2016年, 第45卷, 第8期　
刊出日期：2016-08-20

  

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专题——陕西延长石油( 集团) 有限责任公司表面技术相关优秀成果
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  CO2环境下油管腐蚀与涂层油管应用研究

  王珂, 储开建, 马彬, 朱世东, 尹志福, 张永强

  表面技术. 2016, 45(8): 1-6. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.001

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  目的 分析评价TK70和DPC两种涂层油管在鄂尔多斯盆地某油田现场CO2腐蚀环境中的防腐防垢性能。方法 模拟现场CO2驱油腐蚀工况条件，通过高温高压釜进行耐腐蚀和防垢性能试验，对TK70和DPC两种涂层油管试样（封边和未封边）进行了分析评价，对比了涂层油管试样在高温高压釜试验前后结垢的形貌特征，对腐蚀油管进行腐蚀特征和能谱分析。采用8口油井采出水作为腐蚀介质溶液，进行室内挂片腐蚀试验，并对比TK70涂层和普通J55油管试样的平均腐蚀速率。结果 腐蚀油管内壁有较为严重的局部腐蚀现象，能谱分析表明腐蚀产物主要是FeCO3及少量CaCO3沉积物。耐腐蚀性能试验表明，两种内涂层均未发生鼓泡和边缘剥落，耐腐蚀性良好。8口油井采出水作为试验介质，测得普通J55油管和TK70涂层油管试样（未封边）的腐蚀速率平均值分别为0.145~0.363 mm/a和0.015~0.059 mm/a。涂层表面结垢不明显，而金属基体表面一侧结垢明显，试验介质溶液的失钙镁率分别为231.77%和796.51%，涂层在一定程度上可以防止结垢。结论 TK70和DPC两种涂层油管具有良好的防腐防垢性能，TK70涂层油管在模拟工况条件下的腐蚀速率满足≤0.076 mm/a的标准要求，在CO2腐蚀环境下有良好的适用性。
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  低铬油套管CO2/H2S腐蚀研究进展

  蔡乾锋, 薛晨, 朱世东, 李金灵, 杨博, 屈撑囤

  表面技术. 2016, 45(8): 7-13. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.002

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  介绍了低Cr油套管开发的工程背景。综述了低Cr油套管的耐CO2/H2S腐蚀性能，详述了多种因素（如Cr含量、温度、pH值、流速等）对低Cr油套管在含甜性气体（仅含CO2）环境中的腐蚀行为和腐蚀产物膜表面特征的影响，以及低Cr油套管在含酸性气体（H2S）环境中的腐蚀行为及其抗硫化物应力开裂（SSC）的性能。探寻了低Cr钢的抗CO2腐蚀机理和H2S腐蚀机理。研究发现，低Cr钢因Cr元素能在产物膜中富集，形成非晶体化合物Cr(OH)3，腐蚀产物膜因此具有阳离子选择性，降低了腐蚀产物膜与金属基体界面处的阴离子浓度，抑制了阳极反应，进而提高了低Cr钢耐CO2/H2S均匀腐蚀性能，同时也减少了Cl?在界面处团聚、形核的可能性，抑制了局部腐蚀，尤其是点蚀的发生。但是要想消除点蚀，钢基体中Cr元素的质量分数不应低于3%。另外，Cr元素在晶界及晶内以粒状碳化物析出并弥散分布，进一步增强了其抗SSC性能。简述了低Cr油套管的应用现状，最后对其发展前景进行了展望，利用钢的化学成分-工艺-组织-性能“四位一体”法得到的“经济型”低Cr抗CO2/H2S腐蚀的油套管，是未来发展趋势的代表。
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  CO2输送管道腐蚀研究进展

  胡耀强, 何飞, 鲍文, 刘婷婷

  表面技术. 2016, 45(8): 14-21. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.003

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  在碳捕获、利用与封存（CCUS）的研究中，CO2管输中的腐蚀控制尤为重要。在CO2管道腐蚀研究成果的基础上，归纳了CO2输送管道的腐蚀速率、机理、过程及主要控制措施。研究显示H2O是产生腐蚀的主要因素，输送过程中水含量的均值不应超过0.038%（体积分数）。当存在SO2及O2时，管道的腐蚀速率将达到4.0 mm/a；当存在NO2时，管道的腐蚀速率将达到12 mm/a。O2含量较低时加速腐蚀，当O2含量大于0.057%（体积分数）时出现钝化现象，且腐蚀速率小于0.01 mm/a。CO2腐蚀产物中的表层是FeCO3等轴晶粒，中间为棒状晶粒且充满孔洞，最内层为致密的FeCO3晶粒。形成过程为：钢材基体在最初溶解阶段形成Fe3C架构，FeCO3晶粒沉积在表面，然后CO22?和HCO3?向内扩散并与钢基体反应形成中间层和内层。工程中采用抗腐蚀管材、涂镀层管材、加注缓蚀剂以及阴极保护等措施克服腐蚀影响。
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  靖安油田注水管线结垢原因分析及新型高效阻垢剂的研制

