一種用於錳系磷化處理前的表面調整液、製備方法及應用的製作方法

2023-05-18 04:26:51 1

專利名稱：一種用於錳系磷化處理前的表面調整液、製備方法及應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於錳系磷化處理前的表面調整液、製備方法及應用，特 別是涉及一種用於油井管的螺紋接頭實施磷化處理前所使用的表面調整液、制 備方法及應用。
背景技術：
磷化是大幅度提高金屬表面耐腐蝕性的一個簡單可靠、費用低廉、操作方 便的工藝方法，因此被廣泛的應用在實際生產中。
油井管的螺紋接頭是油井管的重要聯接部件，螺紋接頭的粘著磨損是各類
油井管使用中最常見的損傷失效形式。按API(美國石油協會)的要求，油井管的 連接螺紋上、卸有一定的次數後，沒有被稱為粘著磨損的不可恢復的嚴重的擦 傷發生，以保持氣密性和液密性。為防止粘著現象的發生，目前對油井套管的 螺紋接頭的表面處理普遍採用磷化處理，通過此種方法處理後在金屬表面形成 一定的磷化膜。
磷化處理，是指將鋼鐵件經過一定的化學或電化學處理使鋼鐵件表面形成 一層以難溶的磷酸鹽為主要成分的化學轉化膜。現代磷化工藝流程一般為脫 脂一水洗一除鏽一表調一磷化一水洗一烘乾。磷化工藝操作簡便，成本低廉， 經過磷化處理的工件，其優良的物理機械性能——強度、硬度、彈性、磁性、 延展性等保持不變，而被處理的鋼鐵件表面，由於形成'均勻緻密的磷化膜，其 表面的耐摩擦性能大大提高，可有效提高油井管接頭的抗粘扣性能。在管接頭 進行磷化反應之前為了去除表面的油汙，通常需要釆用鹼性清洗劑進行清洗， 清洗液的pH值較高，殘留在接頭表面會使磷化膜的晶粒粗大，磷化反應的時間 長，對磷化膜的外觀、耐蝕性和耐磨性造成不利的影響。因此，在進行磷化處 理前往往需要對工件表面進行化學成分調整處理，以利於後序磷化處理時獲得 滿意的磷化膜。
所謂表面調整是在含有表面調整劑的溶液中對工件進行表面活化處理。為
了克服由脫脂處理帶來的種種不利影響，常常要對工件進行表面調整處理。表 面調整處理可以改善工件表面狀態，使磷化過程中形成結晶細小、均勻、緻密 的磷化膜。
磷化前零件的表面處理對磷化膜質量影響極大，尤其對於高溫或強鹼清洗， 由於鋼表面上的活性點轉變成氧化物或氫氧化物，使構成磷化膜的結晶晶核減 少，因而促使生成稀疏粗大的結晶，影響磷化質量，尤其是低溫薄層裡邊化及 低鋅磷化對預處理特別敏感，不進行表面調整處理，就難形成磷化膜。
最初採用的是3 5%的草酸水溶液做磷化表面調整劑。現在採用效果更好 的磷酸鈦膠體溶液處理，該磷酸鈦膠體溶液由於膠粒表面能很高，對物體表面 有極強的吸附作用，膠體微粒吸附在零件表面上形成均勻的吸附層。在磷化時， 這層極薄的吸附層就是一層分布均勻，數量極多的磷酸鹽結晶晶核，因而促進 結晶均勻快速形成，限制了大晶體的生長。其結果就促使了磷化膜的細化和致 密，提高了成膜性，縮短了磷化時間，降低膜厚，同時也能消除鋼鐵表面狀態
的差異對磷化質量的影響。在工藝生產中，表面調整劑的用量約為0.5g/m2，在 生產中應注意保持槽液的良好，避免沉澱。另外應防止鹼酸及磷化液進入表面 調整工作液，以防止工作液因汙染而失效。
本發明的目的在於克服現有技術中存在的不足，而提供一種適用於油井管 螺紋接頭的磷化處理前的表面調整處理液。採用本發明的表面調整處理液，由 於工件在表面調整液中處理後直接進入磷化反應，能消除前處理工序一一除油 除鏽造成的缺陷，增加磷化結晶活性點，因此，有利於磷化膜均勻成長，在降 低磷化工作溫度和縮短磷化時間的同時，可提高磷化膜的外觀質量，改善結晶 度、耐蝕性和耐磨性。

發明內容
