本文旨在探究典型鉆井機具機構(gòu)金剛石鍍膜改性的方案,討論金剛石薄膜在超深鉆井工況下耐磨改性機理。通過宏觀壓入方法表征薄膜的壓入硬度并通過分形維數(shù)定量表征薄膜的表面形貌,探究制備參數(shù)對薄膜耐磨損性能的影響來改善鉆探機構(gòu)耐磨性能。籍此,為利用金剛石薄膜改善鉆探機構(gòu)耐磨損性能的應用提供理論參考和數(shù)據(jù)支持。主要結(jié)論有:（1）通過分析典型鉆探機具-液動鉆井沖擊器的工作原理及其在超深鉆井工況下的失效特點,嘗試在其易損部件表面沉積金剛石薄膜,通過摩擦磨損試驗考察其在典型工作條件下薄膜的摩擦學性能。利用a-SiC/金剛石復合薄膜改善易損部件活塞的耐磨粒磨損性能。在模擬工況條件下,鍍膜前后樣品的對比研究結(jié)果顯示,金剛石薄膜的具有優(yōu)良的摩擦學性能,可用于活塞的改性。金剛石薄膜改善活塞耐磨損性能的機理是三方面協(xié)同作用的結(jié)果:（i）跑合期接觸面平坦化;（ii）金剛石顆粒和鉆井液的二相潤滑作用和（iii）接觸面轉(zhuǎn)移膜的自潤滑作用。（2）通過宏觀壓入P-h曲線獲得金剛石薄膜壓入硬度評價方法;對金剛石薄膜進行微米層級的壓入試驗,分別對不同沉積時間下的薄膜進行宏觀壓入獲得硬度測量值。與納米壓痕測試手段不同的是,校準過程... 

【文章來源】：中國地質(zhì)大學(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

Wassara型液動鉆井沖擊器結(jié)構(gòu)圖和磨損實物圖（a.液動鉆井沖擊器結(jié)構(gòu)圖；

呈現(xiàn)出高度的飽和性（Guo,2014）。從圖 1-2（b）可知為金剛石結(jié)構(gòu)的晶體構(gòu)型可以視為兩個面心立方晶胞沿對角線位互套合（Krawitz,2001）。其最小重復單元為金剛石四面體的基本單出其最小單元在晶胞中緊密堆疊，這賦予了金剛石的超高硬度。C面密排情況的差異導致了金剛石各晶面存在一定的硬度差異。從圖其（111）晶面為雙原子面，面間距分別為√和√；其（110）和（1距分別為√和 （Butler, 2009）。因此，這樣導致金剛石晶體結(jié)向產(chǎn)生差異，金剛石各晶面硬度存在較大差異，其各主要晶面中，（1度最高，（100）次之，（110）最次（Zhang,2000）。由于以上因剛石晶體具備高硬度，化學惰性及高熔點的特點。因此，在耐磨損石材料存在廣泛的應用，如地質(zhì)鉆探機具，機加工刀具，鉆具等（。

(1) 探究超深鉆探應用場景下的效能。通過研究典型鉆探機具的工作原理及失效特點，在典型鉆探機構(gòu)易損部件上制定出與其特質(zhì)匹配的金剛石薄膜并利用摩擦磨損試驗驗證分析，探究利用金剛石薄膜提高典型鉆探機具耐磨損性能的機制。(2) 嘗試利用宏觀壓入測試表征金剛石薄膜硬度。建立通過宏觀壓入手段（壓入載荷高于 2N）對金剛石薄膜硬度評價的方法，通過探究不同沉積時間下的金剛石膜層的壓入硬度對壓入硬度的評價方法進行驗證。(3) 考察主要制備參數(shù)對金剛石薄膜分形維數(shù)和壓入硬度的影響。嘗試從SEM 圖片中利用分形理論獲得定量表述金剛石薄膜形貌特點的參數(shù)，并設計正交實驗探究金剛石薄膜主要制備參數(shù)對其壓入硬度和分形維數(shù)的影響。探究金剛石薄膜摩擦學系數(shù)同表面分形維數(shù)之間的關系。論文整體撰寫思路如圖 1-3 所示。

【參考文獻】：
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本文編號：2965810