  李俊莉, 张颖, 刘彦锋, 陈强, 白玉潇

  表面技术. 2016, 45(8): 22-27. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.004

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  目的 解决靖安油田三号联合站注水管线内结垢问题。方法 采用扫描电镜和X射线衍射仪对注水管线内垢样进行分析，采用油气田水分析方法对各站区油水混合物的离子浓度进行分析。选取自制马来酸酐-丙烯酸羟丙酯-亚磷酸钠（MASP）、聚环氧琥珀酸（PESA）和乙二胺四亚甲基磷酸钠（EDTMPS）三种药剂为原料，采用正交试验法L9(34)研制出了一种新型高效阻垢剂Inhi-MPE。参照油田用防垢剂性能评定方法，评价了Inhi-MPE与常用阻垢剂PESA、AA/MA、PBTCA的阻垢性能。结果 注水管线垢样主要为CaSO4结垢和少量的Ba(Sr)SO4垢。靖安油田三号联合站注水管线结垢主要是由两种不相容的水混合，并在注水管线中生成CaSO4、CaCO3和Ba(Sr)SO4垢。Inhi-MPE的最优水平组合为：MASP 10 g，PESA 7 g，EDTMPS 7 g。随着Inhi-MPE含量的增加，Inhi-MPE的阻垢性能增加。当Inhi-MPE的质量浓度为100 mg/L时，对靖安油田三号联合站混合水样的阻垢率达93.71%。在相同实验条件下，Inhi-MPE对靖安油田三号联合站混合水样的阻垢效果最优，AA/MA和PESA次之，PBTCA效果最差，表明Inhi-MPE具有优良的阻垢性能。结论 在靖安油田三号联合站注水中连续投加Inhi-MPE，平均注水量可控制在608~628 m3之间变动，注水压力在8.15~8.27 MPa之间变动，两者变动基本保持不变。这说明Inhi-MPE可有效地减缓CaSO4的结垢速度，保证了注水量的稳定和注入压力的平稳，注水管线结垢的问题得以解决。
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  含氟高温酸化缓蚀剂的制备及性能研究

  侯雯雯, 陈晓东, 陈君, 黄瑾

  表面技术. 2016, 45(8): 28-33. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.005

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  目的 制备并评测一种能耐高温的油田用酸化缓蚀剂。方法 用氟碳咪唑啉季铵盐为主剂制备高温酸化缓蚀剂。在模拟高温酸化条件下，通过失重法、电化学法评测缓蚀剂对N80钢的缓蚀性能。通过热重差热法和表面张力法评测主剂氟碳咪唑啉季铵盐的热稳定性和化学稳定性。结果 通过失重法评测，在添加缓蚀剂后，N80钢试片的腐蚀速率远低于行业标准SYT 5405—1996中对缓蚀剂评价的一级指标。通过电化学法评测，添加缓蚀剂后，极化曲线中电极腐蚀电位正移，腐蚀电流减小趋势明显；阻抗图谱中容抗弧的半圆直径显著增大，对应的膜电阻Rp显著增大，抑制了腐蚀反应的电荷传递过程。两者均显示缓蚀剂在盐酸溶液中有良好的缓蚀性能，与失重法试验结果一致。热重差热显示，氟碳咪唑啉季铵盐在220 ℃开始分解，至400 ℃基本分解完毕。表面张力评测显示，氟碳咪唑啉季铵盐在10%～25%（质量分数）盐酸溶液中10 h之内的表面活性稳定。结论 该含氟高温酸化缓蚀剂在90～140 ℃下，可使酸化过程中盐酸对N80钢的腐蚀速率明显降低。
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  低比例甲醇汽油对金属的腐蚀研究

  张娟利, 黄勇, 张新庄, 王仙仙, 杨天华

  表面技术. 2016, 45(8): 34-39. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.006

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  目的 减轻甲醇汽油的腐蚀性。方法 以汽车油路系统常用的紫铜、黄铜、钢、铁、铝等金属材质为研究对象，采用金属试片的腐蚀度和颜色变化相结合的方法，分析判断甲醇汽油的腐蚀性，通过考察不同金属试片在不同含量甲醇汽油、含水甲醇汽油以及添加缓蚀剂甲醇汽油中的腐蚀情况，分析甲醇汽油腐蚀的主要原因，并根据缓蚀机理筛选缓蚀剂。结果 低比例甲醇汽油对不同金属材质都有明显的腐蚀作用，与93#汽油相比，加入5%（体积分数）的甲醇就能使紫铜、黄铜、钢、铝的腐蚀度增加一倍以上。少量水分可加剧甲醇汽油的腐蚀，但当水含量达到一定程度时，腐蚀度减小。缓蚀剂B对铜系金属材质的腐蚀有较好的抑制作用，缓蚀剂C对铁片腐蚀有较好的抑制作用，复配缓蚀剂H对所选金属材质都有良好的缓蚀效果，可使紫铜、黄铜、铁和铝的缓蚀率分别减小82.1%、81.5%、85.3%和89.5%。结论 复配的缓蚀剂能够有效地减缓甲醇汽油对金属的腐蚀。
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  具有高介电常数特性涂层的选取与性能分析

