本發(fā)明涉及在石油勘探開采中使用的油套管用接頭表面處理方法，屬于表面處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種油套管螺紋接頭用固體潤滑涂料及涂覆方法。
背景技術(shù)：
石油天然氣勘探開發(fā)必須使用油套管產(chǎn)品，套管用螺紋連接成套管柱，形成采油通道，油管用螺紋連接成油管柱進行采油。油套管接頭由內(nèi)螺紋和外螺紋組成，使用過程通過上扣和卸扣進行螺紋的擰緊和松開，螺紋接頭相當于一對摩擦副，當內(nèi)螺紋和外螺紋表面相互接觸時，從微觀來看，兩個接觸體的實際接觸面積只在結(jié)合表面少數(shù)微凸體上，由于接觸壓力很高，引起微凸體塑性變形，局部形成焊合點，同時由于內(nèi)螺紋和外螺紋材質(zhì)相同，互溶性大，在內(nèi)外螺紋表面的相對滑動時，引起油套管螺紋接觸部位金屬遷移產(chǎn)生粘著失效，即油套管接頭發(fā)生粘扣。由于油套管接頭重復(fù)上卸扣不發(fā)生粘扣是其重要性能指標之一，為此，對接頭連接表面進行磷化、電鍍銅錫合金等表面處理，在上扣時，再采用在接頭連接處涂覆螺紋脂，確保接頭連接處不發(fā)生粘扣失效。但螺紋脂中含有以鉛、鋅為主的重金屬粉末，這些重金屬粉末對環(huán)境會造成嚴重污染，不能滿足環(huán)境保護的要求，目前北海在石油天然氣勘探開發(fā)中已禁止使用螺紋脂。針對油套管產(chǎn)品在使用中既要保證上卸扣不粘扣性能，又要滿足環(huán)保要求，開發(fā)不使用螺紋脂環(huán)保型油套管接頭是解決問題的唯一方法。
經(jīng)國內(nèi)外專利檢索，查到十個相關(guān)專利。專利一：具有帶表面涂層的楔形螺紋的管狀接頭(專利申請?zhí)枺?01080056281.2)，該專利是一種用于管的包含銷釘元件和套管元件的螺紋接頭，所述銷釘元件具有與所述套管元件的內(nèi)螺紋相對應(yīng)匹配的外螺紋，該內(nèi)和外螺紋的螺紋形狀具有基本上為燕尾形的輪廓并具有入扣齒面和負載齒面以及平的齒根和牙頂，其中， 該套管元件上的內(nèi)螺紋在一個方向上寬度增加，而該銷釘元件上的外螺紋在另一個方向上寬度增加，因此該螺紋的齒根，牙頂以及齒面一起移動并形成密封，該密封能抵抗在密封之間的流體流動。該螺紋接頭進一步包括施用于內(nèi)外螺紋的特定區(qū)域的含氟聚合物基涂層，并且在內(nèi)外螺紋上缺少含氟聚合物基涂層的區(qū)域配置樹脂涂層，其中該含氟聚合物基涂層和該樹脂涂層被配置為在內(nèi)外螺紋的整個表面形成具有基本均勻厚度的涂層。本申請專利和該專利的涂層體系不一樣，該專利的有機粘結(jié)劑為環(huán)氧樹脂，本申請專利的有機粘結(jié)劑為聚酰胺酰亞胺、環(huán)氧樹脂和聚乙烯醇縮丁醛組成的混合樹脂。專利二：帶有固體潤滑劑涂層的楔形螺紋(專利申請?zhí)枺?01080056638.7)，該專利用于一種管道連接，其包含具有外部楔形螺紋的銷釘元件，該銷釘元件被配置為連接到具有相應(yīng)內(nèi)部楔形螺紋的套管元件，并且在內(nèi)部和外部楔形螺紋中的至少一個上施用固體潤滑劑涂層，其中該固體潤滑劑涂層包含由含有鋅顆粒的環(huán)氧樹脂制成的干的抑制腐蝕涂層的第一均勻?qū)雍透采w在第一均勻?qū)由系母傻臐櫥瑒┩繉拥牡诙鶆驅(qū)印煞N專利的不同點：1)粘結(jié)劑不同，該專利為無機粘結(jié)劑，本申請專利為有機粘結(jié)劑；2)涂層結(jié)構(gòu)不同，該專利為雙層，本申請專利為單層；3)涂料中添加的防腐組分不同，該專利為含有鋅顆粒的環(huán)氧樹脂，本申請專利為二氧化鈦和硬脂酸鈣。