D0I:10.13374/j.issn1001053x.2000.03.011 第22卷第3期 北京科技大学学报 Vol.22 No.3 2000年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 2000 化学镀N1-P合金的化学腐蚀磨损机理 赵国鹏》吴荫顺) 顾正秋” 朱日彰) 1)鞍山钢铁学院化学工程研究中心，鞍山1140022)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要从实验和理论两方面研究了化学镀N-P合金在无润滑磨损条件下的化学腐蚀磨损 机理，探讨了化学镀N-P合金作为钻杆耐腐蚀磨损功能性镀层的可行性.结果表明：化学镀i- P合金在无润滑磨损条件下的磨损机理主要为剥层磨损，并伴随少量磨粒磨损.在无润滑磨损 状态下，化学镀Ni-P合金不适合作为G105钢抵抗化学腐蚀磨损的功能性镀层. 关键词化学镀：Ni-P合金：无润滑磨损：剥层磨枴 分类号TG172.2 化学腐蚀磨损主要是指材料在空气中的无 不圆度小于0.05mm.摩擦副外的腐蚀介质为 润滑磨损，也包括在N,中的无润滑磨损.与特 空气或工业纯氮气. 殊液态介质中的腐蚀磨损相比，也可被看成一 1.2腐蚀磨损试验 种干摩擦磨损.由于化学镀Ni-P合金具有优异 腐蚀磨损试验是在自行研制的腐蚀磨损试 的耐蚀性和较高的硬度，作为耐蚀、耐磨功能性 验机上进行的，摩擦方式为销一环式.环材料为 镀层，已经在工业上得到了一定的应用.石油 试样，销材料为SigN陶瓷球. 钻杆在钻井过程中，经历了化学腐蚀磨损和电 试样经腐蚀磨损一定时间后（一般为2h), 化学腐蚀磨损2种状态，在钻井初期，钻杆处于 再经蒸馏水清洗，乙醇擦净，放置干燥器内 无润滑的化学腐蚀磨损状态，摩擦副外的环境 24h,准确称重.腐蚀磨损速率的单位为： 介质主要为空气；随着钻杆的不断深入，介质中 g(m2h).每次试验后，更换SiN陶瓷球摩擦 的氧含量不断降低，钻杆处于缺氧状态下的 面，实验结果为2次以上数据的平均值. 无润滑磨损，本文在自行研制的腐蚀磨损试验 用Dmax-RB12KWX射线旋转阳极衍射仪 机上，研究了化学镀N-P合金作为钻杆耐腐 进行结构分析；用STER-EDSCAN.360扫描电镜 蚀磨损功能性镀层的可行性，重点研究了其磨 (SEM)进行表面形貌分析；用OLYMPUS CH-2 损机理， 双光铁谱显微镜进行磨粒分析， 1实验方法 2结果与讨论 1.1材料和腐蚀介质 2.1相对耐磨性 实验采用的化学镀Ni-P合金为自行制备 相对耐磨性的定义为： 的.基体材料为G105钢.镀层厚度大于50um, E=8以胖/B标准 (1) 镀层含P量（质量分数）8.5%，为非晶态结构.表 式中，ε为耐磨性，与磨损体积V成反比. 面维氏硬度560kgmm2,结合力良好，孔隙率为 为了考察化学镀Ni-P合金的耐磨性并与 零，表面微凸体高度分布的标准偏差（σ）为3.03. G105钢相比较，将ec1s作为E标准，8p作为8试怀. 基体G105钢试样直接取自进口G105石油 实验结果如表1所示， 钻杆管壁，加工过程中避免热处理. 表1不同载荷下的相对耐磨性 采用SiN陶瓷球(6mm)作为摩擦副对磨 Table 1 Relative anti-wear abilities at different loads 材料，抗弯强度700Pa,抗压强度3200MPa, PN 0.983.04 5.059.8514.72 1999-11-12收稿赵国鹏男，41岁，博士 6w/ec1s0.42 0.61 1.10 1.28 1.26 *高等学校博士学科点专项科研基金资助项目No.P300812)第 卷 第 期 侧洲 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 