  杨博, 李杰, 李鹤

  表面技术. 2016, 45(8): 40-44. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.007

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  目的 为了克服现有铁氟龙涂层介电常数低、使用寿命短等缺点，寻求并制备具有高介电常数且兼有耐磨、耐腐蚀、硬度高、绝缘能力强、化学稳定性好、抗高温氧化能力强等特性的涂层，从而提高探针灵敏度系数及机械性能，提高测量精度，延长使用寿命。方法 通过对现有各类涂层的对比，选取Al2O3-3%TiO2、Al2O3-13%TiO2和Al2O3-20%TiO2三种常规粒径的陶瓷粉末进行试验测试。分别评价涂层的绝缘性后，优选一种涂层进行喷涂试验、介电常数测试、腐蚀性测试及拉伸测试，并与铁氟龙涂层进行对比。结果 Al2O3-13%TiO2和Al2O3-20%TiO2两种粉末涂层与基体之间的电阻值分别为0.57 MΩ和0.42 MΩ，Al2O3-3%TiO2陶瓷涂层的绝缘性良好。Al2O3-3%TiO2粉末的粒径范围为15~45 μm，粒度分布较分散，涂层的相对介电常数高达290，是铁氟龙涂层的132倍，并且涂层表面较均匀，但存在少量孔隙。经过腐蚀性测试，铁氟龙涂层试样的质量损失为23.4 mg，Al2O3-3%TiO2涂层试样的质量损失极少，仅为0.40 mg。拉伸测试时，当载荷为52 kN时，Al2O3-3%TiO2涂层被拉长20 mm时，试样涂层才出现裂缝，而铁氟龙涂层被拉伸7 mm时就完全剥落。结论 Al2O3-3%TiO2陶瓷涂层绝缘性良好，介电常数是铁氟龙涂层的132倍，粒度的分散性分布能使喷涂效果更佳，涂层与基体的剪切结合强度高，耐蚀性较强，实验结果表明能够完全替代现有的铁氟龙涂层。
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  腐蚀对管输CO2压力损失影响分析

  李杰, 高嘉喜, 崔铭伟, 刘栋, 高延玲, 高文玲

  表面技术. 2016, 45(8): 45-49. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.008

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  目的 研究腐蚀对超临界和密相状态下长输CO2管道压力损失的影响。方法 假设新无缝钢管的表面粗糙度为0.1 mm，轻度腐蚀无缝钢管的表面粗糙度为0.25 mm，严重腐蚀无缝钢管的表面粗糙度为0.9 mm，结合输量、管长、环境温度等基础数据，采用HYSYS软件模拟计算腐蚀对不同粗糙度的超临界和密相状态下长输CO2管道的压力分布，根据压力分布结果总结受粗糙度影响的压力分布规律。结果 随着粗糙度的增大，超临界和密相状态下的CO2在流动过程中的压力损失不断增大，超临界状态下的输送受粗糙度的影响大于密相状态下的输送。受高差影响后，结果发生了变化，密相状态下的压力损失大于超临界状态下的压力损失。结论 表面粗糙度对不同相态下的CO2的输送压力损失影响很大，粗糙度每增大1 mm，压降增大约9%~11.2%。在无高差的条件下，超临界状态的压力损失大于密相状态下的压力损失；受高差影响后，密相状态下的压力损失大于超临界状态下的压力损失。在实际输送管道中，密相状态下的压力损失大于超临界状态下的压力损失。
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  双腐蚀缺陷管道剩余强度计算方法

  崔铭伟, 魏登峰, 高嘉喜, 封子艳, 易冬蕊, 张书勤, 张月明, 曹学文

  表面技术. 2016, 45(8): 50-55. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.009

