[发明专利]在石油钻杆表面制备WC硬质合金耐磨带的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻井装置部件表面制备耐磨涂层的方法，特别是涉及一种采用激光熔覆技术在钻井装置石油钻杆表面制备WC硬质合金耐磨带的方法，属于激光熔覆技术领域。

背景技术

石油钻杆接头耐磨带主要作用是为了保护套管，同时防止钻具的磨损。堆焊在钻具的表面，起到双重保护的目的。可以使用在裸眼井和水平井工程中的钻具上。对于保护套管、钻杆、加重钻杆和钻铤在石油钻井工程中不被磨损起到了重要的作用。可以增加3到5倍以上的钻具使用寿命。

石油钻杆接头耐磨带要求具有下列基本功能：一、将套管磨损状态降至最低程度；二、耐磨带的磨损，代替了钻杆接头和套管的磨损；三、裸眼井钻进时的抗磨效果几乎等同于碳化钨；60以上的洛氏硬度确保钻杆接头和套管之间的理想摩擦和均衡保护；四、可以堆焊在新旧钻杆接头、钻铤、加重钻杆，以及各种井下工具表面；五、可“凸焊”方式，让所有的摩擦负担由耐磨带代替；六、耐久的抗磨寿命，大大减少了起下钻、重新修焊和往返，运输的时间及成本。

石油钻杆耐磨带一般采用堆焊硬质合金，但由于堆焊层的金相组织粗大，气孔、裂纹粗大、夹杂较多，堆焊时硬质相分解严重，影响了耐磨带使用，在使用中经常出现剥落、耐磨性不够、寿命低等问题。其中，堆焊时硬质相分解严重是难以解决的问题。一般采用大颗粒WC，由于WC硬质合金在堆焊过程中其高脆性难以承受堆焊过程产生的较大拉应力，产生微裂纹，造成了使用中出现剥落现象，使堆焊层耐磨性下降，钻具使用寿命降低。

因此，选择适当的在石油钻杆表面制备WC硬质合金耐磨带的工艺，使石油钻杆表面的WC硬质合金耐磨带与基体结合强度高、耐磨性能好、合金涂层的厚度均匀，是所属领域当前亟待解决的课题。

激光熔覆技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。

激光熔覆技术利用高能量激光束聚集能量极高的特点，瞬间将在基材表面预置或与激光同步自动送置的、具有特殊物理、化学或力学性能的合金粉末完全熔化，同时基材部分熔化，形成一种新的复合型材料，激光束扫描后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密覆层，以达到恢复几何尺寸和表面强化的目的。

目前，关于利用激光熔覆工艺制备设备部件耐磨合金涂层的专利和报道很多：例如，

公开号为CN 1932082的中国发明专利申请给出的《在结晶器表面激光快速熔覆制备耐磨抗热复合涂层工艺》，其特点在于利用高功率激光器，通过激光快速扫描在结晶器铜板表面熔覆与基体成冶金结合的良好的韧性打底过渡层，并通过激光宽带熔覆在打底合金表面制备耐磨及抗热性能优良的钴基合金。

公开号为CN1786272的中国发明专利申请给出的《激光熔覆镍基纳米WC/Co预涂层的制备方法》，该制备方法包括下列步骤：①按每克重的虫胶与10～20克重的无水乙醇称量虫胶和无水乙醇，然后将所述的虫胶加入无水乙醇中制成粘结剂；②根据需要按每克镍基纳米WC/Co粉末与0.1毫升～0.25毫升的粘结剂的比例，称量镍基纳米WC/Co粉末和所述的粘结剂并混合，充分搅拌均匀制成预涂胶；③将上述预涂胶均匀地涂在待激光熔覆处理的工件表面，制成预涂层；④烘干。采用自制的粘结剂制备镍基纳米WC/Co预涂层，然后再采用激光熔覆工艺，制备出了表面较平整，较细密、基本消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的镍基纳米WC/Co复合涂层。

公开号为CN101338427的中国发明专利申请给出的《液压支架立柱缸筒、活塞杆耐磨抗蚀涂层的激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先立柱缸筒、活塞杆表面预处理：室温下对立柱缸筒、活塞杆表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净；然后合金粉末的选择和自动送粉装置的调节：选用具有优良耐磨抗蚀性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，铁基合金粉末的成份中主要含有Fe、C、Cr、Ni、Mo、Si、N、Nb、Ta、B；最后自动送粉装置的调节：调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.6-1.2mm。