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CN101715524B - 管式螺纹接头、用于其的防粘扣螺纹元件及该螺纹元件的精加工方法 - Google Patents

管式螺纹接头、用于其的防粘扣螺纹元件及该螺纹元件的精加工方法 Download PDF

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CN101715524B
CN101715524B CN200780053020.3A CN200780053020A CN101715524B CN 101715524 B CN101715524 B CN 101715524B CN 200780053020 A CN200780053020 A CN 200780053020A CN 101715524 B CN101715524 B CN 101715524B
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Vallourec Mannesmann Oil and Gas France SA
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Abstract

本发明的涂层包括附着到基材的固体基体，所述固体基体中分散有属于同一类的至少一种固体润滑剂的颗粒(11)。固体基体是润滑性的并且具有塑性或粘塑性类型的流变特性。本发明可用于保护在烃井中使用的螺纹元件的螺纹以抵抗腐蚀和粘扣。

Description

管式螺纹接头、用于其的防粘扣螺纹元件及该螺纹元件的精加工方法
技术领域
本发明涉及用于管式螺纹接头的螺纹元件。 
背景技术
在烃井中使用的、设置在管式组件(管或联轴器)末端的螺纹元件必须首先受到保护以防止在运输和井场存储期间腐蚀，因此它们在离开制造车间时传统上涂布有保护油或油脂。 
在井中，它们可能不得不经历数个上扣和卸扣周期。上扣操作在高的轴向载荷下——例如在长数米(典型地长10至13米)的、将通过螺纹接头竖直装配的管的重量下——竖直进行，这导致粘扣、特别是螺纹粘扣的风险。由于待装配的管是竖直悬起的，该载荷还可通过待装配螺纹元件轴的微小错位而局部化，这增加了粘扣的风险。因而，图1显示了经由两个长10至13米的管1和2的螺纹接头在错位的情况下在工地上进行装配的过程，动力钳3用于将管1的阳螺纹部分4上扣到管2的阴螺纹部分5中。 
为了保护脆弱部件、例如螺纹以免在上扣和卸扣操作过程中粘扣，螺纹传统上无保护油脂而涂布有专用的上扣油脂例如符合API Bul.5A2或RP5A3的油脂。除了需要在井中进行二次涂布操作的缺点以外，这种载有重金属和/或有毒金属、例如铅的油脂的使用还涉及引起井和环境污染的缺点，因为过量的油脂在上扣操作中从螺纹挤出。 
US 6933264提出用单涂布操作代替双涂布操作，该单涂布操作使用单层蜡质稠度(称为半干)的润滑剂在生产螺纹元件的车间中实施，所述润滑剂包含至少一种具有化学作用的极压添加剂。然而这种半干涂层具有以下缺点：需要机械保护以防止在运输和存储期间受到灰尘或砂颗粒的污染。 
US 4414247、US 4630849、US 6027145、US 6679526B2、US2004/0166341A1和WO 2004/033951提出用各种固态保护涂层代替油脂，该固态保护涂层在制造螺纹元件的车间中涂覆，所述固态保护涂层包含附 着到基材的固体基体以及分散在其中的固体润滑剂的颗粒，在固体润滑剂中，更优选提及的是二硫化钼MoS2。 
尽管所述涂层与油脂相比有所改善，但该涂层并不完全令人满意。具体而言，在井场条件下，时常发现涂层剥落和/或颗粒从其摩擦表面磨除并且分散在环境中，这些事件导致需要将管式组件送回到工厂。 
此外，上述涂层通常必须在约200℃的炉子中加热数十分钟或甚至超过一小时以引起硬化，这显著增大了涂层生产周期，而不能与螺纹的机械加工一致。 
此外，它们通常无法保护螺纹元件免受腐蚀，或者无法充分地保护螺纹元件，因此US 6679526B2和WO 2004/033951提出涂覆单独的腐蚀抑制材料(第一篇文献中是羧酸的金属盐，第二篇文献中是含有锌颗粒的环氧树脂)层。 