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  目的 建立低保守性双腐蚀缺陷管道剩余强度的计算方法。方法 利用非线性有限元分析的数值仿真方法，对含有双腐蚀缺陷管道剩余强度进行分析，并验证了分析方法的可靠性。计算了轴向间距对带有相同腐蚀缺陷深度、长度，不同腐蚀缺陷深度、长度，以及具有不同环向间距或不同轴向间距的交叉位置双腐蚀缺陷管道失效压力的影响，首次提出了双腐蚀缺陷相互作用系数的概念，并将其应用到双腐蚀缺陷管道失效压力的计算中。结果 当轴向间距超过一定数值时，双腐蚀缺陷因相互作用而消失，只有在轴向间距非常小或两轴向腐蚀接触时，双腐蚀缺陷才有可能达到或接近完全相互作用。在相互作用范围内，双腐蚀缺陷的相互作用随轴向间距呈对数关系变化。当双腐蚀轴向投影完全重合时，腐蚀环向间距对双腐蚀缺陷相互作用的影响不大；当双腐蚀轴向投影未完全重合时，环向间距对双腐蚀缺陷相互作用的影响不可忽略。当双腐蚀缺陷之间存在一定环向间距时，双腐蚀缺陷的相互作用随轴向间距先增大后减小。结论 提出的相互作用系数概念能够解决交互影响双腐蚀缺陷管道失效压力的计算问题。
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  相互作用腐蚀管道剩余强度评价方法对比研究

  崔铭伟, 王媛媛, 贺杰, 由洋, 封子艳, 张月明, 张书勤

  表面技术. 2016, 45(8): 56-62. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.010

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  目的 分析现有腐蚀评价规范对相互影响腐蚀管道剩余强度计算的适应性，筛选合适的相互影响腐蚀管道剩余强度评价规范。方法 介绍了ASME B31G—91、修正的B31G、ASME B31G—2009/2012、RSTRENG方法、DNV-RP-F101方法以及PCORRC方法等七种相邻腐蚀相互作用认定准则以及相互作用腐蚀评价方法，应用实验数据分析了各评价方法的适应性。结果 ASME B31G—91、修正的B31G、ASME B31G—2009/2012、RSTRENG方法大多以临界轴向间距为依据，超过临界轴向间距时，相邻腐蚀不发生相互影响，但未给出相邻腐蚀相互影响的评价思路或影响方式。DNV RP-F101标准明确提出了相邻腐蚀相互影响准则，并给出了相互影响腐蚀评价思路。PCORRC方法未明确给出相互影响腐蚀评价思路。结论 上述七种腐蚀评价规范均以单腐蚀管道为研究基础，更适合评价单腐蚀缺陷管道，评价相互作用腐蚀缺陷过于保守，并且相邻腐蚀缺陷相互作用准则过于简单，未完全反映相邻腐蚀缺陷相互作用机理。相比而言，DNV-RP-F101方法较其他评价方法的计算结果更准确，保守性更低。
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  页岩气压裂返排液处理过程中的腐蚀防护技术

  王娟, 燕永利, 杨志刚

  表面技术. 2016, 45(8): 63-67. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.011

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  目的 为页岩气压裂返排液处理过程中的腐蚀防护问题提供技术支持。方法 首先分析压裂返排液的特点，在此基础上详细分析页岩气压裂返排液处理过程中的腐蚀防护技术，即合理选用材料、缓蚀剂技术、涂层技术和阴极保护技术，并分析各种技术的优缺点。结果 页岩气压裂返排液处理过程中应多选用非金属材料；应尽量选择具有良好可溶性和水中分散性、毒性小的缓蚀剂；涂层往往需要与其他技术联合使用；阴极保护技术目前应用较少，应加大推广力度。结论 对于具体的页岩气压裂返排液处理工程，需要根据腐蚀环境、成本及现场工人操作水平等进行综合评估，选取合适的防护方法。实际运用时，需在结合以往经验的同时评价筛选最新的技术，尽量采用最新技术，同时需要多种技术联合使用，才能确保设备安全。
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  某输油管道腐蚀泄漏失效原因分析

  梁裕如, 姬丙寅

  表面技术. 2016, 45(8): 68-73. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.012

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  目的 分析输油管道腐蚀泄露失效的主要原因。方法 对输油管道泄漏失效进行了深入调查研究，分析了输油管道失效样品，对泄漏孔形貌、几何参数、理化性能、金相组织进行了试验分析，并在泄漏穿孔处取样进行了电子显微镜扫描、微区能谱分析。结果 经化学分析、力学性能和金相组织等理化检验分析，该失效输油管道的材料理化性能符合GB/T 8163—2008标准的相应要求及用户要求。从穿孔宏观形貌分析来看，腐蚀区域面积较大，管道内壁存在大量腐蚀产物，穿孔位于输送管道的下部，最大腐蚀深度达3.5 mm，且管道中存在大量临界腐蚀坑电子显微镜下放大观测，能看到表层覆盖有疏松的腐蚀产物，微区能谱分析显示腐蚀产物中含有大量的Cl、C、O和Fe等元素。结论 材料性能并不是造成输油管道失效事故的主要原因，输油管道泄漏主要是由管体内壁点腐蚀穿孔造成的，引起腐蚀穿孔的主要因素为输送流体介质中的Cl?，当管材基体中的Fe不断被Cl?腐蚀溶解后随流体介质迁移，点蚀坑迅速扩展，最终导致腐蚀穿孔。
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  多相流动状态下缓蚀剂对X70钢CO2腐蚀的影响