】 化学镀 一 合金 的化学腐蚀磨损机理 赵国鹏 ” 吴 荫顺 ” 顾正秋 ” 朱日彰 ” 鞍 山钢铁学 院化学工程研究中心 ， 鞍 山 北京科技大学材料科学与工程学院 ， 北京 摘 要 从实验 和 理论 两 方面研 究了化学镀 一 合 金 在无润滑磨损条件下 的化学腐蚀磨损 机理 ，探 讨 了化 学镀 合金 作 为钻 杆耐腐蚀 磨损功 能性镀层 的可行性 结果表 明 化 学镀 一 合 金在无润滑 磨损 条件 下 的磨损机理 主 要 为剥层 磨损 ， 并伴 随少量磨粒磨损 在无润滑 磨损 状态 下 ， 化 学镀 一 合 金 不 适 合 作 为 钢 抵抗 化 学腐蚀磨 损 的功 能性镀 层 关键 词 化 学镀 合金 无润滑 磨损 剥 层 磨损 分 类号 化 学腐蚀 磨损主 要 是 指材 料在 空 气 中的无 润 滑磨损 ， 也 包 括在 中的无 润 滑 磨损 【 与特 殊 液态 介 质 中的腐蚀 磨损 相 比 ， 也 可 被 看成 一 种干 摩擦磨 损 由于 化 学 镀 一 合 金 具 有优异 的耐蚀性和 较 高的硬度 ， 作 为耐蚀 、 耐磨功 能性 镀层 ， 已 经 在工 业 上得 到 了一 定 的应 用 ‘ ， 石 油 钻杆在钻 井过程 中 ， 经 历 了化 学腐蚀磨损和 电 化学腐蚀磨损 种状态 在钻井初期 ， 钻杆处 于 无 润滑 的化 学 腐蚀磨 损 状态 ， 摩擦 副 外 的环 境 介质主 要 为空 气 随着钻杆的不 断深入 ， 介质 中 的 氧 含 量 不 断 降低 ， 钻 杆 处 于 缺 氧 状 态 下 的 无润滑磨损 本文在 自行研制 的腐蚀磨损试验 机 『上 ， 研 究 了化 学镀 一 合 金 作 为钻 杆 耐腐 蚀磨 损 功 能性 镀层 的 可 行 性 ， 重 点研 究 了其磨 损机理 不 圆度 小于 摩擦副外 的腐蚀 介质 为 空气 或 工 业 纯 氮气 腐蚀磨损试验 腐蚀磨损试 验是 在 自行研制 的腐蚀磨 损 试 验机上进行 的 ， 摩擦方式为销一环 式 环 材料 为 试 样 ， 销 材 料 为 卿 陶 瓷球 试样经 腐蚀磨损一 定 时 间后 一 般为 ， 再 经 蒸馏 水 清洗 ， 乙 醇 擦 净 ， 放 置 干 燥 器 内 ， 准 确 称 重 腐 蚀 磨 损 速 率 的 单 位 为 留耐 · 每次试验后 ， 更换 凡 陶瓷球摩擦 面 实验 结 果 为 次 以上数据 的平 均 值 用 一 射线旋转 阳极衍射仪 进行 结 构分 析 用 尸 扫 描 电镜 进行表面 形 貌分析 用 犷州 卜 双光铁谱显 微镜进行 磨粒分析 实验方法 材料和腐蚀介质 实验 采 用 的化 学 镀 一 合 金 为 自行 制备 的〔 ， 基体材料为 钢 镀层 厚度大于 娜 ， 镀 层 含 量 质 量 分 数 ， 为 非 晶态 结 构 表 面 维 氏硬度 ， ， 结 合 力 良好 ， 孔 隙率 为 零 ， 表面微 凸体 高度分布 的标准偏差 为 基 体 钢 试样 直 接 取 自进 口 石 油 钻杆管壁 ， 加 工 过程 中避 免热 处 理 采用 入 陶瓷球 杯 作 为摩擦 副对磨 材料 ， 抗 弯强 度 ， 抗压 强 度 ， 一 · 收稿 赵 国鹏 男 ， 岁 ， 博 士 高等学校博士 学 科点专 项科研基 金 资助项 目困 。 卫 结果与讨论 相对耐磨性 相 对 耐 磨性 的定 义为 ￡二 ￡试样 ‘ 标。 式中 ， 。 为耐磨性 ， 与磨损体积 成反 比 为 了考察化学镀 一 合 金 的耐磨 性 并 与 钢 相 比较 ， 将衡 作 为殊 。 ， 鲡作为 坛样 实验 结 果 如 表 所 示 表 不 同载荷下 的相对耐磨性 抽 肠柱 自 幻触 尸加 如 浏云 。 ， ， DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2000．03．011