專利三：一種自潤滑燒結(jié)涂料以及涂覆方法(專利申請?zhí)枺?01110261890.8)，該專利公開了一種自潤滑涂料，屬于固體干膜潤滑劑。以聚酰胺酰亞胺樹脂為粘結(jié)劑，固體潤滑劑為聚四氟乙烯，耐磨添加劑選用改性二硫化鉬，并添加少量的流平及消泡助劑。噴涂燒結(jié)后的干膜涂層具有良好的潤滑性、耐磨性。適用于中等負荷的零件或相對靜止狀態(tài)下要求長期耐磨的使用工況，也可用于油管及套管螺紋接頭處。兩種專利的不同點：1)兩個專利的有機粘結(jié)劑和固體潤滑劑的含量不同；2)混合溶劑的組成不同，該專利為無水乙醇和n甲基吡咯烷酮的混合溶劑，本申請專利混合溶劑由n甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、環(huán)已酮組成。專利四：適合于管狀螺紋接頭的潤滑涂層組合物(專利申請?zhí)枺?00780042743.3)，該專利所述螺紋接頭涂覆潤滑涂層組合物包含一種或多種選自堿性磺酸鹽、堿性水楊酸鹽、堿性酚鹽和堿性羧酸鹽的堿性 潤滑劑，并且當在海水中28天后測量時，該組合物具有生物降解性值(bod)至少20％。兩種專利的不同點：與申請專利的涂料組成不同，本申請專利固體滑潤劑中的二硫化鉬、三氧化二銻，以及防腐蝕劑中二氧化鈦表面采用了改性處理。專利五：具有改良的耐磨損和防銹性的鋼管絲扣接頭(專利申請?zhí)枺?2804104.6)，該專利采用噴鍍法涂有多孔鋅或鋅合金底層，和固體潤滑膜(膜含在有機或無機粘合劑中的潤滑粉末)，或者是不含重金屬粉的液體潤滑膜(例如主要以高堿性有機酸金屬鹽，例如高堿性磺酸鹽為基礎(chǔ)的液體膜)。表面處理后接頭可防腐蝕和重復(fù)多次使用。兩種專利的不同點：與申請專利的涂料組成不同，本申請專利固體滑潤劑中的二硫化鉬、三氧化二銻，以及防腐蝕劑中二氧化鈦表面采用了改性處理。兩個專利固體潤滑涂層涂覆工藝不同。專利六，一種防螺紋粘著磨損自潤滑涂料及其制備方法(專利申請?zhí)枺?00710018769.6)，該專利是雙組分自潤滑涂料，由組分a與組分b組成，組分a中各原料的重量百分比為：成膜物質(zhì)：40-90％，固體潤滑材料：5-60％，助劑：0-10％，溶劑：0-50％，顏料：0-10％，填料：0-10％；組分b中各物質(zhì)的重量百分比為：固化劑：50-100％，溶劑：0-50％；組分a與組分b的重量比為1∶0.1-5。涂料涂覆后在常溫下固化。兩種專利的不同點：兩專利的涂料組成和涂料涂覆方法不同。該專利為雙組分涂料，常溫固化，而本專利為單組分涂料，高溫固化。同時，本專利固體滑潤劑中的二硫化鉬和三氧化二銻，以及防腐蝕劑中二氧化鈦表面采用了改性處理。專利七：具有高和低摩擦涂層的螺紋連接件(專利申請?zhí)枺?00680044680.0)，該專利開發(fā)了用于螺紋接頭連接部位的低摩擦性能涂層和高摩擦性能涂層，取代通常接頭連接使用的螺紋脂。本發(fā)明專利與之涂料組分不同，涂覆方法也不同。專利八：油套管接頭用防粘扣涂料及涂覆方法(專利申請?zhí)枺?01010523055.2)，該專利開發(fā)了一種油套管接頭用防粘扣涂料及涂覆方法，涂料為一種組合物，組分為聚苯硫醚、聚四氟乙烯、二硫化鉬、聚乙烯吡咯烷酮、辛基苯基聚氧乙烯醚和水。