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35crmo无缝钢管表面粗糙度会影响其涂层效果吗?

作者:山东成旭 来源:原创 日期:2021/1/6 8:36:07
35crmo钢管具有抗拉强度高、冲击韧性大和耐疲劳等优异的机械性能,已大量应用于油气田钻采工具领域。钻采工具在使用过程中,经常要承受各种拉、剪、磨擦和腐蚀等作用,极易造成材料的损伤,影响工具的使用寿命。由于材料的磨损、腐蚀等破坏过程大都是从其表面开始的,因此在材料表面附上一层强度高、耐磨、抗氧化的涂层材料,完全可以抑制或减缓各种破坏过程的产生、发展,达到防护的目的。表面硬质涂层的发展为优化石油机械系统的摩擦学性能,解决材料磨损提供了一条极具生命力的途径。
  以Ti( CN) 、Al2O3 为主的硬质涂层具有较优异的性能,如Ti( CN) 的高硬度、强韧性和好的耐磨性能,Al2O3 则具有良好的热稳定性和抗高温氧化能力等,在降低构件的摩擦磨损方面具有广阔的应用前景。但是单层、二元复合膜层对高速负载系统的减磨效果一直不够理想。除了35crmo无缝钢管涂层自身的性能缺陷外,单层膜的致密度较差,生长的涂层通常为柱状晶结构,含有部分从涂层表面到衬底的疏松微孔,而且单层膜与衬底界面的结合力也较低,这些存在的问题极大限制了其在工业中的应用规模。
  相比而言,多元、多层涂层技术是通过多种涂层的复合化协同效应,在35crmo无缝钢管表面获得更高性能的复合改性层,改善涂层在复杂环境,特别是极端条件下的使用性能。根据Koehler 多层强化模型的基本思想,即多层结构涂层的界面有阻碍位错的产生和运动的作用,使得多层涂层均具有比单层更好的力学和耐磨性能,而且在组分和结构上具有梯度特性的多层涂层具有更加优异的摩擦学特性。
涂层的表面形貌,可看出35crmo无缝钢管涂层表面颗粒细小,分布较均匀,但膜层出现了较多微裂纹,原因可能是TiC 涂层本身脆性大,而且其和基体钢之间的线膨胀系数有较大差别,在涂层制备过程中,由于温度的变化产生较大的热应力,而仅通过双层结构不能较好的缓解热应力,导致出现微裂纹,其表面粗糙度大小为0. 2 um。图2( a) 为TiC/Ti( CN) /TiN 多层的表面形貌,可知涂层表面平整,颗粒大小约3 um,分布均匀,35crmo无缝钢管表面粗糙度大小为0.05 um,由图2( b) 发现TiC/Ti( CN) /TiN 涂层总厚度约10 um,涂层之间及涂层与基体之间界面清楚且结合紧密,无孔隙和裂纹出现,界面结合效果良好。图3(a) 是TiC/ Ti( CN) /TiN/Al2O3 涂层的显微形貌,涂层表面较平整,颗粒大小较均匀,表面粗糙度数值为0. 02 um。图3( b) 为其截面图,可以看出涂层总厚度约7 um,涂层与基体界面处没有出现新相、孔洞等缺陷,界面结合性能也较高,说明通过多层过渡层能够较好的缓解涂层与基体之间的组成、结构差异,改善涂层的表面形貌和力学性能。


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