Резьбовое соединение для стальной трубы и способ его выполнения

Резьбовое соединение для стальной трубы и способ его выполнения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к резьбовому соединению для стальной трубы, которое может быть использовано без покрытия компаундированной консистентной смазкой, обычно применяемой при скреплении резьбового соединения для трубы нефтяной скважины, не оказывает вредного воздействия на окружающую среду и организм человека и обладает значительным сопротивлением заеданию, а также к способу его выполнения.

Предпосылки к созданию изобретения

В насосно-компрессорных и обсадных трубах, используемых при бурении нефтяной скважины, как правило, применяют резьбовые соединения. Глубина нефтяных скважин обычно составляет 2000-3000 м. Однако в последние годы осуществляют бурение глубоких нефтяных скважин, как например, на морских нефтепромыслах, глубина которых достигает 8000-10000 м. В условиях применения резьбовых соединений для скрепления этих труб для нефтяной скважины на резьбовые соединения действуют осевая растягивающая сила, вызванная весом труб в нефтяной скважине и самих соединений, совместное внутреннее и внешнее давление и теплота в породе. Следовательно, резьбовые соединения, используемые для труб в нефтяной скважине, должны сохранять свою герметичность без нарушения даже при таких условиях эксплуатации. Кроме того, во время работы по опусканию насосно-компрессорных и обсадных труб в нефтяную скважину из-за различных неполадок происходит ослабление однажды скрепленного соединения, что вызывает необходимость в извлечении труб из нефтяной скважины для их повторного соединения и в их повторном опускании в нефтяную скважину.

Согласно требованиям Американского нефтяного института схватывание, называемое заеданием, не должно происходить, а герметичность должна сохраняться даже при десятикратном скреплении (сборке) и ослаблении (разборке) соединения насосно-компрессорных труб и при трехкратном скреплении и ослаблении соединения обсадных труб. В резьбовом соединении наружная резьба обычно образована на концевой части трубы для нефтяной скважины, а внутренняя резьба - на внутренней поверхности резьбового соединительного элемента. Уплотнительная металлическая часть образуется при соприкосновении и скреплении нерезьбовых для металлического контакта частей, а именно нерезьбовой части для металлического контакта части, образованной у наружного края наружной резьбы, и нерезьбовой контактной части, образованной у внутреннего края внутренней резьбы. Для улучшения сопротивления заеданию и герметичности соединения его при скреплении покрывают вязкой жидкой смазкой, содержащей порошок из тяжелых металлов и называемой «компаундированной консистентной смазкой». Кроме того, поверхность резьбовой части и нерезьбовой части для металлического контакта резьбового соединения подвергают обработке с целью улучшения способности удерживать компаундированную консистентную смазку и способности к скольжению.

Однако, так как высокое давление на поверхность, превышающее предел текучести материала резьбового соединения, особенно действует на нерезьбовую контактную часть резьбового соединения, то может легко произойти заедание. Ранее были предложены различные резьбовые соединения, в которых было улучшено сопротивление заеданию в таком месте. Например, в патенте Японии № 61-79797 описывается резьбовое соединение, в котором резьбовая часть плакирована цинком (Zn) или оловом (Sn), а уплотнительная часть (нерезьбовая часть) плакирована золотом (Au) или платиной (Pt). В патенте Японии №3-78517 описывается трубное соединение, в котором образована пленка из синтетической смолы с дисульфидом молибдена (MoS₂), имеющим диаметр частиц 10 мкм или меньше и диспергированным в ней в пропорции 20-90%. В патенте Японии № 8-103784 описывается способ обработки поверхности соединения стальных труб посредством образования пленки из смолы, содержащей дисульфид молибдена, на пленочном слое, химически обработанном фосфатом марганца. В патенте Японии №8-105582 описывается способ обработки поверхности трубного соединения, при которой на нем образуют первый слой, получаемый в результате азотирования, второй слой, получаемый в результате плакирования железом или сплавом железа, и третий слой в виде пленки смолы, содержащей дисульфид молибдена.