本發(fā)明專利與之涂料組分不同，涂覆工藝也不同。專利九：一種油套管接頭復(fù)合表面層及處理方法(專利申請?zhí)枺?01210021239.8)，該專利提供了一種油套管接頭復(fù)合表面層及其處理方法，復(fù)合表面層包括直接與油套管 接頭接觸的磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層和涂覆于其上的有機粘結(jié)固體潤滑涂層，涂層組分為聚酰胺酰亞胺、改性二硫化鉬、三聚氰胺氰尿酸鹽和水。本發(fā)明專利與之涂料組分不同，涂覆工藝也不同。專利十：一種油套管接頭防粘扣涂層及其制備方法(專利申請?zhí)枺?01310461307.7)，該專利提供的涂料組分為：有機粘結(jié)劑、固體滑潤劑、防腐蝕劑、流平劑、潤濕劑、混合溶劑。在磷酸鹽處理的油套管接頭表面，通過噴涂工藝得到油套管接頭不使用螺紋脂防粘扣涂層。該專利涂料中所用的有機粘結(jié)為單一組分的樹脂，且該專利所發(fā)明的涂料涂覆在經(jīng)磷酸鹽處理的工件上使用時才能達到所要求的性能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種防粘扣固體潤滑涂料及涂覆方法，得到油套管接頭不使用螺紋脂防粘扣涂層，解決了螺紋脂中重金屬粉末對環(huán)境造成的污染。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種防粘扣固體潤滑涂料，其包括按重量百分數(shù)計的如下組分：
作為優(yōu)選方案，所述溶劑的用量為固體組分總重量的1～3倍。
作為優(yōu)選方案，所述混合樹脂為聚酰胺酰亞胺、環(huán)氧樹脂和聚乙烯醇縮丁醛的混合物。本發(fā)明中，聚酰胺酰亞胺、環(huán)氧樹脂和聚乙烯醇縮丁醛組成的混合樹脂為固體潤滑涂料的有機粘結(jié)劑組分，充分發(fā)揮各樹脂的特性，達到增強固體潤滑涂層與金屬基體間的粘附強度。
作為優(yōu)選方案，所述聚酰胺酰亞胺、環(huán)氧樹脂和聚乙烯醇縮丁醛的重 量比為(10～30)：(5～20)：(1～10)。
作為優(yōu)選方案，所述增韌劑為檸檬酸三正丁酯、鄰苯二甲酸二辛脂和乙酰檸檬酸三正丁酯中的至少一種。選用檸檬酸三正丁酯作為增韌劑，用以改善環(huán)氧樹脂的脆性，提高涂層韌性，防止涂層在重載下被壓碎而失效。
作為優(yōu)選方案，所述固體潤滑劑為二硫化鉬、三氧化二銻和聚四氟乙烯的混合物。
作為優(yōu)選方案，所述二硫化鉬、三氧化二銻和聚四氟乙烯的重量比為(20～45)：(1～10)：(5～15)。
作為優(yōu)選方案，所述耐磨助劑為三聚氰胺尿酸鹽；所述耐腐蝕劑為二氧化鈦和硬脂酸鈣的混合物；所述溶劑為n甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、乙酸乙酯和丙酮的混合物，優(yōu)選地，n甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、乙酸乙酯和丙酮的體積比為：4：4：1：1。
作為優(yōu)選方案，其余助劑由分散劑、流平劑和潤濕劑中的一種或多種組成，可酌情添加。