这种双层涂层必须经历更麻烦的生产周期并且仍然无法解决颗粒磨除的问题。 
发明内容
本发明的目的在于克服已知的干涂层或半干涂层以及油脂的缺点，从而改善涂层涂覆在摩擦和产率方面的情况。 
任选地，本发明的目的在于改善螺纹元件腐蚀方面的情况。 
在工作条件下、特别是在工地条件下的上扣是指通常在竖直位置进行的上扣操作，其中(i)将第一螺纹元件保持竖直并固定，以及(ii)通过起重装置将即将上扣到第一螺纹元件上的第二螺纹元件基本竖直地保持在第一螺纹元件之上，所述第一螺纹元件位于或固定于可为13米长的管的下端，然后使用合适的设备、例如发动机驱动的动力钳将第二螺纹元件上扣到第一螺纹元件中。同理，在工地条件下的卸扣是指将第一和第二螺纹元件卸扣，所述第一和第二螺纹元件竖直放置，从而支撑管的重量，并可能具有错位，待卸扣的管由起重装置悬起。 
具体而言，本发明涉及用于管式螺纹接头的防粘扣螺纹元件，其包含覆盖有固态薄涂层的螺纹，所述薄涂层对触摸无粘性并且附着到基材，并且包含固体基体以及在所述基体中的至少一种固体润滑剂的颗粒分散体。 
根据本发明，固体基体是润滑性的并且表现出塑性或粘塑性类型的流 变特性。 
根据一个实施方式，至少一种固体润滑剂的颗粒分散体包含第1类、第2类、第3类或第4类中仅仅一类润滑剂的颗粒。 
根据本发明的另一实施方式，固体基体包含至少一种热塑性聚合物和碎屑再聚集剂，所述碎屑再聚集剂能使得通过摩擦在所述螺纹元件表面附近形成的碎屑再聚集。 
下面列出本发明的任选特征，这些特征是附加特征或替代特征。 
-所述基体具有80℃至320℃的熔点； 
-所述热塑性聚合物是聚乙烯； 
-所述基体包含至少一种金属皂； 
-所述皂是硬脂酸锌； 
-所述基体包含至少一种植物、动物、矿物或合成来源的蜡； 
-所述蜡是巴西棕榈蜡； 
-所述基体包含至少一种腐蚀抑制剂； 
-所述腐蚀抑制剂是磺酸钙的衍生物； 
-所述皂选择为改进按照ISO 9227标准进行的盐雾试验中出现腐蚀的时间； 
-所述基体包含至少一种100℃下的运动粘度至少等于850mm2/s的液体聚合物； 
-所述液体聚合物不溶于水； 
-所述液体聚合物选自聚甲基丙烯酸烷基酯、聚丁烯、聚异丁烯和聚二烷基硅氧烷； 
-所述基体包含至少一种表面活性剂； 
-所述基体包含至少一种着色剂； 
-所述基体包含至少一种抗氧化剂； 
-所述固体润滑剂的颗粒包括至少一种第1类固体润滑剂的颗粒； 
-所述固体润滑剂的颗粒选自除石墨颗粒以外的第1类润滑剂的颗粒； 
-所述固体润滑剂的颗粒包括至少一种选自氮化硼和氧化锌的第1类固体润滑剂的颗粒； 
-所述固体润滑剂的颗粒包括至少一种第2类固体润滑剂的颗粒； 
-所述固体润滑剂的颗粒选自除二硫化钼颗粒以外的第2类润滑剂的 颗粒； 
-所述固体润滑剂的颗粒包括至少一种选自氟化石墨、硫化锡和硫化铋的第2类固体润滑剂的颗粒； 
-所述固体润滑剂的颗粒包括至少一种第4类固体润滑剂的颗粒；以及 
-所述固体润滑剂的颗粒包括至少一种选自聚四氟乙烯和聚酰胺-11的第4类固体润滑剂的颗粒。 
本发明还涉及包含阳螺纹元件和阴螺纹元件的管式螺纹接头，其特征在于所述螺纹元件中的至少一个是如前述定义的螺纹元件。而且本发明还涉及对管式螺纹元件进行精加工的方法，其中在对待涂布的表面进行表面处理以改善涂层的附着之后，将如前述定义的薄层形式的防粘扣固体涂层至少涂覆到螺纹的表面。 
根据本发明的方法可包含以下特征中的至少一些。 
-将涂层的成分升至高于基体熔点的温度，然后通过喷涂包含熔融态基体的所述成分而涂覆所述涂层； 
-通过将由所述涂层的成分形成的粉末投射穿过火焰而涂覆所述涂层； 
-通过喷涂水性乳液涂覆所述涂层，所述水性乳液中分散有所述涂层的成分； 
-将所述螺纹元件升至高于或等于80℃的温度； 
-所述螺纹元件处于环境温度； 
-所述表面处理选自机械处理、化学处理和非反应性沉积； 
-所述待涂布的表面为金属表面并且所述表面处理为所述表面的化学转化处理； 
-所述化学转化处理为磷酸盐处理； 
-所述表面处理之后是用具有抗腐蚀作用的纳米材料(11)浸渍待涂布表面的凹凸或孔隙(12)的处理； 