Все резьбовые соединения, описанные в вышеупомянутых патентах, предполагают использование компаундированной консистентной смазки. Эти консистентная смазка содержит порошок из тяжелых металлов, как например, из цинка, свинца и меди, и так как нанесенная консистентная смазка смывается при соединении резьб и в некоторых случаях перетекает на наружную поверхность при скреплении соединения, то это, как полагают, оказывает вредное воздействие на окружающую среду, в частности на морские организмы. Кроме того, работа по нанесению компаундированной консистентной смазки не только проводится в худших производственных условиях, но и также может нанести вред организму человека. Следовательно, существует потребность в создании резьбового соединения, не требующего применения компаундированной консистентной смазки.

Однако, при вышеупомянутых прежних способах трудно обеспечить эксплуатационные качества, требующиеся для вышеупомянутых резьбовых соединений. Например, не требует доказательства то, что способы, которые описаны в патентах Японии 5-117870, № 6-10154, № 5-149485 и № 2-885593 и при которых подразумевается нанесение компаундированной консистентной смазки при скреплении резьбового соединения согласно стандарту Американского нефтяного института BUL5A2, связаны с проблемой вредного воздействия на окружающую среду и организм человека.

В последние годы на основании Договора ОСПАР (Осло-Парижского договора) строго регулируется выброс веществ, вредных для окружающей среды и оказывающих влияние на организм человека, во время проходки газовой или нефтяной скважины. Договор ОСПАР был создан посредством объединения в 1992 г. Ослоского договора и Парижского договора, касающихся предотвращения загрязнения морской среды, при этом был отмечен прогресс в охране морской среды в северо-восточной части Атлантического океана. В этом Договоре ОСПАР принцип предотвращения загрязнения окружающей среды был включен как общая обязанность стран-участниц Договора, и это является первой правовой структурой, обладающей законной ограничительной силой. Договор ОСПАР ратифицирован всеми странами, граничащими с северо-восточной частью Атлантического океана, и вступил в силу в 1998 г. С развитием такого глобального строгого контроля за окружающей средой предпринимаются попытки по созданию резьбового соединения, которое не оказывает никакого вредного воздействия на окружающую среду и организм человека при скреплении труб для нефтяной скважины даже во время работы по бурению газовой или нефтяной скважины и которое обладает отличным сопротивлением заеданию. В некоторых местах ограничено использование компаундированной консистентной смазки, которая прежде применялась в резьбовом соединении при скреплении стальных труб для нефтяной скважины.

В качестве резьбового соединения, в котором не используется никакая компаундированная консистентная смазка, было предложено резьбовое соединение с твердой смазочной пленкой, образованной на поверхности. Например, в патентах Японии № 8-233163 и № 9-72467 описывается резьбовое соединение, в котором образована пленка из смолы, содержащей диспергированный в ней дисульфид молибдена (MoS₂) или дисульфид вольфрама (WS₂). Однако они разлагаются в среде с высокой температурой, образуя сернистый газ (двуокись серы - SO₂), и, таким образом, существует вероятность того, что они ненезначительно, но влияют на окружающую среду.

Сущность изобретения

Как объяснялось выше, в настоящее время не существует резьбового соединения, которое может быть многократно использовано без вредного воздействия на окружающую среду, как например, морские организмы и на организм человека, и которое обладает значительным сопротивлением заеданию.

Целью настоящего изобретения является создание резьбового соединения для стальной трубы, обеспечивающей исключение заедания при многократном скреплении или ослаблении соединения в отсутствие применения жидкой смазки, содержащей порошок из тяжелых металлов, как например, компаундированной консистентной смазки и твердой смазочной пленки, содержащей вредное вещество, способное оказать вредное воздействие на окружающую среду или организм человека, и имеющего значительное сопротивление заеданию, и способа выполнения такого резьбового соединения.