  封子艳, 杨志刚, 南蓓蓓, 魏彦林, 李辉, 崔铭伟

  表面技术. 2016, 45(8): 74-79. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.013

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  目的 研究在多相流动状态，尤其是段塞流动条件下，各种浓度的不同缓蚀剂对X70钢腐蚀的影响。方法 采用自制实验装置模拟起伏管路段塞流动条件，通过电子显微镜、挂片失重等方法，对挂片表面形貌、腐蚀速率进行分析，数值仿真了多相流动状态下缓蚀剂乙二醇对X70钢CO2腐蚀速率的影响。结果 自制实验装置的挂片表面形貌、挂片失重速度与真实环道实验相似。实验用缓蚀剂的质量浓度超过35 mg/L后，均匀腐蚀缓蚀效率提升明显，继续提高缓蚀剂的浓度，均匀腐蚀缓蚀效率变化不大。多相流动条件下，缓蚀剂对局部腐蚀的缓蚀效果不明显。仿真用缓蚀剂乙二醇的质量浓度达到250 mg/L后，缓蚀效率变化与实验结果类似。结论 自制实验装置可以模拟起伏管路内气液两相流动状态，实验结果可靠。缓蚀剂的最佳缓蚀效率存在临界浓度，小于临界值时，对挂片的缓蚀作用甚微，超过临界浓度时对挂片表面的腐蚀速率影响不大。段塞流动状态下，缓蚀剂的缓蚀作用仅针对挂片均匀腐蚀，对局部腐蚀影响不大，甚至会促进局部腐蚀的发展。
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  油田酸化缓蚀剂的研究进展

  李丛妮

  表面技术. 2016, 45(8): 80-86. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.014

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  在石油勘探开发过程中，随着开采的不断深入，开采环境越来越复杂，开采效率越来越低。油气井酸化可以显著提高油气采收率，但同时加剧了设备的腐蚀，为适应这一现状，开发油气井酸化缓蚀剂非常迫切。介绍了国内油田酸化缓蚀剂的研究现状，主要从酸化缓蚀剂的种类、缓蚀机理、发展趋势等方面进行了阐述。对目前缓蚀效果良好并已广泛应用的曼尼希碱、咪唑啉类、季铵盐型缓蚀剂做了重点阐述，从物理吸附、化学吸附、π键吸附三个方面研究了缓蚀剂的吸附机理，并从分子结构出发，分析了这几类常用缓蚀剂的作用机理，同时对以后的研究工作提出了看法和建议。指出了今后酸化缓蚀剂的研究方向，是开发从天然物质中提取，环境友好且耐高温、耐浓酸的复合型长效缓蚀剂。
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  油井管杆偏磨失效分析

  张永强, 李辉, 王珂, 刘杰, 尹志福, 朱世东

  表面技术. 2016, 45(8): 87-91. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.015

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  目的 分析油井管杆失效原因。方法 通过对抽油杆和油管失效样品的宏观形貌进行观察，分析样品的化学成分、显微组织和微观断口形貌，测试抽油杆抗拉强度、下屈服强度、伸长率、断面收缩率，同时测试油管抗拉性能、屈服强度、伸长率和冲击功，并结合油井所在区块的工况条件、产出液性质、腐蚀挂片测试数据和油管螺纹连接结构，对油井管杆失效原因进行了分析。结果 抽油杆的抗拉强度为910 MPa、下屈服强度为845 MPa，伸长率为17%，断面收缩率为67.5%，符合SY/T 5029—2013《抽油杆》行业标准要求，其金相组织正常，为珠光体+铁素体。油管化学成分中的P质量分数为0.015%，S质量分数为0.011%，油管的抗拉强度为725 MPa，屈服强度为445 MPa，伸长率为26.0%，冲击功为27 J，符合API Spec 5CT《油管和套管规范》要求。其金相组织正常，为铁素体+珠光体。结论 抽油杆和油管失效是偏磨与腐蚀共同作用的结果，螺纹连接处的J值凹槽是造成油井管杆偏磨损坏的重要原因，可以通过控制油管J值为0，变冲击磨损为滑动磨损，从而减缓油井管杆偏磨损坏。
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  油井井下防腐工具的应用评价

  刘杰, 李建东, 吕雷, 张永强, 尹志福, 宋健

  表面技术. 2016, 45(8): 92-97. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.016