-所述纳米材料是氧化锌的颗粒(11)； 
-所述纳米材料具有约200nm的中值粒径；以及 
-所述纳米材料以分散体的形式涂覆。 
附图说明
下面将参照附图更详细地描述本发明的特征和优点。 
图1图示了在烃井中准备通过它们的螺纹元件上扣来进行装配的两根管， 
图2放大显示了螺纹元件的一部分螺纹表面，其孔隙根据本发明方法用纳米材料浸渍， 
图3和图4图示了可用于实施本发明方法的设备，以及 
图5图示了用于通过上扣和卸扣试验评价本发明涂层的设备。 
具体实施方式
本发明涉及用于管式螺纹接头的防粘扣螺纹元件。该螺纹元件具有覆盖了固态薄涂层的螺纹，所述薄涂层对触摸无粘性并且附着到基材，该螺纹元件能经受多次上扣和卸扣操作。 
螺纹元件的涂层包含固体基体以及分散在所述固体基体中的由颗粒构成的至少一种固体润滑剂。 
本发明基于对某些材料的摩擦特性的研究并参照了以下描述的某些概念。 
基本概念
固体润滑剂转移膜效应效应
处于干燥态液体动力润滑条件下的固体润滑剂，当分散在流体或粘塑性材料中时，往往变得以稳定的方式固定在表面上，从而改变其摩擦特性。它们通过化学键合转移并键合到表面上，这导致高水平的耐磨性和摩擦性质的改善。根据固体的性质，这向表面赋予抗磨保护、在由称为赫兹应力的高表面载荷应力产生的极压下的耐受性和抗磨性、以及在宽范围载荷和摩擦速度下的小摩擦系数。所述产生转移膜效应的性质用于表面反复受到应力的摩擦类型，例如在管式螺纹接头系统的上扣和卸扣期间产生的摩擦。 
第三摩擦体
第三摩擦体是介于摩擦期间接触的两个表面之间的物质。 
在不存在润滑剂的情况下，在应力下相互摩擦的两个物体产生由碎屑形成的第三体，该碎屑是由各物体以化学或非化学方式转化的。该第三体通过其在所施加应力下的特性，其在应力下的转化机理，以及其对迁移、 固定或消除的能力来限定部分摩擦性质。 
当在两个物体之间放入液体、流体或塑性固体润滑剂(即在剪切下随着材料流以塑性方式经历形变)时，该润滑剂形成隔开两个物体表面的膜且其本身构成第三体。在边界条件下，即当摩擦应力导致受润滑的材料接触时，其组成改变，产生与流体或塑性润滑剂混合的固体。 
极压性质
极压性质是某些产品允许受到非常高的赫兹应力的表面经受磨损并以低摩擦系数滑动的性质。 
赫兹应力或赫兹压力
在载荷应力下接触的表面发生弹性形变，从而限定一定面积的接触区域。所施加的载荷除以所述面积定义赫兹压力或应力。在高赫兹压力下，固体非塑性材料可经历内部剪切作用，由于材料疲劳而降低它们的使用寿命，而固体塑性材料则在没有结构劣化的情况下经历所述剪切作用。 
基体
该术语用于表示可使活性成分固定到给定位置或将活性成分携带到给定位置的体系。其还充当不均匀体系的内聚剂并可以具有补充其所结合或携带的活性成分功能的作用。 
特别地，本发明的固体基体是润滑性的并具有塑性或粘塑性类型的流变特性。 
协同效应
可以将具有基础性质的物体结合成具有完全不同的特性和性质的复合体。这些性质导致的性能优于各成分性能的组合的情形称为协同效应。 
粘性、塑性、粘塑性、颗粒性质
存在可高度形变的物体或流体，其在流体静压力的作用下经历有限的形变，而在即使微小的剪切应力下经历无限流动。实例有油和油脂。 
存在不可形变的物体或固体，其无论应力的性质如何，至少在一定的应力阈值内，均经历有限的形变。具有屈服强度的热固性体系就是这种情况，超出所述屈服强度，材料发生结构劣化。 
存在介于这两个极端之间的材料(最常见的)(具有弹性、塑性、粘性和粘塑性性质的材料)。 
摩擦情况中产生或存在的第三体的润滑或非润滑性质取决于其物理状 态，如下表1所示。 
本发明用于基体的材料属于表1中的第1类。 
表1 
  类别   1   2   3
  第三体的物理状态   塑性固体   颗粒固体   流体
  性质描述   粘塑性流动   摩擦-碰撞状态   摩擦-粘性性质
  作用   润滑剂   非润滑剂   润滑剂
热塑性和热固性聚合物
本发明的固体基体包含至少一种热塑性聚合物。 
术语“热塑性”修饰可熔性聚合物，所述可熔性聚合物能够可逆地通过加热分别至温度Tg和Tm(玻璃化转变温度和熔点)而软化然后熔化，并通过冷却而固化。热塑性聚合物在没有化学反应的情况下发生形变。在本发明中使用热塑性聚合物以在摩擦应力下获得粘性流体，同时静态地保持稳定干燥(对触摸无粘性)的固体结构。相反，通常，热固性聚合物在应力下没有或几乎没有粘性性质。 
