法
技術領域：
本發明涉及電沉積技術，尤其是涉及用電沉積方法在高鉻鋼油套管接箍 表面制備銅錫合金鍍層，是一種高鉻鋼油套管螺紋和密封面表面鍍層的制備 技術，以提高油套管接頭的抗粘著性能。
背景技術：
油套管是油氣田勘探、開發中必須使用的產品，通過螺紋把單根油套管 連接成數千米能承受各種載荷的管柱，連接螺紋的質量指標之一，就是保證 重復上、卸扣螺紋不發生粘著失效。油套管接頭由內螺紋和外螺紋組成，使 用過程通過上扣和卸扣進行螺紋的擰緊和松開，螺紋接頭相當于一對摩擦副， 當內螺紋和外螺紋表面相互接觸時，從微觀來看，兩個接觸體的實際接觸面 積只在結合表面少數微凸體上，由于接觸壓力很高，引起微凸體塑性變形， 局部形成焊合點，同時由于內螺紋和外螺紋材質相同，互溶性大，在內外螺 紋表面的相對滑動時，引起油套管螺紋接觸部位金屬遷移，即產生粘著失效。 為防止油套管螺紋粘著失效的發生，目前油套管生產廠普遍采用對油套管連 接部位一端螺紋進行表面處理，對碳鋼和低合金鋼普遍采用磷化或鍍青銅等 表面處理。但隨著酸性油氣田的開采，對材料的抗腐蝕性能要求越來越高， 適應于高耐腐蝕的高鉻鋼油套管產品已開始大量應用，由于其鉻含量大于
10%，合金含量已達20%左右，使用傳統的鍍層方法，已不能保證表面的鍍層 質量，必須使用新的鍍層工藝進行表面處理，來保證高鉻鋼油套管產品的抗 粘著性能要求。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種用于高鉻鋼表面鍍層制備方法，能 夠提高油套管接頭的抗粘著性能，滿足油套管重復上卸扣完整性要求。
為解決上述技術問題，本發明的一種用于高鉻鋼表面鍍層制備方法，其包含以下步驟脫脂、冷清洗、弱腐蝕、弱腐蝕+鍍鎳、冷清洗、鍍銅錫合 金、冷清洗、鈍化、冷熱清洗、浸鉬。
(1) 脫脂將高鉻鋼接箍放入磷酸三鈉25 50g/L、碳酸鈉25 50g/L、 氫氧化鈉20 70g/L組成的堿性脫脂劑中脫脂，脫脂溫度為40 80°C;用堿 溶液對皂化性油脫的皂化作用，或用表面活性劑對非皂化性油脫的乳化作用， 除去工件表面的油脂，時間以脫干凈為止；
(2) 冷清洗溫度為室溫，時間^20sec;以去除工件表面吸附的乳化劑；
(3) 弱腐蝕在鹽酸中活化，預除高鉻鋼表面鈍化膜，鹽酸濃度為20% 36%、時間為40 70sec、溫度為20 5(TC;鍍層的結合力與基體材料的性質 有密切關系，在金屬表面上施鍍，結合力主要表現為金屬與金屬間的鍵合； 高鉻鋼是一種表面極易鈍化的合金，形成的致密鈍化膜影響合金基體與其表 面鍍層的結合力，明顯的可能出現起泡、脫落；不明顯的，表面鍍層看似平 整，但經不起彎曲劃痕等結合力試驗，使用酸洗活化法，除去高鉻鋼表面鈍 化膜，獲得活化潔凈的表面，為下一步鍍鎳做好準備；
(4) 弱腐蝕、鍍鎳在含鹽酸和氯化鎳的溶液中活化、陰極電沉積鎳， 氯化鎳含量為100 500g/L、 20。/。 36。/。濃度鹽酸使得鎳溶液PH《1、電流密度 為0. 5 7A/dm2、溫度為20 50°C，時間為1 7min;要獲得結合力可靠的表 面鍍層，必須使高鉻鋼表面完全沒有鈍化膜，在鍍鎳槽中進一步采取活化處 理，獲得完全活化潔凈的表面，隨后在瞬間鍍上鎳，避免在高鉻鋼上再次形 成鈍化膜；
(5) 冷清洗溫度為室溫，時間》20sec;