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  目的 评价井下防腐工具的现场应用效果，探讨其对管杆的防腐应用前景。方法 通过对延长油田某区块油井采出水进行水质分析，并结合室内腐蚀试验，测定油井管材在该采出水中的腐蚀速率。选取腐蚀严重的油井安装井下防腐工具，定期检测安装工具后产出液中总铁离子的含量和管材的腐蚀速率。对比安装前后的修井次数、油管和抽油杆的更换数量、总铁离子的含量、腐蚀速率，综合评价井下防腐工具的应用效果。结果 实施措施前，管材的腐蚀速率在0.199~0.386 mm/a之间，远远超出了0.076 mm/a的标准要求。实施措施后，每口井每年平均修井次数由3.4次下降到1.2次，下降率为64.7%；每口井的油管和抽油杆每年平均更换长度由11.6、33.6 m分别下降至5.7、8.0 m；总铁离子含量的下降率都在42%以上。结论 该区块采出水中的腐蚀性介质（溶解氧、CO2、H2S、Cl?）含量较高，对油井管材造成了严重腐蚀。安装井下防腐工具后，管杆的更换数量、产出液总铁离子含量及腐蚀速率均大幅下降，表明该工具能有效减缓井下管柱的腐蚀，具有一定的现场应用前景。
膜层材料与技术
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  Zr/C纳米自蔓延反应薄膜制备及表征

  杜军, 杨吉哲, 王尧

  表面技术. 2016, 45(8): 98-102. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.017

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  目的 研究物理气相沉积技术制备Zr/C纳米多层自蔓延反应薄膜的可行性，以及多层膜的结构和反应特征。方法 利用扫描电镜法（SEM）、透射电镜法（TEM）、能谱分析法（EDS）、X射线衍射法（XRD）、差示扫描量热法（DSC）等手段，对薄膜的微观形貌、周期结构、成分组成、晶体结构及反应特征等进行表征，分析了薄膜的沉积时间、结构周期、层间结构、反应温度等工艺参数对多层膜结构和性能的影响。结果 Zr层的沉积速率为27 nm/min，C层的沉积速率为11.8 nm/min。薄膜中存在单质Zr（002）和Zr（101）峰，C以非晶形态存在。Zr/C多层膜的表面形貌呈“菜花状”，Zr层与C层结构清晰，分布均匀。透射电镜观察Zr层与C层界面，发现两者之间存在一定厚度的界面反应层，表明沉积过程中两者之间发生了轻微扩散或是预先反应。DSC发现，600 ℃时Zr/C多层膜发生放热反应，但反应前后多层膜质量未发生明显变化。结论 利用物理气相沉积技术可制备较纯的Zr/C纳米多层自蔓延反应薄膜，自蔓延反应时，Zr层与C层之间发生快速的剧烈放热反应，并有ZrC生成，无其他产物生成。
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  不同氩气气压下钒靶HIPIMS放电特性的演变

  李春伟, 田修波, 巩春志, 许建平

  表面技术. 2016, 45(8): 103-109. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.018

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  目的 以V靶为例，研究高功率脉冲磁控溅射（HIPIMS）放电时不同工作气压下靶脉冲电流及等离子体发射光谱的表现形式和演变规律，为HIPIMS技术的进一步广泛应用提供理论依据。方法 利用数字示波器采集HIPIMS脉冲放电电流波形，并利用发射光谱仪记录不同放电状态下的光谱谱线，分析不同气压下V靶HIPIMS放电特性的演变规律。同时，利用HIPIMS技术成功制备了V膜，并利用扫描电子显微镜观察了V膜的截面形貌。结果 不同氩气气压下，随着靶脉冲电压的增加，靶电流峰值、靶电流平台值及靶电流平均值均单调增加，而且增加的速度越来越快，但靶电流峰值的增加速度明显高于平台值，这是由于脉冲峰值电流由气体放电决定所致。不同气压下，Ar0、Ar+、V0和V+四种谱线峰的光谱强度均随靶电压的增加而增加，相同靶电压时，其光谱强度随着气压的增加而增加。当气压为0.9 Pa、靶电压为610 V时，Ar和V的离化率分别为78%和35%。此外，利用HIPIMS技术制备的V膜光滑、致密，无柱状晶生长形貌特征。结论 较高的工作气压和靶脉冲电压有利于获得较高的系统粒子离化率，但HIPIMS放电存在不稳定性。合适的工作气压是获得优质膜层的关键。
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  碳纤维/丙烯酸聚氨酯导电涂料制备及其性能研究

  陈亮

  表面技术. 2016, 45(8): 110-114. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.019