本發明的第一個目的是提供一種用於錳系磷化處理前的表面調整液。 本發明還提供上述表面調整液的製備方法。 本發明還提供上述表面調整液的應用。 本發明的目的是這樣實現的
本發明提供一種用於錳系磷化處理前的表面調整液，其組成配比為膠體
錳鹽0. 02 10g/L、焦磷酸三鈉0. 001 5g/L、餘量為水，其中，所述的膠體錳 鹽組成包括硝酸錳、磷酸一氫鈉和聚乙烯醇。焦磷酸三鈉的主要作用是分散，
有利於獲得細小均勻的溶膠，膠體錳鹽的作用主要是提供吸附的晶核。
本發明所述的用於錳系磷化處理前的表面調整液，其中較好地是，所述的
膠體錳鹽組成包括以質量百分比計30 80的硝酸錳、20 70的磷酸一氫鈉和 0 5的聚乙烯醇。
根據本發明所述的用於錳系磷化處理前的表面調整液，其中較好地是，硝 酸錳與磷酸一氫鈉的比例範圍在O. 5: 1 5: l之間。
根據本發明所述的用於錳系磷化處理前的表面調整液，其中較好地是，所 述的表面調整液pH值在9 10之間。
本發明還提供上述表面調整液的製備方法，包括膠體錳鹽的製備和表面調 整液的製備，其中，所述的膠體錳鹽的製備為將5 20重量份的硝酸錳溶於 500重量份的水中，將2 20重量份的磷酸一氫鈉溶於500重量份的水中，然後 將兩種溶液混合，加入硝酸錳和磷酸一氫鈉之和的0. 5 5%重量份的聚乙烯醇， 過濾後乾燥，將乾燥物粉碎即得；所述的表面調整液的製備為將製備的0.02 IO重量份的膠體錳鹽與O. 001 5重量份的焦磷酸三鈉溶於IOOO重量份的水中， 即得。
根據本發明所述的表面調整液的製備方法，其中較好地是，所述的膠體錳 鹽的製備中硝酸錳與磷酸一氫鈉的比例範圍在0.5: 1 5: l之間。
根據本發明所述的表面調整液的製備方法，其中較好地是，所述的乾燥物
粉碎為10 50u m的顆粒。
本發明還提供上述表面調整液在油井管螺紋接頭上的應用。將油井管接頭 經脫脂清洗後，浸入本發明所提供的表面調整液中1 10min，然後進入磷酸鹽 化學轉化處理液進行磷化處理。經該表面調整液調整後磷酸離子和鹼金屬離子 的膠體均勻吸附在工件表面，可在油井管隨後磷化處理的螺紋表面形成均勻的、 緻密的、耐粘著磨損等性能的磷化膜，同時大大縮短了磷化處理的時間。
本發明具有的有益效果
本發明的表面調整液，能夠增加磷化結晶活性點，顯著地改善油井管螺紋 接頭表面形成磷化膜的晶粒度和結合力，有利於磷化膜均勻成長，同時降低磷 化工作溫度和縮短磷化時間，提高磷化膜的外觀質量，改善結晶度、耐蝕性和 耐磨性。
具體實施例方式
下面通過實施例更具體地說明本發明。這些實施例僅僅是對本發明最佳實 施方式的描述，並不對本發明的範圍有任何限制。 實施例1
膠體錳鹽的製備將10g硝酸錳溶於500ml水中，將20g磷酸一氫鈉溶於 500ml水中，然後將二種溶液混合，加入0. 15g的聚乙烯醇，過濾後乾燥，將幹 燥物粉碎為10"m，即得所需的膠體錳鹽。
將上述製備的膠體錳鹽與焦磷酸三鈉溶於水中，配成濃度為膠體錳鹽 0.2g/L、焦磷酸三鈉0. lg/L的表面調整液。
J55鋼級的管接頭經前處理脫脂除油後進入本發明的表面調整液浸泡2rain， 然後直接進入磷化槽，磷化反應時間由原來的45分鐘縮短到25分鐘。
經該表面調整液調整後磷酸離子和鹼金屬離子的膠體均勻吸附在工件表 面，在油井管隨後磷化處理的螺紋表面形成均勻的、緻密的、耐粘著磨損等性 能的磷化膜。形成磷化膜的晶粒度得到了明顯的改善。
實施例2
膠體錳鹽的製備將15g硝酸錳溶於500ml水中，將10g磷酸一氫鈉溶於 500ml水中，然後將二種溶液混合，加入0.75g的聚乙烯醇，過濾後乾燥，將幹 燥物粉碎為10um即得。
將上述製備的膠體錳鹽與焦磷酸三鈉溶於水中，配成濃度為膠體錳鹽 0. 15g/L、焦磷酸三鈉0. lg/L的表面調整液。
