[发明专利]一种随钻测量仪器外筒耐磨耐蚀高熵合金梯度复合涂层

说明书

本发明属于涂层技术领域。具体涉及一种随钻测量(Measurement While Drilling，MWD)仪器外筒耐磨耐蚀高熵合金梯度复合涂层。该梯度复合涂层从基体至表面依次设置粘结层、第一过渡层、第二过渡层和工作层；粘结层喷涂NiCrAl复合粉末；过渡层喷涂NiCrAl复合粉末和由TiN粉末、高熵合金粉末组成的混合粉末；工作层喷涂TiN粉末和高熵合金粉末组成的混合粉末。本发明采用NiCrAl复合粉末、TiN粉末和高熵合金粉末材料进行成分梯度设计，使涂层的物理、化学性能和组织结构连续过渡，有效降低了涂层的内应力，大幅提高随钻测量仪器外筒表面涂层的硬度、强度、耐磨性和耐蚀性，延长其使用寿命。

技术领域

本发明属于涂层技术领域，具体涉及一种随钻测量(Measurement WhileDrilling，MWD)仪器外筒耐磨耐蚀高熵合金梯度复合涂层。

背景技术

铜合金具有优良的导电性、导热性、成形性及塑性；电极电位是正值，具有很好的耐蚀性能，常用在连铸结晶器、炼铁高炉风口、冷转炉氧枪喷头，离子加热喷嘴、钢坯热切割枪割嘴等耐高温的工况环境，但是铜合金的耐磨性能较差，工程应用中常需要进行表面强化处理，减少磨损，提高零件寿命。

高熵合金是近年来金属材料领域内发展迅猛的一种新材料，因为其热力学上的高熵效应，结构上的晶格畸变效应，动力学上的迟滞扩散效应和性能上的“鸡尾酒”效应，具有优异的力学性能和功能特性，特别是近几年发展出的高熵合金复合材料在耐腐蚀、耐磨损、耐高温等性能方面尤为突出，因而高熵合金及其复合材料也日渐成为制备优异合金涂层的备选用材。但是，目前高熵合金涂层在体系选择、功能设计、工艺优化、机理研究等方面还有着大量的空白，其中，高熵合金涂层中激光熔覆单道次熔覆宽度过小，而熔覆道次之间实现良好的“搭接”是大面积熔覆层制备的关键点，同时局部温升高易产生热应力等也是需要重点关注的；磁控溅射难以制备大厚涂层；热喷涂的涂层与基体的结合强度不够。

随钻测量(Measurement While Drilling，MWD)仪器外筒常用材料为铍青铜，随着非常规油田的开发，MWD仪器在该类型钻井施工中发挥着重要作用。但由于钻井过程中极其恶劣的工况，MWD仪器在使用过程中，钻井液对MWD仪器外筒的冲蚀和沙粒对外筒的磨损导致外筒发生刺漏，严重影响钻井作业周期和生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服钻井液对随钻测量仪器外筒的冲蚀磨损，提出了一种随钻测量仪器外筒耐磨耐蚀高熵合金梯度复合涂层，可以有效降低涂层的内应力，大幅度提高随钻测量仪器外筒表面涂层的硬度、强度、耐磨性和耐蚀性，延长其使用寿命。

本发明的技术方案如下：

一种随钻测量仪器外筒耐磨耐蚀高熵合金梯度复合涂层，该梯度复合涂层从基体至表面依次设置粘结层、第一过渡层、第二过渡层和工作层。

其中，粘结层由NiCrAl复合粉末组成；工作层由TiN粉末和高熵合金粉末组成；第一过渡层由NiCrAl复合粉末和与工作层相同组分的金属-陶瓷复合粉末(TiN粉末和高熵合金粉末)组成；第二过渡层由NiCrAl复合粉末和与工作层相同组分的金属-陶瓷复合粉末(TiN粉末和高熵合金粉末)组成。

NiCrAl复合粉末中，Cr的含量为6～18wt％，Al的含量为5～10wt％，余量为Ni，NiCrAl复合粉末，平均粒径为38～63μm；

TiN粉末，平均粒径为18～43μm；高熵合金粉末，平均粒径为45～106μm。

本发明选择AlCoCrFeNiTi高熵合金粉末，工作层中加入高熵合金粉末的含量占TiN粉末和高熵合金粉末总质量的10～30wt％。

第一过渡层中，NiCrAl复合粉末与TiN粉末和高熵合金粉末混合物的质量比为3:(1.5～2.5)；

第二过渡层中，NiCrAl复合粉末与TiN粉末和高熵合金粉末混合物的质量比为(1.5～2.5):3。