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科學超深井鋁合金鉆桿的腐蝕防護機制研究取得新進展

2022-07-20 15:36:59 作者：探礦工程技術信息來源：探礦工程技術信息分享至：

國家自然科學基金項目順利結題，已完成自然資源部成果登記

鋁合金鉆桿極易發生腐蝕失效，極大的影響了其在科學超深井中的應用，深入認知腐蝕失效及防護機制是科學超深井鋁合金鉆桿技術應用的核心與關鍵。中國地質科學院勘探技術研究所梁健正高級工程師團隊承擔的國家自然科學基金面上項目《科學超深井鋁合金鉆桿的腐蝕防護機制研究》（批準號：41772390）按期順利結題，其研究成果已完成自然資源部科技成果登記（登記號：20220404）。該研究成果對我國未來的萬米科學鉆探工程的謀劃與實施可提供基礎實驗數據和技術支撐。

最新成果超聲波冷鍛與微弧氧化處理鋁合金鉆桿的耐腐蝕性能，發表在中文EI期刊《表面技術》

采用超聲波冷鍛與微弧氧化技術處理形成包裹于鋁合金表面的細晶層和微弧氧化膜層用以提高鋁合金鉆桿的耐腐蝕性能。用超聲波冷鍛技術（Ultrasonic Cold Forging Technology，UCFT）和微弧氧化技術（Micro Arc Oxidation，MAO）處理形成包裹于鋁合金表面的細晶層和微弧氧化膜層，從而強化鋁合金鉆桿材料（2024）。通過模擬鋁合金材料在科學超深井“高溫–高壓–力學–化學”的服役條件和環境，并使用失重法、電化學方法、掃描電子顯微鏡以及 X 射線衍射等測試方法，研究了細晶層和微弧氧化膜層對鋁合金鉆桿腐蝕行為和腐蝕規律的影響。通過電化學測試結果可知，經 UCFT+MAO 處理的鋁合金的耐腐蝕性能隨著彈性拉應力的增加而逐漸下降。但在 300 MPa 的彈性拉應力作用下，經 UCFT+MAO 處理的鋁合金仍能維持較低的腐蝕速率（10?2 mm/a），并且耐蝕性能仍大于未經 UCFT+MAO 處理的鋁合金。通過失重法和掃描電子顯微鏡測試結果可知，在 100 MPa 的彈性拉應力條件下，經 UCFT+MAO 處理的鋁合金的腐蝕速率隨試驗溫度的升高而明顯上升，并且表面的腐蝕形貌也變得越來越不平整，凸起程度增加。當試驗溫度超過 125 ℃時，經 UCFT+MAO 處理的鋁合金的腐蝕速率隨溫度的增加而顯著上升。通過 XRD測試結果可知，在 100 MPa 的彈性拉應力和不同溫度條件下，經 UCFT+MAO 處理的鋁合金表面的化學組成主要以 Al 和 Al2O3為主。經 UCFT 和 MAO 處理形成的細晶層和微弧氧化膜層能夠有效保護鋁合金基體，提升鋁合金的耐腐蝕性能。

以上內容節選自期刊表面技術 2022年第6期發表的文章“梁健,李嘉棟,林冰,岳文,王成彪,尹浩,唐鋆磊.超聲波冷鍛與微弧氧化處理鋁合金鉆桿的耐腐蝕性能[J].表面技術,2022,51(6):255-266.

LIANG Jian,LI Jia-dong,LIN Bing,YUE Wen,WANG Cheng-biao,YIN Hao,TANG Jun-lei.Corrosion Performance of Aluminum Alloy Drill Pipe Treated by Ultrasonic Cold Forging and Micro Arc Oxidation[J].Surface Technology,2022,51(6):255-266”。

第一作者簡介

梁健（1980-），男，漢族，黑龍江齊齊哈爾市人，地質工程專業，博士，正高級工程師（四級），長期從事深部科學鉆探技術研究和科研項目管理工作。現任勘探技術所科學技術處（項目管理處）副處長（主持工作），兼《鉆探工程》期刊第一屆青年編委會主任委員，中國地質學會第十屆探礦工程專業委員會委員、副秘書長，中國地質學會第六屆青年工作委員會委員、副秘書長。

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