Настоящие изобретатели исследовали резьбовое соединение для стальной трубы, снабженное твердой смазочной пленкой, не оказывающей никакого вредного воздействия на окружающую среду или организм человека, и исключающее заедание при многократном скреплении или ослаблении. В результате этого обнаружили, что почти или совсем не происходит воздействия на окружающую среду или организм человека и обеспечивается значительное сопротивление заеданию посредством образования на контактной поверхности резьбового соединения твердой смазочной пленки из смеси одного или нескольких смазочных порошков, выбранных из смазочных порошков из графита, слюды, карбоната кальция или каолина, медного порошка и связующего. Кроме того, обнаружили, что сопротивление заеданию, коррозионная стойкость и герметичность резьбового соединения, используемого при высокотемпературных условиях в скважине, могут быть улучшены посредством предварительного нагрева непокрытой трубы резьбового соединения до определенной температуры и термообработки образованной твердой смазочной пленки после ее образования, что приводит к завершению способа согласно настоящему изобретению.

Таким образом, согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается резьбовое соединение для стальной трубы, содержащее ниппель и муфту с контактной поверхностью, имеющей резьбовую часть и нерезьбовую часть для металлического контакта, отличающееся тем, что, по меньшей мере, на контактной поверхности ниппеля или муфты образована твердая смазочная пленка, содержащая один или несколько смазочных порошков, выбранных из смазочных порошков из графита, слюды, карбоната кальция и каолина, медный порошок и связующее.

Так как в этом резьбовом соединении для стальной трубы согласно первому аспекту настоящего изобретения твердая смазочная пленка образована на контактной поверхности, то не существует никакой опасности вымывания или утечки вещества в условиях эксплуатации резьбового соединения, как это имеет место в случае использования текучей компаундированной консистентной смазки. Следовательно, можно предотвратить загрязнение окружающей среды, в частности морской среды во время бурения газовой или нефтяной скважины.

В резьбовом соединении для стальной трубы согласно первому аспекту настоящего изобретения поверхность медного порошка может быть подвергнута инактивации. Благодаря этой обработке можно еще более повысить безопасность твердой смазочной пленки.

Кроме того, в резьбовом соединении для стальной трубы согласно первому аспекту настоящего изобретения (включая его варианты) массовое отношение (С/В) содержания (С) медного порошка к содержанию (В) смазочного порошка в твердой смазочной пленке составляет 0,5-5,0. В случае такого выполнения еще более улучшается сопротивление заеданию в резьбовом соединении для стальной трубы.

Кроме того, в резьбовом соединении для стальной трубы согласно первому аспекту настоящего изобретения (включая каждый вариант) твердая смазочная пленка может быть образована только на одной поверхности контакта ниппеля или муфты, при этом на другой поверхности контакта может быть образована одно-, двух- или многослойная пленка, выбранная из цинковой пленки или пленки из цинкового сплава, металлической плакирующей пленки, фосфатной пленки, оксалатной пленки, боратной пленки и антикоррозионной пленки. В случае такого выполнения коррозионная стойкость придается также стороне, на которой не образована никакая твердая смазочная пленка, посредством чего может быть еще более повышена эффективность использования резьбового соединения для стальной трубы.

Кроме того, в резьбовом соединении для стальной трубы согласно первому аспекту настоящего изобретения (включая каждый вариант) твердая смазочная пленка может быть образована на поверхности контакта, обработанной для образования подслоя посредством одной из промывки кислотой, абразивной обработки, ударного плакирования цинком или цинковым сплавом, металлизации, слабого азотирования, нанесения слоистого металлического покрытия, фосфатирования и оксалатирования. Благодаря такой обработке повышается прочность сцепления твердой смазочной пленки с контактной поверхностью. Таким образом, может быть получено резьбовое соединение для стальной трубы, в котором затруднено отслаивание твердой смазочной пленки даже в условиях эксплуатации резьбового соединения.

Более того, в резьбовом соединении для стальной трубы согласно первому аспекту настоящего изобретения (включая каждый вариант) твердая смазочная пленка, образованная на контактной поверхности, может быть подвергнута термообработке. Благодаря такой обработке твердая смазочная пленка, образованная на поверхности контакта, становится плотной, при этом улучшается сопротивление заеданию. Кроме того, увеличивается также прочность сцепления, так что может быть получена твердая смазочная пленка, которая трудно отслаивается от поверхности контакта.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается способ образования твердой смазочной пленки на контактной поверхности резьбового соединения для стальной трубы согласно первому аспекту настоящего изобретения (включая каждый вариант), содержащий предварительный нагрев контактной поверхности, на которой должна быть образована твердая смазочная пленка.