金属皂
该术语涵盖碱金属和碱土金属等金属的皂。它们是能够在表面之间流动的可熔的化合物(表1中的第1类)。 
蜡
该术语涵盖各种来源(矿物特别是来自汽油蒸馏，植物，动物或合成)的具有润滑性质的可熔物质，其具有或多或少的糊状或硬稠度并具有可根据其性质而大幅变化的熔点和滴点。 
腐蚀抑制剂
腐蚀抑制剂是向施加到表面的液体或固体材料赋予保护所述表面免受不同形式腐蚀的添加剂。这些腐蚀抑制剂根据各种化学、电化学或物理化学机理发挥作用。 
固体润滑剂
固体润滑剂是介于两个摩擦表面之间的固体稳定体，其可降低摩擦系数并降低对表面的磨损和破坏。 
所述物体可分为由其作用机理和其结构定义的不同类别。这些类别例 如描述在Mr Eric Gard(法国Ecole Nationale Supérieure des Pétroleset Moteurs)的标题为“Les lubrifiant ssolides”(固体润滑剂)的文献中。 
第1类：其润滑性质是由于其晶体结构的固体，例如石墨、氮化硼BN、氧化锌ZnO。 
第2类：其润滑性质一方面是由于其晶体结构，另一方面是由于其组成中的反应性化学元素的固体，例如二硫化钼MoS2、氟化石墨、锡的硫化物和铋的硫化物。 
第3类：其润滑性质是由于其化学反应性的固体，例如某些硫代硫酸盐型化学化合物(例如Desilube Technology Inc.出售的Desilube 88)。 
第4类：其润滑性质是由于在摩擦应力下的塑性或粘塑性性质的固体，例如聚四氟乙烯PTFE和聚酰胺。 
为了在摩擦和固体润滑剂转移膜的形成方面的良好性能，本发明使用属于前述类别之一的固体润滑剂的颗粒。 
作为固体润滑剂，本发明人优选使用第2类化合物，特别是迄今为止尚使用得很少的化合物，例如氟化石墨和作为复合物的锡或铋的硫化物。根据本发明，上述化合物由于它们对金属的结合能力更强且它们在极压下的性能水平显著更高而不同于传统的固体润滑剂产品，例如石墨、二硫化钼或二硫化钨。 
具体而言，本发明人找到了不涉及石墨或二硫化钼的解决方案，石墨能促进腐蚀的发生，二硫化钼这种化合物已知是不稳定的，特别是在水分的存在下，并且已知其释放出硫氧化物或者硫化氢，硫氧化物对钢具有腐蚀性，硫化氢可使钢对延迟的氢引起的应力开裂(硫化物应力开裂或SSC)敏感。 
富勒烯
富勒烯是单层或多层的、具有封闭或开放管或者封闭或开放球形式的结构的分子材料。球形富勒烯在单层形式的情形中为数十纳米的尺寸，而在多层形式中超过约80纳米。它们通过稳定地阻断由表面凹凸产生的位点并阻断片状剥落类型的劣化而作用于表面。 
应力类型
本发明考虑了管式螺纹接头在其运行时经受的不同应力。 
在低速和高速下以及在低和高赫兹应力下的摩擦
螺纹接头的上扣和卸扣期间的摩擦体系由于所遇到的摩擦速度的多样性而变得复杂。实际上，速度在上扣期间相对较高，而在上扣结束时或在卸扣开始时几乎为零。 
另一方面，赫兹应力在上述摩擦期间非常大，这导致限制性条件。由此，本发明人力求确定对应于所述应力的体系。 
为了解决由动态应力引起的问题，本发明人开发出性质为塑性特性的基体，这导致在应力下的粘性流体，并满足所遇到的全部速度状况。为了使性能最高的体系适应剪切作用的多样性，所述体系必须使用多种成分。所述基体可使其它活性成分保持在适当的位置并有助于产生稳定的转移膜。 
选择通常具有塑性特性的热塑性树脂，并且在全部现有的粘塑性聚合物中，本发明人优选聚乙烯，其优于其它粘塑性聚合物如聚酰胺-6、聚酰胺-11和聚丙烯，这些粘塑性聚合物由于在熔融状态下的高粘度而导致涂覆问题。在各品质的聚乙烯中，选择熔点高于105℃的聚乙烯。 
为了阻断由表面摩擦而产生的碎屑并从而消除引起环境污染的可能性，本发明进一步提供碎屑再聚集剂，其能使由螺纹元件的接触表面水平的摩擦现象产生的碎屑再聚集。所述再聚集剂可使碎屑一旦形成便再聚集。 
具体而言，本发明人发现某些金属皂、某些蜡和某些聚合物可用作再聚集剂。 
