钻井液环境中超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层的摩擦学性能研究

发布时间：2017-10-11 07:26

  本文关键词：钻井液环境中超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层的摩擦学性能研究

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【摘要】：钻探机具零部件服役时在挤压、剪切以及交变接触应力的作用下易发生磨粒磨损、粘着磨损、接触疲劳等机械损伤;而在钻井液中腐蚀介质的作用下,钻探机具易损零部件还会发生化学损伤。采用热喷涂技术对钻探机具易损零部件进行表面强化,可以显著提升钻探机具的耐蚀性和耐磨性,进而提高其工作性能和服役寿命。因此,钻探机具易损零部件及其表面强化层在钻井液环境中的组织结构及摩擦学性能的演变规律,对于保证钻探机具的服役安全具有重要的科学意义。本文采用超音速火焰喷涂技术在调质45钢基材表面制备了一层厚度约为200μm的WC-10Co4Cr金属陶瓷涂层。使用工业配方配置了不同pH值的饱和盐水钻井液,并将涂层浸泡在钻井液中进行168小时的腐蚀试验。采用电化学工作站对腐蚀前后的涂层试样进行了动电位极化测试和电化学阻抗测试。分析了涂层的电化学失效机理以及不同pH值饱和盐水钻井液腐蚀对涂层显微结构的影响。采用CSM摩擦磨损试验机对腐蚀前后的涂层试样进行了往复式滑动摩擦学实验,系统研究了饱和盐水钻井液腐蚀对涂层的摩擦系数、磨损率及磨损机制的影响规律。采用RM-1型多功能对辊式摩擦磨损试验机,对腐蚀前后的涂层试样的涂层试样进行了接触疲劳试验,系统研究了饱和盐水钻井液腐蚀对涂层的接触疲劳寿命分布及接触疲劳失效行为的作用机制。配制了不同降滤失剂含量和膨润土含量的水基钻井液,基于CSM摩擦磨损试验机,系统分析了钻井液中降滤失剂含量以及膨润土含量对涂层摩擦学性能和磨损机制的影响规律。
【关键词】：热喷涂 钻井液 电化学 磨损
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 热喷涂技术10-12
• 1.2.1 热喷涂技术简介10-11
• 1.2.2 常用热喷涂方法11-12
• 1.3 金属陶瓷涂层的性能及失效机理12-19
• 1.3.1 金属陶瓷涂层简介12-13
• 1.3.2 金属陶瓷涂层的滑动磨损失效13-14
• 1.3.3 金属陶瓷涂层的接触疲劳失效14-19
• 1.3.4 金属陶瓷涂层的腐蚀失效19
• 1.4 主要研究内容19-21
• 第二章 涂层的制备及表征21-28
• 2.1 引言21
• 2.2 涂层的制备21-23
• 2.2.1 喷涂预处理21-22
• 2.2.2 超音速火焰喷涂22-23
• 2.3 WC-10Co4Cr涂层的结构表征与性能测试23-27
• 2.3.1 涂层的微观结构23-24
• 2.3.2 涂层的相结构24-26
• 2.3.3 涂层的力学性能26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 饱和盐水钻井液腐蚀对涂层滑动摩擦性能的影响28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 实验方法28-30
• 3.3 WC-10Co4Cr涂层在不同pH值饱和盐水钻井液中的电化学性能30-33
• 3.4 钻井液腐蚀对涂层滑动摩擦性能的影响33-36
• 3.5 WC-10Co4Cr涂层滑动磨损失效机理36-40
• 3.5.1 剥落失效37-38
• 3.5.2 粘着失效38-39
• 3.5.3 WC粒子脱落39-40
• 3.6 本章小结40-42
• 第四章 饱和盐水钻井液腐蚀对涂层接触疲劳性能的影响42-50
• 4.1 引言42
• 4.2 实验方法42-43
• 4.3 涂层接触疲劳寿命43-44
• 4.4 涂层接触疲劳失效机制44-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第五章 钻井液润滑条件下涂层的滑动摩擦性能50-59
• 5.1 引言50
• 5.2 实验方法50-51
• 5.3 降滤失剂含量对钻井液润滑性的影响51-54
• 5.4 膨润土含量对钻井液润滑性的影响54-57
• 5.5 钻井液润滑条件下涂层滑动摩擦失效机理57-58
• 5.6 本章小结58-59
• 第六章 结论59-61
• 参考文献61-67
• 致谢67-68
• 作者简介68

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本文编号：1011242