(6) 鍍銅錫合金將氰化鈉10 40g/L、氰化亞銅5 40g/L、氫氧化鈉 10 50g/L、錫酸鈉20 60g/L配制成的鍍液加熱，溫度為25 55。C、陰極 電流密度為1 10A/dm2、時間為30 90min，進行電沉積銅錫合金鍍層制備， 鍍層厚度為7 17微米；
(7) 冷清洗溫度為室溫，時間^20sec;
(8) 鈍化將鍍有銅錫合金的高鉻鋼置于鉻酸10 70g/L、重鉻酸鉀5 40g/L、 98%濃度硫酸1 5ml/L配制成的鈍化溶液中鈍化；以隔絕涂層與空 氣的接觸，防止銅錫合金鍍層發生銅綠變色，鈍化為室溫，時間為5 10sec;
(9) 冷、熱清洗冷清洗溫度為室溫，時間》20sec;熱清洗溫度^60°C，時間》20sec;
(IO)浸鉬鉬2 10%配制成鉬溶液，室溫條件下，浸鉬時間為5 10sec; 浸鉬對鈍化后的涂層進一步保護，延長銅錫合金鍍層發生銅綠變色的時間。
本發明在高鉻鋼上先預鍍鎳，再在鍍鎳的表面完成鍍銅錫合金的表面鍍 層，與現有技術相比，其有益效果是提高了油套管接頭的抗粘著性能，實
現了油套管接頭上卸扣完整性，保證高鉻鋼油套管的使用性能。
具體實施例方式
本發明在規格31/2"、 51/2"，鋼級L80-13Cr (C%: 0. 15 0. 22; Cr%: 12.0 14.0; Mn%: 0.25 1.00; Ni%:《0.50; Cu%:《0.25; P%:《0.020; S%:《0.010; Si%:《1.00)的油套管接箍上進行了電沉積銅錫合金鍍層制
備的實施。 實施例1
脫脂將高鉻鋼接箍放入由磷酸三鈉40g/L、碳酸鈉40g/L、氫氧化鈉 30g/L組成的堿性脫脂劑中脫脂，脫脂溫度為6(TC、時間直到干凈為止；
弱腐蝕在鹽酸中活化，預除高絡鋼表面鈍化膜，鹽酸濃度為25%、時
間為60sec、溫度為30°C;
弱腐蝕、鍍鎳在40。C下，在含鹽酸和氯化鎳的溶液中活化、陰極電沉 積鎳，氯化鎳含量為150g/L、 25%濃度鹽酸使得鎳溶液PH《1、電流密度為 3A/dm2、時間為3min;
鍍銅錫合金鍍層由氰化鈉15g/U氰化亞銅12g/L、氫氧化鈉20g/L、 錫酸鈉50g/L配制成電沉積銅錫合金鍍層鍍液，鍍液加熱溫度為50°C、陰極 電流密度為5A/dm2、時間為50min，電沉積銅錫合金鍍層厚度為12 16微米；
鈍化由鉻酸30g/L、重鉻酸鉀20g/L、 98%濃度硫酸3ml/L配制成鈍 化溶液，在室溫條件下，鈍化溶液中鈍化的時間為10sec;
浸鉬由鉬5%配制成鉬溶液，在室溫條件下，浸鉬時間5sec。
實施例2
脫脂將高鉻鋼接箍放入由磷酸三鈉26g/L、碳酸鈉27g/L、氫氧化鈉 25g/L組成的堿性脫脂劑中脫脂、脫脂溫度為6(TC、時間以干凈為止；弱腐蝕在鹽酸中活化，預除高鉻鋼表面鈍化膜，鹽酸濃度為25%、時
間為42sec、溫度為30°C;
弱腐蝕、鍍鎳在4(TC下，在含鹽酸和氯化鎳的溶液中活化、陰極電沉 積鎳。氯化鎳含量為120g/L、 25%濃度鹽酸使得鎳溶液PH《1、電流密度為 3A/dm2、時間為3min;
鍍銅錫合金鍍層由氰化鈉12g/L、氰化亞銅8g/L、氫氧化鈉15g/U 錫酸鈉25g/L配制成電沉積銅錫合金鍍層鍍液，鍍液加熱溫度為50°C、陰極 電流密度為5A/dm2、時間為35min，電沉積銅錫合金鍍層厚度為9 13微米；
鈍化由鉻酸20g/L、重鉻酸鉀10g/L、 98。/。濃度硫酸3ml/L配制成鈍 化溶液，在室溫條件下，鈍化溶液中鈍化時間為10sec;
