本發(fā)明涉及金屬表面處理,具體涉及一種復(fù)合滲硼劑及油管的固體滲硼方法。
背景技術(shù):
1、石油是重要能源,也是重要的戰(zhàn)略物資,深埋于地下或者海洋之下。開采石油的設(shè)備包括但不限于鋼材質(zhì)的油管等。油管用于長(zhǎng)距離輸送原油或成品油,會(huì)受壓力、溫度以及各種腐蝕性介質(zhì)的影響,很容易被腐蝕,因此需要提升油管的堅(jiān)固耐用程度,減少更換的頻率。
2、滲硼是一種在高溫條件下使硼元素滲入金屬表層獲得硼化合物硬質(zhì)層的化學(xué)熱處理技術(shù),可以通過對(duì)油管的內(nèi)表面進(jìn)行滲硼處理提高其硬度、耐磨性以及耐腐蝕性。
3、現(xiàn)有技術(shù)可以通過固體滲硼、氣體滲硼、膏劑滲硼、以及鹽浴滲硼等滲硼工藝對(duì)油管進(jìn)行滲硼處理,其中固體滲硼具有工藝操作方便,使用設(shè)備簡(jiǎn)單,質(zhì)量易控制等優(yōu)點(diǎn),在生產(chǎn)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。然而,盡管固體滲硼工藝展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì),但是其仍存在一些缺點(diǎn),限制了固體滲硼工藝在油管中的應(yīng)用。
4、第一,油管內(nèi)表面存在的金屬氧化物等雜質(zhì)很難完全清除,這些雜質(zhì)會(huì)影響滲硼層的質(zhì)量。
5、第二,隨著滲硼工藝的進(jìn)行,油管內(nèi)表面還會(huì)逐漸發(fā)生滲碳并產(chǎn)生滲碳層,滲碳層會(huì)阻止?jié)B硼,形成孔洞,導(dǎo)致滲硼劑無法使用,并且導(dǎo)致已經(jīng)形成的滲硼層與油管的結(jié)合不牢固,容易脫落。
6、第三,現(xiàn)有的固體滲硼方法在滲硼處理后,滲硼劑會(huì)在油管的內(nèi)表面結(jié)塊。滲硼劑結(jié)塊后需要花費(fèi)額外的人力物力進(jìn)行清除,并且對(duì)于長(zhǎng)油管,例如長(zhǎng)度在9.7m及以上的油管,很難將在油管內(nèi)表面結(jié)塊的滲硼劑徹底清除。
7、因此,需要解決現(xiàn)有技術(shù)存在的滲硼層的質(zhì)量容易受到油管內(nèi)表面的雜質(zhì)影響、滲碳出現(xiàn)后導(dǎo)致只滲碳不滲硼、滲硼層容易脫落以及滲硼劑結(jié)塊后附著在油管內(nèi)表面難以清除的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、(一)要解決的技術(shù)問題
2、鑒于上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種復(fù)合滲硼劑及油管的固體滲硼方法,以提升滲硼層的質(zhì)量、避免只滲碳不滲硼現(xiàn)象、提高滲硼層的結(jié)合牢固程度并且避免滲硼劑結(jié)塊。
3、(二)技術(shù)方案
4、為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括:
5、本發(fā)明提供一種復(fù)合滲硼劑,包括滲硼劑以及石墨;
6、其中,按照質(zhì)量百分比計(jì),石墨為滲硼劑質(zhì)量的10-14%;滲硼劑包括以下質(zhì)量百分比的原料:供硼劑:10-15%,催化劑:12-20%,活化劑:8-10%,分散劑:4-6%,填充劑:50-55%,助流動(dòng)劑:8-12%;所述分散劑為三乙醇胺硼酸酯。
7、如上所述的復(fù)合滲硼劑,優(yōu)選地,所述供硼劑為硼酐或者碳化硼。
8、如上所述的復(fù)合滲硼劑,優(yōu)選地,所述催化劑包括氟硼酸鉀、氟化鈉以及氟化鉀,其中,氟硼酸鉀占滲硼劑總質(zhì)量的5-10%,氟化鈉占滲硼劑總質(zhì)量的5-6%,氟化鉀占滲硼劑總質(zhì)量的2-4%。
9、如上所述的復(fù)合滲硼劑,優(yōu)選地,所述活化劑包括二氧化硅以及活性炭,其中,二氧化硅占滲硼劑總質(zhì)量的5-7%,活性炭占滲硼劑總質(zhì)量的2-4%;
10、所述填充劑包括氧化鋁和/或者碳化硅。
11、如上所述的復(fù)合滲硼劑,優(yōu)選地,與滲硼劑混合的石墨的粒度為30-50目;
12、助流動(dòng)劑包括木炭粉以及石墨粉,其中,木炭粉占滲硼劑總質(zhì)量的3-5%,石墨粉占滲硼劑總質(zhì)量的4-8%;石墨粉的粒度為140-160目。
13、本發(fā)明還提供一種采用上述復(fù)合滲硼劑的油管的固體滲硼方法,包括如下步驟:
14、s1:對(duì)油管的內(nèi)表面進(jìn)行清潔;
15、s2:將滲硼劑與石墨混合,得到復(fù)合滲硼劑,然后將復(fù)合滲硼劑裝入油管內(nèi)部,使復(fù)合滲硼劑與油管的內(nèi)表面接觸;
16、s3:對(duì)內(nèi)部裝有復(fù)合滲硼劑的油管進(jìn)行密封處理;
17、s4:對(duì)密封處理后的油管進(jìn)行加熱滲硼處理,冷卻后得到內(nèi)表面具有滲硼層的油管。
