[发明专利]一种金属表面微织构及强粘接性聚合物润滑层制备方法

说明书

通过不同表面处理工艺，如：喷砂、激光加工、阳极氧化等，调控金属表面凹凸阵列，并采用过渡金属溶液反应处理表面微结构空间产生聚合物聚合催化活性位,构筑金属表面催化转化层，为聚合物润滑层原位聚合提供反应空间。同时，使用金属表面改性剂多取代基多巴胺分子，该改性剂具有羟基（‑OH）聚合官能团及胺基与季胺（‑NH、‑NH‑、=N‑）固化官能团，研究该化合物在酸碱度（pH=4‑9）与氧气条件下，经金属表面催化层诱导形成界面粘附层。基于改性剂的聚合官能团，与环氧分子官能共聚反应产生交联网络键合结构，该工艺克服了传统环氧单体聚合物与外加固化剂反应的形成润滑层的低粘附强度、不均匀或易脱落的难题，可用于制备金属表面界面强粘接性润滑层，为金属表面的耐磨防护提供一种新方法。

技术领域

本发明属于固体润滑技术领域，尤其金属表面强粘附润滑层及其制备方法。

背景技术

我国东部石油资源储量减少，中西部陆地深层油藏将成为油田开发的主战场。针对中西部复杂地层条件，大斜度井、大位移井及丛式井等钻采技术迅速的发展起来，与传统的直井钻井技术相比，其钻井周期长、摩阻大、工况条件苛刻等特点，传统润滑油或润滑脂的自身减摩特性已经难以满足苛刻工况的具体要求，从而造成套管等钻具严重磨损。

钻具在深层油气田开发过程中，面临的工况条件十分复杂，如：高温（200～260 °C）、高地层压力及高气液侵蚀等，要求钻具材质必须具备良好的耐高温、耐磨损、耐腐蚀及抗疲劳等性能， 即使X-95、G-105和S-135等高强度钻杆钢往往也无法满足具体工况要求。

近年来，针对特种钢、铝合金及不锈钢等金属材料的润滑和耐磨问题展开了大量研究工作，其中以表面改性和涂层居多。提高金属表面耐磨性方法主要分为三类：（1）表面处理提高耐磨性，主要研究方法有：表面渗碳、渗氮等，但渗碳、渗氮层较薄，润滑层寿命有限；（2）表面自组装膜、涂层与油脂润滑层，产生抗磨减阻性，但润滑层的均匀性与时效性有待提高。（3）表面构建聚合物基、陶瓷基或复合材料保护层，可产生固体自润滑性，但尚需克服保护层脱落及磨粒磨损等问题；显然，实现金属材料在苛刻工况环境下高效使役性是一个长期目标，创制一种金属表面的强粘附、自润滑性能优异的聚合物复合保护层已经刻不容缓。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种界面强粘接性、自修复与自润滑于一体的多功能保护层及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种金属表面微织构及强粘接性聚合物润滑层，包括如下部分：

金属表面微织构，包括表面喷砂、激光刻蚀、阳极氧化工艺，

粘附剂，含有多官能团的多巴胺分子单体，

聚合物润滑层，含有环氧基团的聚合物单体

一种金属表面微织构及强粘接性聚合物润滑层制备方法，包括如下步骤：

(1) 将一定尺寸的轴承钢样品通过除油等前处理工艺，调整磨粒尺度，喷砂机喷嘴出口压力，喷嘴距样品距离等参数，获得适宜的表面粗糙度，对样品表面进行后处理，最终得到具有微织构的金属表面；

(2) 将一定尺寸的轴承钢样品通过除油等前处理工艺，选择纳米激光器，调整脉冲能量，调节激光的平均功率等激光刻蚀工艺，最终获得适宜的表面粗糙度，对样品表面进行后处理；

(3) 阳极氧化工艺，以铝合金为材质，调控电流密度、电解液硫酸浓度、铝离子浓度、氧化时间、电解液温度等氧化工艺氧化完毕后，最终获得适宜的表面多孔形貌，然后对样品进行清洗；

(4)配制：将一定质量的硫酸镍、硫酸钴、氯化钌、硼酸等溶解于去离子水中，调控适宜pH，配制成一定浓度的催化活性溶液；

(5) 将步骤(1)~(3)所得到的具有表面微结构的金属板，在一定温度下浸渍在催化活性溶液中，最终获得金属表面催化层；