浸鉬由鉬5%配制成鉬溶液，在室溫條件下，浸鉬時間5sec。
實施例3
脫脂將高鉻鋼接箍放入由磷酸三鈉32g/L、碳酸鈉33g/L、氫氧化鈉 35g/L組成的堿性脫脂劑中脫脂，脫脂溫度為6(TC、時間以干凈為止；
弱腐蝕在鹽酸中活化，預除高鉻鋼表面鈍化膜，鹽酸濃度為25%、時 間為50sec、溫度為30°C;
弱腐蝕、鍍鎳在4(TC下，在含鹽酸和氯化鎳的溶液中活化、陰極電沉 積鎳。氯化鎳含量為250g/L、 25%濃度鹽酸使得鎳溶液PH《1、電流密度為 3A/dm2、時間為3min;
鍍銅錫合金鍍層由氰化鈉20g/L、氰化亞銅15g/L、氫氧化鈉30g/L、 錫酸鈉30g/L配制成電沉積銅錫合金鍍層鍍液，鍍液加熱溫度為5(TC、陰極 電流密度為5A/dm2、時間為40min，電沉積銅錫合金鍍層厚度為10 14微米；
鈍化由鉻酸20g/L、重鉻酸鉀10g/L、 98%濃度硫酸3ml/L配制成鈍 化溶液，在室溫條件下，鈍化溶液中鈍化時間為10sec;
浸鉬由鉬5%配制成鉬溶液，在室溫條件下，浸鉬時間5sec。
實施例4
脫脂將高鉻鋼接箍放入由磷酸三鈉45g/L、碳酸鈉43g/L、氫氧化鈉 50g/L組成的堿性脫脂劑中脫脂，脫脂溫度為6(TC、時間以干凈為止；弱腐蝕在鹽酸中活化，預除高鉻鋼表面鈍化膜，鹽酸濃度為25%、時
間為55sec、溫度為3CTC;
弱腐蝕、鍍鎳在4(TC下，在含鹽酸和氯化鎳的溶液中活化、陰極電沉 積鎳。氯化鎳含量為270g/L、 25%濃度鹽酸使得鎳溶液PH《1、電流密度為 3A/dm2、時間為3min;
鍍銅錫合金鍍層由氰化鈉25g/L、氰化亞銅20g/L、氫氧化鈉40g/L、 錫酸鈉45g/L配制成電沉積銅錫合金鍍層鍍液，鍍液加加熱溫度為5(TC、陰 極電流密度為5A/dm2、時間為45min，電沉積銅錫合金鍍層厚度為11 15微 米；
鈍化由鉻酸30g/L、重鉻酸鉀20g/L、 98%濃度硫酸3ml/L配制成鈍 化溶液，在室溫條件下，鈍化溶液中鈍化時間為10sec;
浸鉬由鉬5%配制成鉬溶液，在室溫條件下浸鉬時間為5sec。
實施例5
脫脂將高鉻鋼接箍放入由磷酸三鈉49g/L、碳酸鈉47g/L、氫氧化鈉 65g/L組成的堿性脫脂劑中脫脂，堿性脫脂溫度為6(TC、時間直到干凈為止；
弱腐蝕在鹽酸中活化，預除高鉻鋼表面鈍化膜，鹽酸濃度為25%、時 間為68sec、溫度為30°C;
弱腐蝕、鍍鎳在4(TC下，在含鹽酸和氯化鎳的溶液中活化、陰極電沉 積鎳。氯化鎳含量為350g/L、 25%濃度鹽酸使得鎳溶液PH《1、電流密度為 3A/dm2、時間為3min;
鍍銅錫合金鍍層由氰化鈉30g/L、氰化亞銅28g/L、氫氧化鈉45g/L、 錫酸鈉55g/L配制成電沉積銅錫合金鍍層鍍液，鍍液加熱溫度為50°C、陰極 電流密度為5A/dm2、時間為60min，電沉積銅錫合金鍍層厚度為13 17微米；
鈍化由鉻酸40g/L、重鉻酸鉀30g/L、 98%濃度硫酸3ml/L配制成鈍 化溶液，在室溫條件下，鈍化溶液中鈍化時間為10sec;
浸鉬由鉬5%配制成鉬溶液，在室溫條件下，浸鉬時間為5sec。
上述實施例通過上、卸扣實物性能試驗，接頭螺紋和密封面不粘著，滿 足油管上、卸扣10次和套管4次的使用要求。
權利要求