具体而言，本发明人通过实验发现通过加入金属皂型的再聚集剂实现了碎屑再聚集性质和基体塑性性质的改善，在所述金属皂中，钙、铋和锌的皂在上述工地条件下的上扣和卸扣操作次数方面获得优异结果。在所述皂中选择硬脂酸锌，因为其与下面研究的腐蚀抑制剂具有协同关系。 
向基体中加入天然脂肪类物质例如巴西棕榈蜡还可优化上扣-卸扣操作中的碎屑再聚集性质。 
为了满足在准静态条件下有限的润滑应力以及非常高的摩擦载荷，本发明人制备了合适的添加剂体系，其包含由分散在固体基体中的颗粒形成的固体润滑剂。常规的EP(极压)添加剂，例如基于EP 1313827中描述的硫化合物种类的添加剂，仅在所涉及的表面力允许其反应时发挥作用，这只在某些载荷和摩擦速度下发生。本发明人优选使用即使在准静态条件 下也能确保润滑作用状态的固体润滑剂。 
具体而言，本发明人使用第2类中的一种或多种固体润滑剂。 
有害环境(可为盐或非盐的湿气)
根据表面抗腐蚀保护要求，可能需要向基体中加入腐蚀抑制剂。在这种抑制剂中，磺酸钙的衍生物，特别是在蜡、石油树脂或石蜡形成的介质中缔合氧化钙和磺酸钙而生成的磺酸钙衍生物，例如LUBRIZOL以名称ALOX606出售的产品，已经显示它们是特别有用的，但也可以同样地使用其它化合物，例如胺、氨基硼酸盐、季胺、在聚α烯烃上过碱化的磺酸盐、磷硅酸锶、磷硅酸锌和硼酸盐羧酸盐型的抑制剂。 
通过将所选择的腐蚀抑制剂与按照其它阻断腐蚀的机理发挥作用的化合物联用可进一步改善耐腐蚀性。如上所述，硬脂酸锌特别表现出与腐蚀抑制剂的协同性质，同时极大地有助于基体的润滑特性。 
抗腐蚀保护的主要试验是在用锰进行过磷酸盐处理的板(8-20g/m2的磷酸盐沉积)上进行的盐雾试验，该试验根据ISO 9227标准进行并依照ISOEN 2846-3用指数Re评价。 
在受保护环境中的使用(环境相容性约束)
为了消除环境污染的可能性，提供基体组合物以阻断由表面摩擦产生的碎屑。由于基体的合适组成，这种碎屑一旦形成便再聚集。 
为了证实这种性质，本发明人在实验方案中引入涉及通过称量摩擦期间产生的碎屑的重量而进行定量测量的工序。他们因而能够注意到金属皂和蜡类型的再聚集剂的功效。 
然而，根据所研究的组成，再聚集性能的不足导致对具有再聚集功能的其它类型产品的探寻。因此，他们考虑了高粘度聚合物如聚甲基丙烯酸烷基酯(PAMA)、聚丁烯、聚异丁烯和聚硅氧烷的影响，使用ROHMAX以名称VISCOFLEX6-950出售的、100℃下的运动粘度为850mm2/s的PAMA在碎屑再聚集试验中获得优异结果。 
在具有本发明涂层的两个螺纹(其中只有一个含有PAMA)经历上扣和卸扣周期之后进行的检测显示：当使用这种涂层时，摩擦产生的碎屑聚集并结合到摩擦表面上而不会造成外部污染，而使用其它涂层时，碎屑仍保持分散。 
涂层的涂覆性
为了改善涂层在环境温度下的结合和外观，可能需要向基体中加入至少一种表面活性剂。 
因此，本发明人更特别地设想加入2％以下的表面活性有机硅，优选聚二甲基硅氧烷或DC56(DOW CORNING出售)。 
也可以考虑具有类似表面活性性质的其它化合物，这些化合物可以是或不是聚合物。 
因此本发明结合两类产品，综合利用两类产品之间的协同相互作用： 
·基体的成分；以及 
·一种固体润滑剂或同类的多种固体润滑剂。 
本发明的方法包括待润滑元件的表面准备。 
上扣和卸扣试验表明：为了实现恰当的转移膜的建立，必须通过以下方式对待涂布的表面进行改性：机械处理例如喷砂处理或喷丸处理；或者借助在表面上的基于结晶形式的矿物沉积物的反应性处理的物理或化学表面改性、化学侵蚀如使用酸的化学侵蚀、使用锌或锰的磷酸盐处理、或导致表面化学转化层的草酸盐化处理。在这些表面处理中，磷酸盐是优选的，因为其可产生恰当的结合表面以及基础抗腐蚀保护，所述结合表面导致生成耐摩擦并且非常稳定的转移膜。 
而且，可能需要实施补充性的表面准备操作，该操作具体而言涉及使用纳米材料浸渍表面的孔隙，该纳米材料的尺寸使其能够引入孔隙中。所述浸渍操作的目的是用具有钝化作用的材料阻断并饱和孔隙所产生的位点，以保护该表面免受腐蚀，同时保持良好的涂层粘附性。 
图2图示了将颗粒11浸渍到金属基材13的孔隙位点12中。 
本发明人注意到：通过引入以在水中的简单分散体的形式施用的纳米尺寸(平均200纳米)的氧化锌颗粒，可改善根据上述标准进行的盐雾试验中的性能(腐蚀出现时间提高20％)。 