При этом способе образования твердой смазочной пленки согласно второму аспекту настоящего изобретения уменьшается стекание покрывающего раствора, когда твердую смазочную пленку наносят на контактную поверхность, улучшается однородность пленки по толщине и обеспечивается дальнейшее увеличение сопротивления заеданию.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предлагается способ выполнения резьбового соединения для стальной трубы, содержащего ниппель и муфту с контактной поверхностью, имеющей соответственно резьбовую часть и нерезьбовую часть для металлического контакта, и твердую смазочную пленку, образованную на, по меньшей мере, одной контактной поверхности ниппеля или муфты, и этот способ содержит следующие стадии: обработка поверхности контакта, на которой должна быть образована твердая смазочная пленка, для образования подслоя, например промывка кислотой, абразивная обработка, ударное плакирование цинком или цинковым сплавом, металлизация, слабое азотирование, нанесение слоистого металлического покрытия, фосфатирование и оксалатирование;

предварительный нагрев контактной поверхности, на которой должна быть образована твердая смазочная пленка;

образование на контактной поверхности твердой смазочной пленки, содержащей один или несколько видов смазочных порошков, выбранных из порошков из графита, слюды, карбоната кальция и каолина, медный порошок и связующее;

нагрев образованной твердой смазочной пленки.

При этом способе выполнения резьбового соединения для стальной трубы согласно третьему аспекту настоящего изобретения резьбовое соединение для стальной трубы согласно первому аспекту настоящего изобретения (включая каждый вариант) может быть выполнено посредством применения способа образования твердой смазочной пленки согласно второму аспекту настоящего изобретения.

Резьбовое соединение для стальной трубы согласно настоящему изобретению не оказывает вредного влияния на организм человека и окружающую среду по сравнению с применением прежней жидкой смазки, содержащей порошок из тяжелых металлов, как например, компаундированной консистентной смазки, и прежней твердой смазочной пленки. Кроме того, при резьбовом соединении для стальной трубы согласно настоящему изобретению и способу выполнения этого резьбового соединения можно улучшить коррозионную стойкость и герметичность, устранить заедание при многократном скреплении или ослаблении и сохранять эффективность резьбового соединения даже при высокой температуре.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет схематический вид сборной конструкции из стальной трубы и резьбового соединительного элемента при перевозке стальной трубы;

фиг.2 - схематический вид крепежной части резьбового соединения для стальной трубы;

фиг.3 - вид, показывающий варианты придания шероховатости поверхности контакта.

Наилучший вариант осуществления изобретения

Согласно настоящему изобретению предлагается резьбовое соединение для стальной трубы, которое не оказывает вредного воздействия на окружающую среду и организм человека и обладает значительным сопротивлением заеданию. Оно содержит ниппель и муфту с контактной поверхностью, имеющей соответственно резьбовую часть и нерезьбовую часть для металлического контакта, при этом на, по меньшей мере, одной поверхности контакта ниппеля и муфты образована твердая смазочная пленка. Настоящее изобретение будет объяснено ниже на основе вариантов его осуществления, показанных на чертежах.

1. Сборная конструкция с резьбовым соединительным элементом

На фиг.1 показан схематический вид сборной конструкции из трубы для нефтяной скважины и резьбового соединительного элемента при перевозке стальной трубы. Стальную трубу А перевозят в состоянии, в котором муфта 2, имеющая часть 3b с внутренней резьбой, образованной на внутренней поверхности резьбового соединительного элемента В, скреплена с одним из ниппелей 1, имеющих части 3а с наружной резьбой, образованной на наружной поверхности обеих концевых частей.