1. 一種用于高鉻鋼表面鍍層制備方法，其特征在于包含以下步驟1)脫脂去除高鉻鋼工件表面的油脂；2)冷清洗在室溫下，時間≥20sec，去除工件表面吸附的乳化劑；3)弱腐蝕使用酸洗活化法，除去高鉻鋼表面鈍化膜，獲得活化潔凈的表面；4)弱腐蝕、鍍鎳在鍍鎳槽中進一步活化處理，獲得完全活化潔凈的表面，隨后在瞬間鍍上鎳，避免在高鉻鋼上再次形成鈍化膜；5)冷清洗在室溫下，時間≥20sec；6)鍍銅錫合金利用電沉積方法在高鉻鋼表面制備表面銅錫合金鍍層；7)冷清洗在室溫下，時間≥20sec；8)鈍化隔絕涂層與空氣的接觸，防止銅錫合金鍍層發生銅綠變色；9)冷、熱清洗冷清洗在室溫下，時間≥20sec熱清洗溫度≥60℃，時間≥20sec；10)浸鉬在鉬溶液中浸鉬，對鈍化后的涂層進一步保護，延長銅錫合金鍍層發生銅綠變色的時間。
2. 如權利要求1所述的用于高鉻鋼表面鍍層制備方法，其特征在于步驟1)中用堿性脫脂劑除去工件表面的油脂。
3. 如權利要求2所述的用于高鉻鋼表面鍍層制備方法，其特征在于所述堿性脫脂劑的組成為磷酸三鈉25 50g/L、碳酸鈉25 50g/L、氫氧化鈉 20 70g/L。
4. 如權利要求1所述的用于高鉻鋼表面鍍層制備方法，其特征在于步驟1) 中利用表面活性劑除去工件表面的油脂。
5. 如權利要求3或4所述的用于高鉻鋼表面鍍層制備方法，其特征在于脫 脂溫度為40 8(TC，脫脂時間以脫干凈為止。
6. 如權利要求1所述的用于高鉻鋼表面鍍層制備方法，其特征在于步驟3) 中弱腐蝕是在鹽酸中活化，鹽酸濃度為20% 36%、時間為40 70sec、溫 度為20 50°C。
7. 如權利要求1所述的用于高鉻鋼表面鍍層制備方法，其特征在于步驟4)中在含鹽酸和氯化鎳的溶液中活化、陰極電沉積鎳，氯化鎳含量為ioo 500g/L、 20% 36%濃度鹽酸使得鎳溶液1^《1、電流密度為0. 5 7A/dm2、 溫度為20 50°C，時間為1 7min。
8. 如權利要求1所述的用于高鉻鋼表面鍍層制備方法，其特征在于步驟6) 鍍銅錫合金將氰化鈉10 40g/L、氰化亞銅5 40g/L、氫氧化鈉10 50g/L、錫酸鈉20 60g/L配制成的鍍液加熱，溫度為25 55。C、陰極電 流密度為1 10A/dm2、時間為30 90min，進行電沉積銅錫合金鍍層制備。
9. 如權利要求1所述的用于高鉻鋼表面鍍層制備方法，其特征在于步驟8) 鈍化將高鉻鋼置于鉻酸10 70g/L、重鉻酸鉀5 40 g/L、 98%濃度硫 酸1 5ml/L配制成的鈍化溶液中鈍化，鈍化溫度為室溫，時間為5 10sec。
10. 如權利要求1所述的用于高鉻鋼表面鍍層制備方法，其特征在于步驟10)中的鉬溶液是鉬2 10%配制成，在室溫條件下，浸鉬時間為5 10sec。
全文摘要
本發明公開了一種用于高鉻鋼表面鍍層制備方法，其包含以下步驟脫脂、冷清洗、弱腐蝕、弱腐蝕+鍍鎳、冷清洗、鍍銅錫合金、冷清洗、鈍化、冷熱清洗、浸鉬。本發明在高鉻鋼上先預鍍鎳，再在鍍鎳的表面完成鍍銅錫合金的表面鍍層，與現有技術相比，其有益效果是提高了油套管接頭的抗粘著性能，實現了油套管接頭上卸扣完整性，保證了高鉻鋼油套管的使用性能。
文檔編號C25D5/34GK101545126SQ200810035028
公開日2009年9月30日 申請日期2008年3月24日 優先權日2008年3月24日
發明者唐豪清, 曹世榮, 琍 王, 許順華 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司;上海淵輝金屬表面處理有限公司