N80鋼級的管接頭經前處理脫脂除油後進入本發明的表面調整液浸泡5min， 然後直接進入磷化槽，磷化反應時間由原來的50分鐘縮短到28分鐘。
經該表面調整液調整後磷酸離子和鹼金屬離子的膠體均勻吸附在工件表 面，在油井管隨後磷化處理的螺紋表面形成均勻的、緻密的、耐粘著磨損等性 能的磷化膜。形成磷化膜的晶粒度得到了明顯的改善。
實施例3
膠體錳鹽的製備將20g硝酸錳溶於500ml水中，將4g磷酸一氫鈉溶於 500ral水中，然後將二種溶液混合，加入1.2g的聚乙烯醇，過濾後乾燥，將幹 燥物粉碎為lO"m即得。
將上述製備的膠體錳鹽與焦磷酸三鈉溶於水中，配成濃度為膠體錳鹽 0. 5g/L、焦磷酸三鈉0. 2g/L的表面調整液。 P110鋼級的管接頭經前處理脫脂除油後進入本發明的表面調整液浸泡 10min，然後直接進入磷化槽，磷化反應時間由原來的60分鐘縮短到30分鐘。
經該表面調整液調整後磷酸離子和鹼金屬離子的膠體均勻吸附在工件表 面，在油井管隨後磷化處理的螺紋表面形成均勻的、緻密的、耐粘著磨損等性 能的磷化膜。形成磷化膜的晶粒度
權利要求
1、一種用於錳系磷化處理前的表面調整液，其特徵在於，其組成配比為膠體錳鹽0.02～10g/L、焦磷酸三鈉0.001～5g/L、餘量為水，其中，所述的膠體錳鹽組成包括硝酸錳、磷酸一氫鈉和聚乙烯醇。
2、 如權利要求1所述的用於錳系磷化處理前的表面調整液，其特徵在於， 所述的膠體錳鹽組成包括以質量百分比計30 80的硝酸錳、20 70的磷酸一氫 鈉和0 5的聚乙烯醇。
3、 如權利要求2所述的用於錳系磷化處理前的表面調整液，其特徵在於， 硝酸錳與磷酸一氫鈉的比例範圍在0.5: 1 5: l之間。
4、 如權利要求1所述的用於錳系磷化處理前的表面調整液，其特徵在於， 所述的表面調整液pH值在9 10之間。
5、 如權利要求l所述的表面調整液的製備方法，包括膠體錳鹽的製備和表 面調整液的製備，其特徵在於，所述的膠體錳鹽的製備為將5 20重量份的 硝酸錳溶於500重量份的水中，將2 20重量份的磷酸一氫鈉溶於500重量份 的水中，然後將兩種溶液混合，加入硝酸錳和磷酸一氫鈉之和的0.5 5%重量份 的聚乙烯醇，過濾後乾燥，將乾燥物粉碎即得；所述的表面調整液的製備為 將製備的0.02 10重量份的膠體錳鹽與0.001 5重量份的焦磷酸三鈉溶於 IOOO重量份的水中，即得。
6、 如權利要求5所述的表面調整液的製備方法，其特徵在於，所述的膠體 錳鹽的製備中硝酸錳與磷酸一氫鈉的比例範圍在0. 5: 1 5: l之間。
7、 如權利要求5所述的表面調整液的製備方法，其特徵在於，所述的乾燥 物粉碎為10 50u m的顆粒。
8、 如上述任何一項權利要求所述的表面調整液在油井管螺紋接頭上的應用。
全文摘要
本發明公開一種用於錳系磷化處理前的表面調整液、製備方法及應用。所述的表面調整液其組成配比為膠體錳鹽0.02～10g/L、焦磷酸三鈉0.001～5g/L，餘量為水；所述的表面調整液的製備方法，包括膠體錳鹽的製備和表面調整液的製備；所述的表面調整液用於油井管螺紋接頭磷化前處理。本發明的表面調整液，能夠增加磷化結晶活性點，顯著地改善油井管螺紋接頭表面形成磷化膜的晶粒度和結合力，有利於磷化膜均勻成長，同時降低磷化工作溫度和縮短磷化時間，提高磷化膜的外觀質量，改善結晶度、耐蝕性和耐磨性。
文檔編號E21B17/02GK101376970SQ20071004533
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月28日 優先權日2007年8月28日
發明者馬劉寶 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司