На фиг.2 показан схематический вид конструкции типичного резьбового соединения для стальной трубы (далее называется также «резьбовым соединением»). Резьбовое соединение состоит из ниппеля 1, содержащего часть 3а с наружной резьбой и нерезьбовую часть 4а для металлического контакта, образованную у концевой части, и муфту 2, имеющую часть 3b с внутренней резьбой и нерезьбовую часть 4b для металлического контакта, образованную на внутренней поверхности резьбового соединительного элемента В. Соответствующие резьбовые части 3а, 3b и нерезьбовые части 4а, 4b для металлического контакта ниппеля 1 и муфты 2 образуют контактную поверхность резьбового соединения, и эти поверхности должны обладать сопротивлением заеданию, герметичностью и коррозионной стойкостью. Ранее с этой целью на указанные поверхности наносили компаундированную консистентную смазку, содержащую порошок из тяжелых металлов, или на поверхностях контакта образовывали пленку смолы с диспергированным в ней дисульфидом молибдена, но при этом существовала вышеописанная проблема, связанная с защитой организма человека или охраной окружающей среды.

Согласно настоящему изобретению благодаря образованию на, по меньшей мере, одной контактной поверхности ниппеля 1 или муфты 2 твердой смазочной пленки, полученной смешиванием одного вида или двух и более видов смазочных порошков, выбранных из порошков из графита, слюды, карбоната кальция и каолина, медного порошка и связующего, воздействие на окружающую среду становится крайне небольшим. В данном случае предпочитается, чтобы медный порошок был инактивирован обработкой его поверхности с целью еще большего повышения безопасности твердой смазочной пленки, образованной на контактной поверхности резьбового соединения согласно настоящему изобретению. Кроме того, предпочитается проводить предварительный нагрев, по меньшей мере, одной контактной поверхности резьбового соединения при образовании твердой смазочной пленки и термообработку образованной твердой смазочной пленки. Благодаря такой обработке можно также улучшить сопротивление заеданию, коррозионную стойкость и герметичность в высокотемпературной среде скважины.

2. Придание шероховатости поверхности контакта

На фиг.3 показаны два варианта придания шероховатости поверхности контакта. Для поддержания сцепляемости твердой смазочной пленки желательно до образования такой пленки придавать шероховатость, по меньшей мере, одной контактной поверхности ниппеля или муфты так, чтобы шероховатость поверхности R_макс становилась больше, чем шероховатость поверхности (3-5 мкм) после механической обработки. При первом варианте придания шероховатости, показанном на фиг.3,а, придают шероховатость самой стальной поверхности 30а, а твердую смазочную пленку 31а образуют на ней. Примерами такого способа придания шероховатости являются способ абразивной обработки с использованием дроби сферической формы и абразивного материала кубической формы и способ придания шероховатости посредством окунания в концентрированный раствор кислоты, как например, серной кислоты, соляной кислоты, азотной кислоты и плавиковой кислоты.

При втором варианте придания шероховатости, показанном на фиг.3,b, образуют подслой 32, который является еще более шероховатым, чем поверхность стали 30b, и покрывают его твердой смазочной пленкой 31а. При этом выполнении подслой 32 расположен между контактной поверхностью стали 30b и твердой смазочной пленкой 31а. Примерами способов такой обработки для образования подслоя является химический способ образования покрытия посредством фосфатирования и обработки оксалатом или боратом (шероховатость поверхности кристалла увеличивается в соответствии с ростом образовавшегося кристалла), способ плакирования металлом, как например, плакирование медью и железом (так как предпочтительно плакируется выпуклая часть, то поверхность становится несколько более шероховатой), способ ударного плакирования, при котором частицы, полученные покрытием железных сердечников цинком или сплавом цинка и железа, набрасываются под действием центробежной силы или давления воздуха для образования пленки из цинка или сплава цинка и железа, способ слабого азотирования для образования слоя нитрида (например, таффтрида) и способ образования композиционного металлического покрытия, при котором образуют пористую металлическую пленку с диспергированными в ней мелкими твердыми частицами. Примерами способов ударного плакирования являются механический способ плакирования, при котором частицы и плакируемый материал сталкиваются во вращающемся барабане, и способ плакирования, при котором частицы сталкиваются с плакируемым материалом при использовании струйного устройства. При плакировании ударным способом образуется пленка, в которой частицы уложены слоями и прочно соединены между собой, в результате чего образуется пористая пленка с мелкими порами, равномерно распределенными между частицами.

