浅谈石油钻采装备替代镀硬铬的表面处理工艺

卢玉芝

摘 要：镀硬铬凭借优良的耐磨性被大面积应用在石油钻采设备内的每一个部件中，然而，随着产品质量和用户标准的提升，镀硬铬无法再满足产品使用标准。为此，本文关于镀硬铬替代问题的探究具有重要意义。笔者首先剖析电镀铬工艺当前存在的问题，然后研究几种替代工艺，希望可为相关的探索活动提供参考，研制出更多可行、合理的替代工艺。

关键词：石油钻采装备；替代；镀硬铬；表面处理

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

一直以来，铬镀层不仅用作装饰涂层，而且还可充当机械零部件的主要耐蚀涂层。其中电镀硬铬镀层主要用于修复某些破损部件，且应用成效显著。但电镀硬铬工艺却可能带来环境问题，这是因为镀铬工艺所需铬酸溶液可能生成含铬酸雾与废水，并还存在诸多不足。研究人员长期以来都在试图寻找一种替代工艺，截止到当前，已研制出许多工艺，同时得到了高度应用。

1 电镀铬工艺当前存在的问题

对于石油钻采设备而言，主要应用电镀铬进行表面处理。镀铬凭借成本低廉、工艺操作简单等特定在耐磨性涂层重得到了广泛应用。常规条件中，耐大气辐射所用电镀硬铬层实际厚度大小介于20-40μm之间，而腐蚀性化学物质所用镀铬层实际厚度大小则介于50-75μm之间。虽然镀硬铬具有优良的通用性，但并不优秀，具体存在下述问题：其一，在质量平稳性控制方面，表现出不适性，加工成品各不相同，严格规范产品质量管控工作；其二，镀铬自身的硬度情况与抗蚀性均无法满足现下公司所提出的标准。镀铬层基于应力作用极有可能出现剥落和失效等问题。同时，电镀铬环节还会因铬离子引发环境污染。由此可知，基于电镀铬工艺进行改进，发展研究相关替代工艺十分必要。下面本文将重点阐述几种替代工艺，下述工艺既具有一定优势，也存在局限性。

2 表面处理替代工艺

2.1 热喷涂

石油化工设备内部的轴类零件主要借助Co-WC合金取締镀硬铬，这显著改善了产品品质。此工艺涉及的超音速火焰喷涂不仅适用性好，而且涂层孔隙率不高，能够获得优良的膜层。它主要具有下述特点：粉粒温度不高、氧化不强，然而只适合应用在金属粉末和陶瓷粉末中；粉粒运动高效；粉粒尺寸不大、分布范围狭小；涂层结合强度与致密度均较为优良，不会出现分层现象；涂层自身的粗糙度低下；喷涂距离能够在较大范围出现变动，但不会对喷涂质量产生任何影响；喷涂效果优良，便于操作；噪音显著，应配备隔音与防护装置。

此工艺属于新技术，并在防腐、修复以及机械制造过程得到了高度应用，能够应用在船舶、桥梁与造纸等不同领域；能够应用在机械制造过程零件尺寸异常的恢复和模具高效制造中；能够在某种程度上取缔电镀工艺。其应用会带来显著的效益，然而，热喷涂也具有一定缺点，具体如下：设备成本大、涂层超厚无法有效控制、不能有效处理复杂繁琐的集合结构，可应用在大型、形状较为单一的零部件中。

2.2 化学镀

化学镀也被叫做无电镀，在还原金属粒子时所需电子为经由化学反应直接形成于溶液内部的。它和电镀相比具有优良的均镀能力，能够应用在相撞繁琐、存在内控内腔镀件上，孔隙率不高，化学镀层大多具有较强的耐蚀性，且耐磨性优良。石油钻采设备时常应用化学膜，具体卫镀镍、Ni、P镀，其中镀镍、P镀层，硬度能够达到550HV，其耐磨性显著，无论在何种磨损情形中，化学镍镀层均具有显著特色，可在大多数情形下能够取代硬铬，充当抗磨镀层。另外，化学镀和电镀的基本差异为化学镀镍层十分均匀，对于镀液可浸泡的，只要溶质完全交换，则镀层便非常均匀，近乎能够达到仿形目标。电镀不能对形状繁琐工件进行全表面施镀处理操作，然而，化学镀却能够对各个形状工件施镀。高磷含量化学镀镍层是非晶态，且镀层表面不存在一点晶体间隙，但电镀层作为代表性晶态镀层，具有晶间间隙。电镀由于存在外加电流，因此，其镀速远远超出化学镀，对于厚度一样的镀层，电镀优于化学镀。化学镀层的整体结合力也超出了电镀层。化学镀因大量运用添加剂，不涉及有害物质，相对而言较为环保。对于化学镀，现下市场上仅仅有纯镍磷合金这一种颜色，但电镀却有不同的色彩。

镍磷镀即便在石油化工领域得到了广泛应用，同时，耐蚀效果优良，但工艺相对复杂，应进行后续热处理操作，且无法达到要求的厚度大小。

2.3 电镀钨合金

钨合金电镀属于新兴技术，主要应用在石油钻采机械和工程机械设备内部的零部件中，其耐磨性、耐腐蚀性等十分优良。进行电镀处理的产品能够应用在非常恶劣的环境中。

钨合金镀层十分紧密，且镀层镀钛硬度近乎600Hv，进行热处理操作后，硬度能够达到1000Hv，同时，和基体存在优良的结合力，能够应用在不同的金属基体中。工艺过程不存在有害物排放，绿色环保，镀层中也没有毒害物质，镀层厚度能够维持在0.8mm左右。

电镀钨合金层为抗磨抗蚀有效融合的现代技术，高抗硫环境工作的零部件选用这一技术。相关试验探索表明其工艺性能较为可靠，耐磨性较强，能够取代镀硬铬，且和镀硬铬相比具有优良的高温性能与抗盐酸性能。然而，该技术也存在不足，例如，技术普及性不高，国内能够应用这一技术的单位相对较少，基于此可知其工期较长，且成本高，不能全面应用于常规产品中。另外，从当前形势来说，也不能真正取缔镀硬铬。

3 结语

无论是哪种表面处理工艺均存在优缺点，并具有局限性。在具体设计过程，应结合实际情况、基本的技术标准与经济环保需求选择恰当的处理工艺。在未来，工业水平将不断提升，也会研制出耐磨性较强、耐腐蚀性优良和抗高温氧化优良的涂层。

参考文献：

[1]姚建华，钱重芳.摩托车活塞环激光表面处理研究[J].机电工程，2017，16（06）：51.

[2]齐然，涂学洋，陈丽琴等.石油钻采装备电气产品常用防爆型式应用分析[J].电气防爆，2015（01）：22-25.

[3]刘宝秋.浅谈石油钻采装备替代镀硬铬的表面处理工艺[J].内蒙古石油化工，2016（01）：75-76.

[4]李国荣，Li Guorong.我国深水石油钻采装备现状及发展建议[J].石油机械，2017，37（08）：87-91.