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  目的 研究碳纤维含量、助剂（分散剂、防沉剂）及涂层厚度等因素对涂层表面电阻的影响。方法 以丙烯酸聚氨酯为基料，以短切碳纤维为导电填料，通过添加不同助剂制备了系列不同碳纤维含量的碳纤维/丙烯酸聚氨酯导电涂料及其涂层，对涂层的表面电阻进行了测试分析。结果 碳纤维含量与涂层的表面电阻直接相关，综合涂层电性能及力学性能这两方面因素，碳纤维在涂层中的含量在4%~8%（质量分数）范围内为宜。分散剂的加入可降低涂层的表面电阻，分散剂的用量为碳纤维质量的12%~14%为宜。防沉剂的加入会导致涂层表面电阻上升，考虑涂层防沉效果和电阻两方面因素，防沉剂用量在0.5%~1.5%（质量分数）之间为宜。碳纤维导电涂层在施工中宜采用2~4道喷涂，厚度应控制在10~30 μm之间。结论 短切碳纤维、防沉剂、流平剂等助剂以及涂层厚度对于涂料导电性能有一定程度的影响，需根据实际需求优化配方和工艺，达到最佳导电能力。
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  PVD涂层技术制备类金刚石薄膜及性能研究综述

  吴雁, 李艳峰, 张而耕, 赵杰

  表面技术. 2016, 45(8): 115-123. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.020

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  介绍了采用物理气相沉积（PVD）技术制备类金刚石涂层的方法，进而论述了涂层的摩擦磨损和结合力等性能的研究现状和发展前景。分析并综述了类金刚石涂层的技术发展，以及制备类金刚石薄膜的方法和影响其性能的多种要素。表面涂有类金刚石薄膜的工件具有较高的硬度、良好的热传导率、极低的摩擦系数、优异的电绝缘性能等。类金刚石薄膜（DLC Films）是近年来兴起的一种以sp3和sp2键的形式结合生成的亚稳态材料，因其优异的减摩和抗磨性能，在摩擦学领域获得了广泛应用，是一种与金刚石涂层性能相似的新型薄膜材料。DLC涂层的性能研究大多集中在它的摩擦学特性和结合力性能，并且作为优质的涂层材料已被广泛应用于汽车、模具、刀具等领域。
表面失效及防护
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  弯管液固两相流冲蚀失效模拟分析

  曹学文, 胥锟, 彭文山

  表面技术. 2016, 45(8): 124-131. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.021

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  目的 分析流体参数、砂粒参数、环境参数对液固两相流弯管冲蚀失效的影响。方法 利用FLUENT模拟弯管冲刷腐蚀，分析流速、粒径、砂粒质量流量、操作压力、重力方向对弯管冲蚀的影响。结果 管内流速从2 m/s增加到10 m/s，最大冲刷腐蚀速率从8.86×10-8 kg/(m2?s)增加到2.45×10-7 kg/(m2?s)；颗粒粒径从75 μm增加到200 μm，再增加到550 μm，最大冲蚀速率先从2.04×10-7 kg/(m2?s)减小至1.5×10-7 kg/(m2?s)，后增加到2.66×10-7 kg/(m2?s)；砂粒流量从0.05 kg/s增加到0.25 kg/s，最大冲蚀速率从8.56×10-8 kg/(m2? s)增加到3.20×10-7 kg/(m2? s)；管内操作压力从0.1 MPa增加到0.9 MPa，最大冲蚀速率从1.50×10-7 kg/(m2?s)减少至1.25×10-7 kg/(m2?s)；弯头出口由垂直向下位置变化为垂直向上，冲刷腐蚀速率从1.50×10-7 kg/(m2?s)逐渐增加至1.86×10-7 kg/(m2?s)。结论 流速与冲刷腐蚀呈正相关关系；随着砂粒直径的增加，最大冲刷腐蚀速率先减小后增加；在一定范围内，最大冲刷腐蚀速率随着砂粒流量增加而增加；管内操作压力的变化对冲蚀减弱现象影响不明显；出口垂直向上时，冲蚀破坏最严重。
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  埋地集输管道检测数据分析

  王孟, 李自力, 杨超, 陈健飞

  表面技术. 2016, 45(8): 132-137. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.022

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  目的 找出导致外防腐层破损的因素，研究防腐层破损对管道壁厚减薄的影响。方法 采用PCM+埋地管道外防腐层状况检测仪对管道外防腐层进行检测，采集埋深、DB值和电流衰减值，并根据电流值计算绝缘电阻率。采用超声波测厚仪检测管道剩余壁厚，通过现场实测数据对管道防腐层和管壁腐蚀情况进行分析。结果 通过对数据的分析，发现运行年限、埋深、介质输送温度以及土壤电阻率等因素都对外防腐层产生不同程度的影响。不同材质的外防腐层随着运行年限的增长，其破损程度变化不同，并且对管道壁厚减薄程度的影响也不同。 结论 对于运行超过10年的管道，应定期检测并及时维修、更换防腐层。埋深不足0.8 m的管道，应及时增加覆土层厚度，无法加大埋深的则应该加大巡检力度，防止管道遭到破坏。运行超过10年的沥青玻璃布管道外防腐层破损严重，建议更换3PE防腐层。应建立起阴极保护系统，与外防腐层形成双层屏障。
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  板坯自动喷涂技术在热连轧带钢厂的应用