С точки зрения сцепляемости твердой смазочной пленки предпочитается пористая пленка, в частности пленка, образованная при химической обработке фосфатом (фосфатом марганца, фосфатом цинка, фосфатом железа-марганца, фосфатом кальция-цинка), или пленка из цинка или сплава цинка и железа, нанесенная способом ударного плакирования. С точки зрения сцепляемости более предпочтительной является пленка из фосфата марганца, а с точки зрения коррозионной стойкости более предпочтительной является пленка из цинка или сплава цинка и железа.

Поскольку как пленка, образованная посредством химической обработки фосфатом, так и пленка из цинка или сплава цинка и железа, образованная посредством ударного плакирования, являются пористыми, то при образовании на них твердой смазочной пленки усиливается сцепляемость твердой смазочной пленки вследствие так называемого «зацепляющего эффекта», в результате чего трудно вызвать отслаивание твердой смазочной пленки даже при многократном скреплении и ослаблении резьбового соединения, эффективно предотвращается контакт между металлами и еще более улучшаются сопротивление заеданию, герметичность и коррозионная стойкость. Кроме того, благодаря образованию твердой смазочной пленки на пористой пленке смазочный компонент проникает в пористую пленку, что способствует улучшению коррозионной стойкости.

Фосфатную пленку на ниппеле или муфте можно образовывать обычным способом химической обработки, как например, способом окунания и способом напыления. В качестве химического рабочего раствора можно для цинка использовать обычный кислый раствор для фосфатирования. Примером является водный кислый раствор для фосфатирования, содержащий 1-150 г/л ионов фосфора, 3-70 г/л ионов цинка, 1-100 г/л ионов нитрата и 0-30 г/л ионов никеля. Как и обычно, температура жидкости составляет от нормальной температуры до 100°С, а время обработки - до 15 минут в зависимости от желаемой толщины пленки. Для ускорения образования пленки поверхность может быть заранее обработана водным раствором для подготовки поверхности, содержащим коллоидальный титан. Затем после образования фосфатной пленки промывают обычной или горячей водой и высушивают, и эта процедура может быть надлежаще проведена по выбору.

Способ образования плакирующей пленки, состоящей из цинка или цинкового сплава, описан в патенте Японии №59-9312. Согласно этому способу используют материал из частиц, у которых сердцевина на основе железа покрыта цинком или цинковым сплавом, и плакирующая пленка, состоящая из цинка или цинкового сплава, может быть образована на поверхности резьбового соединения из стали различных марок - от углеродистой стали до высоколегированной стали, содержащей 13 масс.% Cr. Так как цинк является более окисляющимся металлом, чем железо, то он является лучше ионизирующимся, чем железо, и придает коррозионную стойкость, предотвращающую коррозию железа.

Так как при настоящем изобретении плакируют только поверхность контакта резьбового соединения, то приемлем способ ударного плакирования, при котором можно осуществлять местное плакирование. Примерами обдувных устройств, которые используют при ударном плакировании, являются устройство для обдувки частицами с использованием текучей среды высокого давления, как например, сжатого воздуха, и механическое устройство с вращающейся крыльчаткой, как например, лопастным колесом, причем может быть применено любое из этих устройств.

При ударных способах плакирования, как например, обдувочном способе плакирования, используют металлические частицы, содержащие цинк или цинковый сплав, по меньшей мере, на своей поверхности. Хотя могут быть использованы частицы, целиком состоящие из цинка или цинкового сплава, предпочитается использовать обдувочный материал, описанный в патенте Японии №59-9312. Этот обдувочный материал состоит из частиц с сердцевиной из железа или железного сплава и с поверхностью, покрытой цинком или цинковым сплавом через слой железоцинкового сплава.

