常温磷化液.doc

一、概述磷化处理是指用酸性磷酸盐溶液处理金属,经过化学和电化学反应使其表面形成一层主要由难溶磷酸盐组成的膜层,其目的是为了在一定程度上提高金属的耐蚀性和抗粘着磨损能力。由于磷化处理工艺简单,操作容易,成本低廉,故广泛应用于机械、汽车、航空、造船以及家庭日用品制造等工业。石油钻采工具在设计和加工制造时,对连接螺纹都要求进行磷化处理,中石油行业标准《钻具螺纹电刷镀镀铜和磷化方法(SY/T5711─95)》明确规定了石油钻具螺纹的磷化方法及标准。传统磷化工艺分为高温磷化(80~98℃)、中温磷化(60~70℃)、低温磷化(35~55℃)和常温磷化(35℃以下)。就其膜层质量和耐蚀性来讲,高、中温磷化要高于低、常温磷化。但是,由于这些传统磷化工艺都需要将工件浸渍在磷化液中或对其进行连续喷淋,才能实现磷化的目的,因此,使其在一些大型工件应用中受到限制,例如修复后的石油钻具(钻杆)接头螺纹部位,就无法应用传统的磷化工艺对其磷化。石油钻具是钻井施工中传递扭矩、输送钻井液的重要工具,工作中钻具与钻具连接和卸扣非常频繁,钻具接头螺纹腐蚀与磨损现象较为严重。为了提高钻具接头螺纹的使用寿命,新出厂的钻具,接头螺纹部位都进行了高温磷化或者槽镀铜处理。修复钻具(钻杆),由于体积太大且接头螺纹的工况条件与整体钻杆不同,因此,如何提高修复钻具(钻杆)接头螺纹的使用寿命,是石油界科技人员一直在探讨的问题。二、修复钻具(钻杆)接头螺纹磷化现状正因为磷化能在一定程度上提高金属的耐蚀性和抗粘着磨损能力,而且工艺简单、操作容易,成本低廉,因此,磷化处理一直是所有从事钻具修理企业采用的钻具螺纹处理工艺。中石油行业标准《钻具螺纹电刷镀镀铜和磷化方法(SY/T5711─95)》中规定石油钻具螺纹的磷化方法,是依据上世纪八十年代大庆石油管理局研制的一种应用“磷化膏”对钻具螺纹磷化工艺而制定的。该项技术是在常温下采用刷涂的方法进行施工,比较适合于大批量的修复钻具应用,很快在国内修复钻具的企业得到推广和应用。该工艺中的“磷化膏”像稀泥一样,施工时把它刷涂于接头螺纹上,待一定时间后再用水把它冲洗掉。若涂状物发干了,则要用钢丝刷和其他金属钝器才能除掉,整个操作过程很繁琐,工人的劳动强度大,生产效率低。而且该工艺形成的磷化膜防腐性能较差,目前该项工艺已基本被淘汰。钢铁件的“四合一”磷化法,是集除油、除锈、磷化、钝化综合为一步完成的磷化工艺技术,它是上世纪八十年代表面处理界最为推崇的高效磷化法。该磷化液溶液的游离酸度与总酸度比值为1:10~15,处理时间5~15分钟,其优点是游离酸度较稳定,容易掌握,磷化时间短,生产效率高,磷化膜耐腐蚀性能与高温磷化的基本相同。相关产品有江苏的太仓牌“四合一”磷化法、武汉的祥和牌常温“四合一”磷化粉等。但是,应用效果表明,由于采用该技术产生磷化膜膜层薄、孔隙率高、防腐能力差,所以,该项技术只适用于作电泳涂漆的底层。另外,该磷化液必须在50~70℃温度下进行磷化,属于中温磷化,不适合修复钻具应用。三、新型常温磷化液的研制我们对常温“四合一”磷化液的研制工作开始于2006年,在SY/T5711─95标准列出的磷化液的启示下,经过多年的研究和试验,2009年终于取得了技术突破,配制出了新型常温磷化液。1、钢铁件的磷化反应机理(1)水解反应磷化液的基本成分是一种或多种重金属的磷酸二氢