淺談石油鉆采裝備替代鍍硬鉻的表面處理工藝

盧玉芝

摘 要：鍍硬鉻憑借優(yōu)良的耐磨性被大面積應(yīng)用在石油鉆采設(shè)備內(nèi)的每一個部件中，然而，隨著產(chǎn)品質(zhì)量和用戶標(biāo)準(zhǔn)的提升，鍍硬鉻無法再滿足產(chǎn)品使用標(biāo)準(zhǔn)。為此，本文關(guān)于鍍硬鉻替代問題的探究具有重要意義。筆者首先剖析電鍍鉻工藝當(dāng)前存在的問題，然后研究幾種替代工藝，希望可為相關(guān)的探索活動提供參考，研制出更多可行、合理的替代工藝。

關(guān)鍵詞：石油鉆采裝備；替代；鍍硬鉻；表面處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.033

一直以來，鉻鍍層不僅用作裝飾涂層，而且還可充當(dāng)機(jī)械零部件的主要耐蝕涂層。其中電鍍硬鉻鍍層主要用于修復(fù)某些破損部件，且應(yīng)用成效顯著。但電鍍硬鉻工藝卻可能帶來環(huán)境問題，這是因?yàn)殄冦t工藝所需鉻酸溶液可能生成含鉻酸霧與廢水，并還存在諸多不足。研究人員長期以來都在試圖尋找一種替代工藝，截止到當(dāng)前，已研制出許多工藝，同時得到了高度應(yīng)用。

1 電鍍鉻工藝當(dāng)前存在的問題

對于石油鉆采設(shè)備而言，主要應(yīng)用電鍍鉻進(jìn)行表面處理。鍍鉻憑借成本低廉、工藝操作簡單等特定在耐磨性涂層重得到了廣泛應(yīng)用。常規(guī)條件中，耐大氣輻射所用電鍍硬鉻層實(shí)際厚度大小介于20-40μm之間，而腐蝕性化學(xué)物質(zhì)所用鍍鉻層實(shí)際厚度大小則介于50-75μm之間。雖然鍍硬鉻具有優(yōu)良的通用性，但并不優(yōu)秀，具體存在下述問題：其一，在質(zhì)量平穩(wěn)性控制方面，表現(xiàn)出不適性，加工成品各不相同，嚴(yán)格規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量管控工作；其二，鍍鉻自身的硬度情況與抗蝕性均無法滿足現(xiàn)下公司所提出的標(biāo)準(zhǔn)。鍍鉻層基于應(yīng)力作用極有可能出現(xiàn)剝落和失效等問題。同時，電鍍鉻環(huán)節(jié)還會因鉻離子引發(fā)環(huán)境污染。由此可知，基于電鍍鉻工藝進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)展研究相關(guān)替代工藝十分必要。下面本文將重點(diǎn)闡述幾種替代工藝，下述工藝既具有一定優(yōu)勢，也存在局限性。

2 表面處理替代工藝

2.1 熱噴涂

石油化工設(shè)備內(nèi)部的軸類零件主要借助Co-WC合金取締鍍硬鉻，這顯著改善了產(chǎn)品品質(zhì)。此工藝涉及的超音速火焰噴涂不僅適用性好，而且涂層孔隙率不高，能夠獲得優(yōu)良的膜層。它主要具有下述特點(diǎn)：粉粒溫度不高、氧化不強(qiáng)，然而只適合應(yīng)用在金屬粉末和陶瓷粉末中；粉粒運(yùn)動高效；粉粒尺寸不大、分布范圍狹小；涂層結(jié)合強(qiáng)度與致密度均較為優(yōu)良，不會出現(xiàn)分層現(xiàn)象；涂層自身的粗糙度低下；噴涂距離能夠在較大范圍出現(xiàn)變動，但不會對噴涂質(zhì)量產(chǎn)生任何影響；噴涂效果優(yōu)良，便于操作；噪音顯著，應(yīng)配備隔音與防護(hù)裝置。

此工藝屬于新技術(shù)，并在防腐、修復(fù)以及機(jī)械制造過程得到了高度應(yīng)用，能夠應(yīng)用在船舶、橋梁與造紙等不同領(lǐng)域；能夠應(yīng)用在機(jī)械制造過程零件尺寸異常的恢復(fù)和模具高效制造中；能夠在某種程度上取締電鍍工藝。其應(yīng)用會帶來顯著的效益，然而，熱噴涂也具有一定缺點(diǎn)，具體如下：設(shè)備成本大、涂層超厚無法有效控制、不能有效處理復(fù)雜繁瑣的集合結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用在大型、形狀較為單一的零部件中。