18、如上所述的油管的固體滲硼方法,優(yōu)選地,步驟s3中,油管的外表面依次用脫氧劑以及金屬陶瓷球進(jìn)行包裹,然后用石英砂粉末對(duì)金屬陶瓷球進(jìn)行密封處理。
19、如上所述的油管的固體滲硼方法,優(yōu)選地,金屬陶瓷球?qū)拥暮穸葹?00-150mm,金屬陶瓷球的粒徑為1-2mm,石英砂粉末的粒度為300-350目,石英砂粉末進(jìn)行密封處理后,石英砂粉末層的厚度為60-100mm。
20、如上所述的油管的固體滲硼方法,優(yōu)選地,步驟s4中,加熱滲硼處理包括:將密封處理后的油管升溫至660-700℃,保溫10-20min,然后升溫至760-800℃,保溫5-15min,繼續(xù)升溫至810-840℃,保溫15-25min,接著升溫至850-950℃保溫4-6h,最后冷卻至室溫,完成加熱處理。
21、如上所述的油管的固體滲硼方法,優(yōu)選地,所述油管通過普通合金鋼或者高合金鋼制備得到;
22、所述普通合金鋼中,合金元素的總含量≤5wt%,
23、所述高合金鋼中,合金元素的總含量>5wt%。
24、(三)有益效果
25、本發(fā)明的復(fù)合滲硼劑以三乙醇胺硼酸酯作為分散劑,在固體滲硼過程中,三乙醇胺硼酸酯能夠包裹供硼劑以及催化劑,進(jìn)而與油管內(nèi)表面的金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)生成結(jié)合物,結(jié)合物進(jìn)一步分解生成水和氟化氫,水與氟化氫形成氫氟酸并除去油管內(nèi)表面的金屬氧化物等雜質(zhì),實(shí)現(xiàn)二次除銹的效果,能夠提高滲硼效果以及滲硼層的質(zhì)量。
26、三乙醇胺硼酸酯在滲硼過程中還能夠在油管內(nèi)表面形成一層保護(hù)膜,阻止工件氧化,有助于滲硼的進(jìn)行。
27、另外,三乙醇胺硼酸酯在油管內(nèi)表面形成的保護(hù)膜還能夠阻止碳原子進(jìn)入油管,避免滲碳現(xiàn)象,促進(jìn)滲硼,進(jìn)而解決現(xiàn)有滲硼工藝中存在的只滲碳不滲硼的問題,提高滲硼層的結(jié)合牢固程度,避免滲硼層脫落。
28、此外,本發(fā)明的復(fù)合滲硼劑中還包括石墨,在滲硼劑中的三乙醇胺硼酸酯與石墨的共同作用下,能夠避免滲硼處理后滲硼劑在油管內(nèi)壁結(jié)塊以及附著,還能夠提高滲硼的均勻程度。
1.一種復(fù)合滲硼劑,其特征在于,包括滲硼劑以及石墨;
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合滲硼劑,其特征在于,所述供硼劑為硼酐或者碳化硼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合滲硼劑,其特征在于,所述催化劑包括氟硼酸鉀、氟化鈉以及氟化鉀,其中,氟硼酸鉀占滲硼劑總質(zhì)量的5-10%,氟化鈉占滲硼劑總質(zhì)量的5-6%,氟化鉀占滲硼劑總質(zhì)量的2-4%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合滲硼劑,其特征在于,所述活化劑包括二氧化硅以及活性炭,其中,二氧化硅占滲硼劑總質(zhì)量的5-7%,活性炭占滲硼劑總質(zhì)量的2-4%;
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合滲硼劑,其特征在于,與滲硼劑混合的石墨的粒度為30-50目;
6.一種采用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的復(fù)合滲硼劑的油管的固體滲硼方法,其特征在于,包括如下步驟:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的油管的固體滲硼方法,其特征在于,步驟s3中,油管的外表面依次用脫氧劑以及金屬陶瓷球進(jìn)行包裹,然后用石英砂粉末對(duì)金屬陶瓷球進(jìn)行密封處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的油管的固體滲硼方法,其特征在于,金屬陶瓷球?qū)拥暮穸葹?00-150mm,金屬陶瓷球的粒徑為1-2mm,石英砂粉末的粒度為300-350目,石英砂粉末進(jìn)行密封處理后,石英砂粉末層的厚度為60-100mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的油管的固體滲硼方法,其特征在于,步驟s4中,加熱滲硼處理包括:將密封處理后的油管升溫至660-700℃,保溫10-20min,然后升溫至760-800℃,保溫5-15min,繼續(xù)升溫至810-840℃,保溫15-25min,接著升溫至850-950℃保溫4-6h,最后冷卻至室溫,完成加熱處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的油管的固體滲硼方法,其特征在于,所述油管通過普通合金鋼或者高合金鋼制備得到;