Такие частицы могут быть приготовлены способом, при котором порошкообразные частицы из железа или железного сплава, используемые в качестве сердцевины, покрывают цинком или цинковым сплавом (например, Zn-Fe-Al) посредством химического и/или электролитического плакирования и последующей термообработки для образования слоя железоцинкового сплава на поверхности плакирования, или механическим способом легирования. Может быть также использован имеющийся на рынке материал из таких частиц с обозначением Z Iron, изготавливаемый Dowa Iron Powder Co., Ltd. Содержание железа или железного сплава в таких частицах предпочтительно составляет 20-60 вес.%, а диаметр частиц предпочтительно находится в пределах 0,2-1,5 мм.

Когда эти частицы, у которых сердцевина на основе железа покрыта цинком или цинковым сплавом, направляют к подложке, к ней пристает только цинк или цинковый сплав, который является покрывающим слоем частиц, и на подложке образуется пленка из цинка или цинкового сплава. При этом способе ударного плакирования можно образовывать плакирующую пленку, имеющую лучшую сцепляемость с поверхностью стали независимо от марки стали. Следовательно, на контактной поверхности резьбового соединения, изготавливаемого из различных материалов, начиная от углеродистой стали и кончая высоколегированной сталью, может быть образован пористый слой из цинка или цинкового сплава, обладающего отличной сцепляемостью.

Толщина слоя из цинка или цинкового сплава не имеет особого ограничения, но с точки зрения коррозионной стойкости и сцепляемости предпочитается толщина в 5-40 мкм. Когда толщина меньше, чем 5 мкм, то в некоторых случаях невозможно сохранять достаточную коррозионную стойкость. С другой стороны, когда толщина превышает 40 мкм, то в некоторых случаях несколько снижается сцепляемость с твердой смазочной пленкой.

Благодаря такой обработке для образования подслоя шероховатость поверхности R_макс предпочтительно составляет 5-40 мкм. Когда шероховатость поверхности меньше, чем 5 мкм, то в некоторых случаях сцепляемость или способность удерживать твердую смазочную пленку становится недостаточной. С другой стороны, когда шероховатость поверхности превышает 40 мкм, то в некоторых случаях трение становится большим, пленка не может выдерживать сдвигающую силу или сжимающую силу, когда подвергается высокому давлению на поверхность, и твердая смазочная пленка легко разрушается или отслаивается. Когда твердую смазочную пленку согласно настоящему изобретению образуют только на ниппеле или муфте, то другой из них подвергают обработке для придания шероховатости, так чтобы шероховатость R_макс его поверхности предпочтительно была небольшой, например, 1-10 мкм с точки зрения обеспечения долговечности противоположной твердой смазочной пленки.

Конечно, само собой разумеется, что если не проводилась никакая такая обработка для образования подслоя, то цель настоящего изобретения может быть достигнута только посредством образования твердой смазочной пленки на поверхности контакта.

3. Твердая смазочная пленка

3.1. Смазочный порошок

Твердая смазочная пленка согласно настоящему изобретению содержит один или несколько видов порошков, выбранных из порошков из графита, слюды, карбоната кальция и каолина, которые не оказывают никакого вредного воздействия на окружающую среду и организм человека и обладают смазочным действием (далее называются «смазочными порошками»), медный порошок и связующее. Говорят, что все эти смазочные порошки почти или совсем не оказывают нагрузку на морскую среду согласно Осло-Парижскому договору (ОСПАР).

В качестве смазочных порошков согласно настоящему изобретению можно использовать любые имеющиеся на рынке природные или синтетические порошки. Кроме того, с точки зрения обеспечения равномерной диспергируемости в твердой смазочной пленке и улучшения прочности пленки и сопротивления заеданию предпочитаются частицы диаметром 0,5-15 мкм. С точки зрения сопротивления заеданию используют смазочный порошок предпочтительно из графита и слюды, более предпочтительно из графита. Эта твердая смазочная пленка может быть образована нанесением дисперсии, в которой смазочный порошок диспергирован в растворе, содержащем связующее. В этой пленке смазочный порошок прочно сцепляется с поверхностью резьбового соединения непосредственно или через пленку подслоя в состоянии, в котором он диспергирован в связующем.