为了能够对处理表面进行目视鉴定，可以以不会引起摩擦性能劣化的比例(例如1％)使用任何已知的有机着色剂。 
为了保护涂层免受由于例如热而引起的氧化劣化，可以加入一种或多种抗氧化剂。多酚化合物、萘胺衍生物和有机亚磷酸盐构成抗氧化剂的主要类别。本发明人更特别地选择Ciba-Geigy的产品 L150(多酚和氨基抗氧化剂体系)和 
Figure G2007800530203D00112
168(三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸盐) 的组合。 
本发明还涉及促进其工业化的涂层涂覆模式。为此使用不同技术，下面描述最合适的技术。 
以熔融态喷涂的技术涉及使产品在液相中保持在高温下，并使用恒温喷枪对其进行喷涂。将该产品加热至比其熔点高10℃至50℃并喷涂到温度预热至高于熔点的表面以实现良好的表面覆盖。 
在一个变化方案中，在未预热的螺纹元件(即保持在环境温度下)上进行喷涂操作。然后通过添加少量的表面活性剂，例如最多2％，优选0.6％-1.0％的表面活性有机硅，优选聚二甲基硅氧烷或DC56(DOW CORNING出售)来调节涂层的组成。 
图3显示了实施该方法的装置的实例。将产品20在容器21中熔融，使用螺旋桨搅拌器22搅拌，然后通过流速可控的泵24经由管道25送至喷头23，该喷头23还通过压缩机26供应有空气。调节组件21和23至26的温度。 
另一技术是乳液涂覆技术，其中产品以水乳液的形式喷涂。乳液和基材可处于环境温度，进而需要干燥时间。通过将产品预热至60℃至80℃和/或将表面预热至50℃至150℃，可以显著减少所述干燥时间。 
图4显示了在热喷涂或火焰喷涂中涉及的技术。在这种情况下，将粉末形式的产品30通过供应有空气32和可燃性气体33的喷枪31投射到待涂布的表面上。粉末在经过火焰34时熔化并以均匀方式覆盖目标。 
实施例 
实施例中使用依照Vallourec & Mannesmann Tubes的OCTG部门编辑的技术规格的VAM TOP HC型螺纹接头，其由低合金钢(L80级)制成，标称直径为177.8mm(7英寸)且单位长度质量为43.15kg/m(29lb/ft)。 
在涂覆涂层之前，用锌对阳螺纹元件进行磷酸盐处理(层的重量为4-20g/m2)，并且用锰对阴螺纹元件进行磷酸盐处理(层的重量为8-20g/m2)。在130℃下预热螺纹元件，并使用热喷涂向其涂覆35μm厚的产品层，所述产品保持在150℃下的熔融态，其具有在实施例I至VI之一中以重量计的组成，其中： 
-聚乙烯为CLARIANT以名称PE 520出售的商品， 
-巴西棕榈蜡为NOVEON以名称LANCO 1955SF出售的商品， 
-硬脂酸锌为PETER GREVEN以名称LIGASTAB ZN70出售的商品， 
-PAMA(聚甲基丙烯酸烷基酯)为ROHMAX以名称VISCOPLEX 6-950出售的商品， 
-磺酸钙衍生物为LUBRIZOL以名称ALOX 606出售的商品， 
-有机硅(表面活性成分)为DOW CORNING以名称DC56出售的商品；有机硅为乳液形式， 
-抗氧化剂，一方面为芳胺和苯酚的混合物，另一方面为磷酸苯基酯，它们是CIBA-GEIGY分别以名称IRGANOX L150和IRGAFOS 168出售的商品， 
-氮化硼为ESK以名称BN出售的商品， 
-氧化锌为SILAR S.A.以名称ZnO出售的商品， 
-氟化石墨为ARC以名称CFx出售的商品， 
-二硫化锡为CHEMETALL以名称SnS2出售的商品， 
-聚四氟乙烯为SILAR S.A.以名称PTFE出售的商品，以及 
-聚酰胺-11为ARKEMA以名称RILSAN B出售的商品。 
实施例I：第1类固体润滑剂
  PE 520   9.0％
  LANCO 1955SF   15.0％
  LIGASTAB ZN70   15.0％
  VISCOPLEX 6-950   5.0％
  DC56   1.0％
  BN(第1类固体润滑剂)   10.0％
  ALOX 606   44.5％
  IRGANOX L150   0.3％
  IRGAFOS 168   0.2％