mos2、sb2o3、ptfe為本發(fā)明涂層的固體潤滑劑，三聚氰胺尿酸鹽(mca)為耐磨助劑，以進一步提高固體潤滑特性。sb2o3與mos2有協(xié)同效應(yīng)，加入ptfe的主要作用是調(diào)整涂層的摩擦特性。二氧化鈦和硬脂酸鈣在本發(fā)明中的主要作用是進一步提高涂層的耐腐蝕性能。
作為進一步優(yōu)選方案，mos2、sb2o3和tio2為0.1～5μm的固體粉末，為了提高其在涂料中的分散性和穩(wěn)定性對上述粉末進行了表面改性處理。改性劑選用硅烷偶聯(lián)劑，優(yōu)選氨丙基三乙氧基硅烷。采用濕法改性工藝，用乙醇和去離子水的混合物將氨丙基三乙氧基硅烷水解，水解時間為10～15min，ph3～5。分別將mos2、sb2o3和tio2微粒在無水乙醇中用超聲分散，然后在攪拌狀態(tài)加熱至60℃，再將水解后的氨丙基三乙氧基硅烷緩慢加入，60℃恒溫下攪拌8h。最后，真空抽濾，濾餅分別用去離子水和無水乙醇洗滌，真空干燥、球磨粉碎過篩，備用。
一種如前述的防粘扣固體潤滑涂料的制備方法，其包括如下步驟：
將聚四氟乙烯加入混合樹脂中，球磨分散6h后，將固體潤滑劑、耐腐蝕劑、耐磨助劑和增韌劑加入溶劑中，分散均勻后加入含聚四氟乙烯的混 合樹脂中，并添加其余助劑，球磨分散均勻后，即可。
本發(fā)明的優(yōu)點在于：
1、通過與現(xiàn)有技術(shù)對比可知，本發(fā)明與已有專利在涂料組成成分、涂層結(jié)構(gòu)、涂覆方法等方面不同，特別本發(fā)明固體潤滑劑的有機粘結(jié)劑采用聚酰胺酰亞胺、環(huán)氧樹脂和聚乙烯醇縮丁醛組成的混合樹脂，同時，本發(fā)明涂料可以直接噴涂到金屬基體表面，具有新穎性和創(chuàng)造性；
2、采用油套管接頭上卸扣試驗對涂層進行防粘扣性能測試，結(jié)果表明，涂層與金屬基體結(jié)合強度高，具有良好的抗粘扣性能，能代替對環(huán)境有污染的螺紋脂使用；
3、按照本發(fā)明，只要調(diào)整組合物中有機粘結(jié)劑和固體潤滑劑比例，就可控制涂層的附著強度和防粘扣性能；
4、本發(fā)明的油套管接頭表面涂覆方法，能夠方便地控制涂層的厚度，工藝簡單，操作容易，便于工業(yè)化實施。
5、本發(fā)明所用的有機粘結(jié)劑為多組分復(fù)合樹脂，提高了涂覆層與工件間的附著力，可涂覆在未經(jīng)磷酸鹽處理的工件上仍能滿足性能要求。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
本發(fā)明中所使用的固體潤滑劑可選用0.1～5μm粒徑的mos2、sb2o3和tio2混合粉末。也可使用經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑，尤其是氨丙基三乙氧基硅烷濕法改性過的上述混合粉末，具體改性方法為：用乙醇和去離子水的混合物將氨丙基三乙氧基硅烷水解，水解時間為10～15min，ph為3～5。分別將mos2、sb2o3和tio2顆粒在無水乙醇中用超聲分散，然后在攪拌狀態(tài)加熱至60℃，再將水解后的氨丙基三乙氧基硅烷緩慢加入，60℃恒溫下攪拌8h。最后，真空抽濾，濾餅分別用去離子水和無水乙醇洗滌，真空干燥、球磨粉碎過篩，備用。
實施例1
涂料組成(質(zhì)量)
10％聚酰胺酰亞胺，19.99％環(huán)氧樹脂(e51)，1％聚乙烯醇縮丁醛，5％檸檬酸三正丁酯，45％二硫化鉬(<0.2μm)，1％三氧化二銻(<0.5μm)，5％聚四氟乙烯(<0.2μm)，1％三聚氰胺尿酸鹽，10％二氧化鈦(<0.12μm)，2％硬脂酸鈣，0.01％助劑。