  夏小明, 孙明军, 罗桂梅, 何光键, 周心富

  表面技术. 2016, 45(8): 138-143. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.023

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  目的 降低炉内氧化烧损，提高产品的成材率。方法 板坯在上料辊道上及进加热炉前，当检测的板坯温度低于300 ℃时，利用辊刷及空气吹扫装置清理上下表面后，喷涂一层防高温氧化隔离剂，然后装炉加热，经热连轧成卷。为了减少隔离剂的浪费，提高喷涂效果与设备运行效率，将毛状细钢丝改为钢丝绳，截止阀到喷嘴的距离（需要清洗段）由原约4 m缩短为0.2 m，材质由软塑料管改为内径5 mm的铜管。因上料辊道长度短，超过300 ℃的热坯必须停留在喷涂罩内，且时间不固定，因此系统设置停留时间≤10 min则继续喷涂，否则，清洗管路，停止喷涂。为了解决停留后需继续喷涂，导致喷涂层厚度不均，最终造成中间坯同块钢出现温度陡降的问题，需要延迟溢流阀门关闭0.5 s，喷涂系统压力维持在0.3 MPa之内。结果 成材率可以提高0.3%以上，吨钢涂料消耗控制在0.33 kg以内。结论 通过优化喷涂设备结构、材质以及喷涂溢流阀门动作时序，控制系统压力，能实现自动喷涂，获得涂层均匀、节省涂料、提高成材率的效果。
表面质量控制及检测
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  基于热力耦合的单磨粒临界磨削仿真分析

  吴书安, 祝锡晶, 郭策

  表面技术. 2016, 45(8): 144-149. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.024

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  目的 通过仿真研究磨削中单磨粒几何特征对切屑根部材料分离的影响，得到脆-塑转变的临界磨削参数值。方法 针对Ti6Al4V合金，通过对单磨粒划擦的分析，建立热-力耦合平面仿真模型，研究切屑根部有效流动应力随单磨粒刃圆半径和磨削深度的变化情况。结果 在磨粒刃口处，刃圆半径r=0.1 μm时，磨削深度h?0.02 μm，出现脆-塑转变的临界现象；在h>0.3 μm时，可能会实现材料的塑性去除，磨削热效应对其有促进作用。刃圆半径r=1 μm时，磨削深度h为0.2～3 μm，有效流动应力的最小值为948.479 MPa，此时在磨粒刃口处几乎没有材料塑性流动的现象，磨削热效应不明显。刃圆半径r=10 μm时，磨削深度h为2～30 μm，有效流动应力的最小值为716.351 MPa，最大值为763.59 MPa，磨粒刃口处切屑以塑性流动方式产生，磨削热对其有一定的促进作用。结论 仿真得出使切屑根部材料实现塑性流动的单磨粒刃圆半径、磨削深度阈值范围和脆-塑转变的临界值，同时得到磨削热效应对切屑形成的作用效果。取刃圆半径为0.1 μm或者10 μm左右的磨粒，适当增大磨削深度，可实现切屑根部材料的塑性流动，降低对磨粒的冲击作用，并提高磨削效率。
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  温度对超声清洗中空化泡动力学特性的影响

  庞昊斐, 祝锡晶, 王璟, 袁志伟

  表面技术. 2016, 45(8): 150-155. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.08.025

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  目的 为了更合理地利用超声清洗中的空化效应。方法 以清洗区单空化泡为研究对象，基于能量守恒原理，建立了空化泡的动力学模型。数值模拟了环境温度、声压幅值、超声频率和超声振幅对清洗区空化泡动力学特性的影响。结果 当温度从0 ℃升高到80 ℃时，空化泡溃灭时间由579.36 μs缩短到181.43 μs。高温下空化泡的膨胀速度更快，50 ℃时空化泡的最大膨胀幅值为51.27，此时空化强度最大。随着声压幅值的增大，空化泡的运动由近似于稳态空化的多周期振荡转变为只经过一次膨胀压缩后溃灭，最大膨胀幅值也由此先减小，后近似于线性增大，溃灭时间先变短，后稳定在150 μs左右。随着频率的增大，空化泡的最大膨胀幅值变小，溃灭时间变长，振幅的扰动作用对空化泡半径变化和溃灭时间的影响很小。结论 不同温度下空化泡的动力学特性相似，声压幅值的增大和超声频率的降低均有助于提升空化效应，换能器的振动对邻近液体中空化泡的扰动作用可忽略。