【摘 要】
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N80石油套管一般用于钻井过程中以及完井后对井壁的支撑,从而使钻井过程顺利进行同时保证完井后油井能够正常运行,然而在服役环境下,套管多发生各种类型的腐蚀,使其硬度、强度、耐磨性以及使用寿命降低。由于超疏水表面在腐蚀防护、防污防结霜以及油水分离等领域有广泛的应用前景,可以将超疏水表面应用于N80套管的防腐上,但随着部件服役时间延长,超疏水表面会缓慢磨损,超疏水性能将随之降低,这是超疏水表面在实际应用
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N80石油套管一般用于钻井过程中以及完井后对井壁的支撑,从而使钻井过程顺利进行同时保证完井后油井能够正常运行,然而在服役环境下,套管多发生各种类型的腐蚀,使其硬度、强度、耐磨性以及使用寿命降低。由于超疏水表面在腐蚀防护、防污防结霜以及油水分离等领域有广泛的应用前景,可以将超疏水表面应用于N80套管的防腐上,但随着部件服役时间延长,超疏水表面会缓慢磨损,超疏水性能将随之降低,这是超疏水表面在实际应用中面临的巨大挑战。为有效解决超疏水表面失效问题,可以引入纳米微粒,由于纳米微粒对基质镀层的细晶强化和弥散强化作用,提高了镀层的致密度,使镀层硬度及耐磨性得到提高,这阻碍腐蚀溶液中Cl-的穿透对复合镀层造成侵蚀,有效地延缓了镀层腐蚀,对N80套管的保护作用进一步加强,满足实际要求。首先在镀液为氯化镍(19 g·L-1),肉豆蔻酸(22 g·L-1)的酒精溶液中利用一步电沉积法在N80钢表面制备出超疏水纯Ni镀层,通过调整直流电压和电沉积时间,利用红外光谱、XRD谱图对镀层进行表征,利用SEM观察镀层表面形貌,利用动/静态接触角测试仪测试镀层接触角,得到制备超疏水性纯Ni镀层的制备工艺:电沉积时间10min,工作电压30V,电极间距2cm,此工艺条件下制备出具有菜花状的粗糙表面,其水接触角为159.23°,并具有优异的低粘附性及自清洁能力。分别往基础镀液中加入纳米TiO2及纳米Al2O3颗粒,制备超疏水性Ni基纳米复合镀层,通过改变镀液中纳米颗粒的浓度,探究纳米粒子浓度对镀层表面形貌、润湿性、耐蚀性及磨损稳定性的影响。其中,纳米颗粒的添加的确会增强镀层耐蚀性和磨损稳定性,TiO2浓度为10 g?L-1时,Ni-TiO2复合镀层自腐蚀电流密度降低了4个数量级,耐蚀性显著增强,同时具有胞状结构的表面水接触角为158.20°;Al2O3浓度10 g?L-1时,具备典型菜花状结构的表面水接触角为160.41°,Ni-Al2O3复合镀层在1500#砂纸上移动100cm仍保持超疏水性,磨损稳定性提高。同时在基础镀液中添加纳米TiO2(5 g?L-1)及纳米Al2O3(5 g?L-1)颗粒,制备获得超疏水性Ni-TiO2-Al2O3复合镀层,由于纳米TiO2的耐蚀性和细晶强化及纳米Al2O3的高硬度和弥散强化导致复合镀层耐蚀性显著增强,自腐蚀电流密度降低4个数量级;临界磨损移动距离由28cm增加到100cm;同时在不同p H溶液中均表现出优异的稳定性。
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