涂覆工藝：噴槍壓力為0.25mpa，在干燥箱中220℃保溫0.3小時。
結(jié)果：經(jīng)上述處理后，涂層與110鋼級的螺紋接頭的結(jié)合強度為1級；上、卸扣10次無粘扣發(fā)生；耐中性鹽霧試驗100小時無銹蝕點。
實施例2
涂料組成(質(zhì)量)
29.99％聚酰胺酰亞胺，5％環(huán)氧樹脂(e51)，8％聚乙烯醇縮丁醛，1％檸檬酸三正丁酯，20％二硫化鉬(<0.2μm)，10％三氧化二銻(<0.5μm)，15％聚四氟乙烯(<0.2μm)，5％三聚氰胺尿酸鹽，1％二氧化鈦(<0.12μm)，5％硬脂酸鈣，0.01％助劑。
涂覆工藝：噴槍壓力為0.25mpa，在干燥箱中250℃保溫0.3小時。
結(jié)果：經(jīng)上述處理后，涂層與110鋼級的螺紋接頭的結(jié)合強度為1級；上、卸扣10次無粘扣發(fā)生；耐中性鹽霧試驗100小時無銹蝕點。
實施例3
涂料組成(質(zhì)量)
20％聚酰胺酰亞胺，15％環(huán)氧樹脂(e51)，9.99％聚乙烯醇縮丁醛，3％檸檬酸三正丁酯，28％二硫化鉬(<0.2μm)，5％三氧化二銻(<0.5μm)，8％聚四氟乙烯(<0.2μm)，2％三聚氰胺尿酸鹽，7％二氧化鈦(<0.12μm)，2％硬脂酸鈣，0.01％助劑。
涂覆工藝：噴槍壓力為0.25mpa，在干燥箱中230℃保溫0.3小時。
結(jié)果：經(jīng)上述處理后，涂層與110鋼級的螺紋接頭的結(jié)合強度為1級；上、卸扣10次無粘扣發(fā)生；耐中性鹽霧試驗100小時無銹蝕點。
實施例4
涂料組成(質(zhì)量)
15％聚酰胺酰亞胺，17.95％環(huán)氧樹脂(e51)，2％聚乙烯醇縮丁醛，4％檸檬酸三正丁酯，35％二硫化鉬(<0.2μm)，7％三氧化二銻(<0.5μm)，10％聚四氟乙烯(<0.2μm)，3％三聚氰胺尿酸鹽，3％二氧化鈦(<0.12μm)，3％硬脂酸鈣，0.05％助劑。
涂覆工藝：噴槍壓力為0.25mpa，在干燥箱中240℃保溫0.2小時。
結(jié)果：經(jīng)上述處理后，涂層與110鋼級的螺紋接頭的結(jié)合強度為1級；上、卸扣10次無粘扣發(fā)生；耐中性鹽霧試驗100小時無銹蝕點。
實施例5
涂料組成(質(zhì)量)
25％聚酰胺酰亞胺，9.99％環(huán)氧樹脂(e51)，6％聚乙烯醇縮丁醛，2％檸檬酸三正丁酯，40％二硫化鉬(<0.2μm)，4％三氧化二銻(<0.5μm)，6％聚四氟乙烯(<0.2μm)，2％三聚氰胺尿酸鹽，3.5％二氧化鈦(<0.12μm)，1.5％硬脂酸鈣，0.01％助劑。
涂覆工藝：噴槍壓力為0.25mpa，在干燥箱中230℃保溫0.3小時。
結(jié)果：經(jīng)上述處理后，涂層與110鋼級的螺紋接頭的結(jié)合強度為1級；上、卸扣10次無粘扣發(fā)生；耐中性鹽霧試驗100小時無銹蝕點。
綜上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明實施的范圍，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所述的形狀、構(gòu)造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。