3.2. Медный порошок

Согласно настоящему изобретению медный порошок содержится в пленке вместе со смазочным порошком. Предпочитается, чтобы медный порошок содержался в определенном соотношении со смазочным порошком, и при таком включении достигается превосходный смазочный эффект. В качестве медного порошка предпочитается использовать не порошок из чистой меди, а медный порошок, который инактивирован улучшением поверхности. Таким образом, может быть получена твердая смазочная пленка, почти или совсем не оказывающая вредного воздействия на организм человека и окружающую среду.

Примерами способов инактивации медного порошка улучшением поверхности являются способ выдерживания медного порошка в высокотемпературной атмосфере для образования на поверхности пленки из окиси меди (CuO), способ нагрева медного порошка в потоке водорода и сероводорода для образования на поверхности пленки из сульфида меди (Cu₂S) и способ контактирования с инактиватором металла, как например, бензотриазолом и тиадиазолом для образования их пленки на поверхности меди.

Медный порошок согласно настоящему изобретению может иметь частицы сферической или чешуйчатой формы, причем в любом случае длина самой длинной части предпочтительно составляет 1-20 мкм. Благодаря такой длине может быть обеспечено равномерное диспергирование в твердой смазочной пленке и улучшен смазочный эффект.С точки зрения коррозионной стойкости предпочитается медный порошок с чешуйчатыми частицами.

3.3. Связующее

В твердой смазочной пленке согласно настоящему изобретению в качестве связующего может быть использована органическая смола или неорганическое полимерное соединение.

В качестве органической смолы приемлема смола, обладающая теплостойкостью и соответствующей степенью твердости и сопротивления истиранию. Примерами такой смолы могут быть термореактивные смолы, как например, эпоксидная смола, полиимидная смола, полиамидимидная смола, поликарбодиимидная смола, полиэфирсульфоновая смола, полиэфирэфиркетоновая смола, фенолальдегидная смола и фурановая смола, а также полиэтиленовая смола и силиконовая смола. Для улучшения сцепляемости и сопротивления истиранию у твердой смазочной пленки предпочитается проводить термообработку для отверждения смолы. При этой термообработке для отверждения смолы температура составляет 120°С или выше, предпочтительнее 150-380°С, а продолжительность обработки - предпочтительно 30 минут или больше, предпочтительнее 30-60 минут. В качестве растворителей, используемых при образовании пленки смолы, можно в отдельности или в смеси использовать различные растворители с низкой точкой кипения, включая углеводородные растворители (например, толуол) и спирты (например, изопропиловый спирт).

Неорганическое полимерное соединение - это такое соединение, в структуре которого связи металл-кислород являются трехмерно сшитыми, как например, Ti-O, Si-O, Zr-O, Mn-O и Ba-O. Это соединение может быть образовано гидролизом и конденсацией гидролизуемого металлоорганического соединения, типичным представителем которого является алкоксид металла (может быть использовано гидролизуемое неорганическое соединение, как например, тетрахлорид титана). В качестве алкоксида металла могут быть использованы соединения, в которых алкоксильная группа является низшей алкоксильной группой, как например, метокси, этокси, изопропокси, пропокси, изобутокси, бутокси и третичный бутокси. Предпочтительным алкоксидом металла является алкоксид титана или кремния. Особенно предпочитается алкоксид титана. Между прочим, предпочитается также изопропоксид титана, который обладает отличным пленкообразующим свойством.

Это неорганическое полимерное соединение может содержать алкильную группу, по выбору, замещенной функциональной группой, как например, аминогруппой и эпоксильной группой. Например, может быть использовано металлоорганическое соединение, в котором часть алкоксильной группы замещена алкильной группой, содержащей негидролизуемую функциональную группу, как например, силановое связующее вещество.

Когда связующим является неорганическое полимерное соединение, то добавляют смазочный порошок к раствору алкоксида металла для диспергирования порошка, покрывают дисперсией, по меньшей мере, одну контактную поверхность ниппеля или муфты, увлажняют и в случае необходимости нагревают для проведения гидролиза и конденсации алкоксида металла, в результате чего образуется твердая смазочная пленка, при этом смазочный порошок диспергирован в пленке, состоящей из неорганического полимерного соединения, содержащего связи металл-кислород. В качестве ра