实施例II：第2类固体润滑剂
  PE 520   9.0％
  LANCO 1955SF   15.0％
  LIGASTAB ZN70   15.0％
  VISCOPLEX 6-950   5.0％
  DC56   1.0％
  CFx(第2类固体润滑剂)   10.0％
  ALOX 606   44.5％
  IRGANOX L150   0.3％
  IRGAFOS 168   0.2％
实施例III：第4类固体润滑剂
 PE 520   9.0％
 LANCO 1955SF   15.0％
 LIGASTAB ZN70   15.0％
 VISCOPLEX 6-950   5.0％
 DC56   1.0％
 PTFE(第4类固体润滑剂)   10.0％
  ALOX 606   44.5％
  IRGANOX L150   0.3％
  IRGAFOS 168   0.2％
实施例IV：两种第1类固体润滑剂的协同结合
  PE 520   9.0％
  LANCO 1955SF   15.0％
  LIGASTAB ZN70   15.0％
  VISCOPLEX 6-950   5.0％
  DC56   1.0％
  BN(第1类固体润滑剂)   2.0％
  ZnO(第1类固体润滑剂)   8.0％
  ALOX 606   44.5％
  IRGANOX L150   0.3％
  IRGAFOS 168   0.2％
实施例V：两种第2类固体润滑剂的协同结合
 PE 520   9.0％
 LANCO 1955SF   15.0％
 LIGASTAB ZN70   15.0％
 VISCOPLEX 6-950   5.0％
 DC56   1.0％
 CF(第2类固体润滑剂)   2.0％
 SnS2(第2类固体润滑剂)   8.0％
 ALOX 606   44.5％
 IRGANOX L150   0.3％
 IRGAFOS 168   0.2％
实施例VI：两种第4类固体润滑剂的协同结合
  PE 520   9.0％
  LANCO 1955SF   15.0％
  LIGASTAB ZN70   15.0％
  VISCOPLEX 6-950   5.0％
  DC56   1.0％
  RILSANB(第4类固体润滑剂)   2.0％
  PTFE(第4类固体润滑剂)   8.0％
  ALOX 606   44.5％
  IRGANOX L150   0.3％
  IRGAFOS 168   0.2％
实施例I至VI可认为是以重量计的组成在如下范围的涂层： 
  基体   70-95％
  固体润滑剂   5-30％
对于基体，可认为其以重量计的组成在以下范围： 
  聚乙烯均聚物   8-90％
  巴西棕榈蜡   5-30％
  硬脂酸锌   5-30％
  磺酸钙的衍生物   0-50％
  聚甲基丙烯酸烷基酯   0-15％
  着色剂   0-1％
  抗氧化剂   0-1％
  有机硅(表面活性成分)   0-2％
有机硅优选是聚二甲基硅氧烷或DC56(DOW CORNING出售)。 
任选地，涂层包含至少一种球形几何形状的富勒烯的分子。 
在实践中，涂层的厚度通常为10μm至50μm。 
涂层还可涂覆到密封面，所述密封面能在两个螺纹元件通过上扣进行装配之后与第二螺纹元件的相应密封面紧密密封接触。 
为了模拟工作条件，进行上扣和卸扣试验，其中将包含阴元件的套管40(图5)在动力钳的固定夹钳41中保持竖直，并用手将形成在竖直放置的称为“短节”的短管42下端的阳元件预上扣到阴元件中。 
然后以下述速度将阳元件啮合到动力钳的可移动夹钳44中并上扣到阴元件：初始旋转速度为16rpm，且在最终阶段中当达到未涂布螺纹接头的标称上扣扭矩——在本实施例中为20100N.m——时速度降为零。 
以对称的方式，即以不断增大的旋转速度进行卸扣。 
在上述条件下可进行多个上扣和卸扣周期而不劣化螺纹元件的构成部件。 

Claims (25)