2.2 化學(xué)鍍

化學(xué)鍍也被叫做無電鍍，在還原金屬粒子時所需電子為經(jīng)由化學(xué)反應(yīng)直接形成于溶液內(nèi)部的。它和電鍍相比具有優(yōu)良的均鍍能力，能夠應(yīng)用在相撞繁瑣、存在內(nèi)控內(nèi)腔鍍件上，孔隙率不高，化學(xué)鍍層大多具有較強(qiáng)的耐蝕性，且耐磨性優(yōu)良。石油鉆采設(shè)備時常應(yīng)用化學(xué)膜，具體衛(wèi)鍍鎳、Ni、P鍍，其中鍍鎳、P鍍層，硬度能夠達(dá)到550HV，其耐磨性顯著，無論在何種磨損情形中，化學(xué)鎳鍍層均具有顯著特色，可在大多數(shù)情形下能夠取代硬鉻，充當(dāng)抗磨鍍層。另外，化學(xué)鍍和電鍍的基本差異為化學(xué)鍍鎳層十分均勻，對于鍍液可浸泡的，只要溶質(zhì)完全交換，則鍍層便非常均勻，近乎能夠達(dá)到仿形目標(biāo)。電鍍不能對形狀繁瑣工件進(jìn)行全表面施鍍處理操作，然而，化學(xué)鍍卻能夠?qū)Ω鱾€形狀工件施鍍。高磷含量化學(xué)鍍鎳層是非晶態(tài)，且鍍層表面不存在一點(diǎn)晶體間隙，但電鍍層作為代表性晶態(tài)鍍層，具有晶間間隙。電鍍由于存在外加電流，因此，其鍍速遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出化學(xué)鍍，對于厚度一樣的鍍層，電鍍優(yōu)于化學(xué)鍍。化學(xué)鍍層的整體結(jié)合力也超出了電鍍層。化學(xué)鍍因大量運(yùn)用添加劑，不涉及有害物質(zhì)，相對而言較為環(huán)保。對于化學(xué)鍍，現(xiàn)下市場上僅僅有純鎳磷合金這一種顏色，但電鍍卻有不同的色彩。

鎳磷鍍即便在石油化工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，同時，耐蝕效果優(yōu)良，但工藝相對復(fù)雜，應(yīng)進(jìn)行后續(xù)熱處理操作，且無法達(dá)到要求的厚度大小。

2.3 電鍍鎢合金

鎢合金電鍍屬于新興技術(shù)，主要應(yīng)用在石油鉆采機(jī)械和工程機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的零部件中，其耐磨性、耐腐蝕性等十分優(yōu)良。進(jìn)行電鍍處理的產(chǎn)品能夠應(yīng)用在非常惡劣的環(huán)境中。

鎢合金鍍層十分緊密，且鍍層鍍鈦硬度近乎600Hv，進(jìn)行熱處理操作后，硬度能夠達(dá)到1000Hv，同時，和基體存在優(yōu)良的結(jié)合力，能夠應(yīng)用在不同的金屬基體中。工藝過程不存在有害物排放，綠色環(huán)保，鍍層中也沒有毒害物質(zhì)，鍍層厚度能夠維持在0.8mm左右。

電鍍鎢合金層為抗磨抗蝕有效融合的現(xiàn)代技術(shù)，高抗硫環(huán)境工作的零部件選用這一技術(shù)。相關(guān)試驗(yàn)探索表明其工藝性能較為可靠，耐磨性較強(qiáng)，能夠取代鍍硬鉻，且和鍍硬鉻相比具有優(yōu)良的高溫性能與抗鹽酸性能。然而，該技術(shù)也存在不足，例如，技術(shù)普及性不高，國內(nèi)能夠應(yīng)用這一技術(shù)的單位相對較少，基于此可知其工期較長，且成本高，不能全面應(yīng)用于常規(guī)產(chǎn)品中。另外，從當(dāng)前形勢來說，也不能真正取締鍍硬鉻。

3 結(jié)語

無論是哪種表面處理工藝均存在優(yōu)缺點(diǎn)，并具有局限性。在具體設(shè)計(jì)過程，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況、基本的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與經(jīng)濟(jì)環(huán)保需求選擇恰當(dāng)?shù)奶幚砉に嚒Ｔ谖磥恚I(yè)水平將不斷提升，也會研制出耐磨性較強(qiáng)、耐腐蝕性優(yōu)良和抗高溫氧化優(yōu)良的涂層。

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