1.用于管式螺纹接头的防粘扣螺纹元件，其包含覆盖有固态薄涂层的螺纹，所述薄涂层对触摸无粘性并且附着到基材上，并且包含固体基体以及在所述固体基体中的至少一种固体润滑剂的颗粒分散体，其特征在于所述固体基体是润滑性的并且具有塑性或粘塑性类型的流变特性，并且其中所述固体基体包含至少一种热塑性聚合物和碎屑再聚集剂，所述碎屑再聚集剂能够使通过摩擦在所述螺纹元件表面附近形成的碎屑再聚集，并且所述碎屑再聚集剂选自至少一种金属皂和至少一种植物、动物、矿物或合成来源的蜡，其中所述至少一种固体润滑剂的颗粒分散体包含如下限定的第1类、第2类、第3类或第4类中仅仅一类润滑剂的颗粒，
第1类：其润滑性质是由于其晶体结构的固体，
第2类：其润滑性质一方面是由于其晶体结构，另一方面是由于其组成中的反应性化学元素的固体，
第3类：其润滑性质是由于其化学反应性的固体，
第4类：其润滑性质是由于在摩擦应力下的塑性或粘塑性性质的固体；
其中所述固体基体以重量计的组成如下：
Figure FSB0000124216590000011
和，其中所述薄涂层以重量计的组成如下：
固体基体                   70-95％
固体润滑剂                 5-30％。
2.根据权利要求1的螺纹元件，其中所述固体基体具有80℃至320℃的熔点。
3.根据权利要求1的螺纹元件，其中所述固体润滑剂的颗粒选自除石墨颗粒以外的第1类润滑剂的颗粒。
4.根据权利要求1和3之一的螺纹元件，其中所述固体润滑剂的颗粒包括至少一种选自氮化硼和氧化锌的第1类固体润滑剂的颗粒。
5.根据权利要求1的螺纹元件，其中所述固体润滑剂的颗粒选自除二硫化钼颗粒以外的第2类润滑剂的颗粒。
6.根据权利要求1和5之一的螺纹元件，其中所述固体润滑剂的颗粒包括至少一种选自氟化石墨、硫化锡和硫化铋的第2类固体润滑剂的颗粒。
7.根据权利要求1的螺纹元件，其中所述固体润滑剂的颗粒包括至少一种选自聚四氟乙烯和聚酰胺-11的第4类固体润滑剂的颗粒。
8.根据权利要求1的螺纹元件，其中所述有机硅是聚二甲基硅氧烷。
9.根据权利要求1、3、5、7和8之一的螺纹元件，其中所述薄涂层的厚度为10μm至50μm。
10.根据权利要求1、3、5、7和8之一的螺纹元件，其中所述薄涂层还涂覆到密封面，所述密封面能在两个螺纹元件通过上扣进行装配之后与第二螺纹元件的相应密封面紧密密封接触。
11.根据权利要求1-3、5、7和8之一的螺纹元件，其中所述薄涂层包含至少一种球形几何形状的富勒烯的分子。
12.包含阳螺纹元件和阴螺纹元件的管式螺纹接头，其特征在于所述螺纹元件中的至少一个是权利要求1-11之一的螺纹元件。
13.管式螺纹元件的精加工方法，其中将薄层形式的防粘扣涂层至少涂覆到螺纹的表面上以生成固态薄涂层，其特征在于对待涂布的表面进行表面处理以改善所述薄涂层的附着并且所述薄涂层的成分如权利要求1至12之一所定义。
14.根据权利要求13的方法，其中将所述薄涂层的成分升至高于基体熔点的温度，然后通过喷涂包含熔融态基体的所述成分而涂覆所述薄涂层。
15.根据权利要求14的方法，其中通过将由所述薄涂层的成分形成的粉末投射穿过火焰而涂覆所述薄涂层。
16.根据权利要求13的方法，其中通过喷涂水性乳液涂覆所述薄涂层，所述水性乳液中分散有所述薄涂层的成分。
17.根据权利要求13至16之一的方法，其中将所述螺纹元件升至高于或等于80℃的温度。
18.根据权利要求16的方法，其中所述螺纹元件处于环境温度。
19.根据权利要求13至16之一的方法，其中所述表面处理选自机械处理、化学处理和非反应性沉积。
20.根据权利要求13至16之一的方法，其中所述待涂布的表面为金属表面并且所述表面处理为该表面的化学转化处理。
21.根据权利要求20的方法，其中所述化学转化处理为磷酸盐处理。
22.根据权利要求13至16之一的方法，其中所述表面处理之后是用具有抗腐蚀作用的纳米材料(11)浸渍待涂布表面的凹凸或孔隙(12)的处理。
23.根据权利要求22的方法，其中所述纳米材料(11)是氧化锌的颗粒。
24.根据权利要求22的方法，其中所述纳米材料具有约200nm的中值粒径。
25.根据权利要求22的方法，其中所述纳米材料以分散体的形式涂覆。
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