本文旨在探究典型鉆井機(jī)具機(jī)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(jī)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(duì)薄膜耐磨損性能的影響來改善鉆探機(jī)構(gòu)耐磨性能。籍此,為利用金剛石薄膜改善鉆探機(jī)構(gòu)耐磨損性能的應(yīng)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(jī)具-液動(dòng)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(diǎn),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(yàn)考察其在典型工作條件下薄膜的摩擦學(xué)性能。利用a-SiC/金剛石復(fù)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(duì)比研究結(jié)果顯示,金剛石薄膜的具有優(yōu)良的摩擦學(xué)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(jī)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(píng)價(jià)方法;對(duì)金剛石薄膜進(jìn)行微米層級(jí)的壓入試驗(yàn),分別對(duì)不同沉積時(shí)間下的薄膜進(jìn)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(zhǔn)過程... 

【文章來源】：中國地質(zhì)大學(xué)(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(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Wassara型液動(dòng)鉆井沖擊器結(jié)構(gòu)圖和磨損實(shí)物圖（a.液動(dòng)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(gè)面心立方晶胞沿對(duì)角線位互套合（Krawitz,2001）。其最小重復(fù)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(dǎo)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(dǎo)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(xué)惰性及高熔點(diǎn)的特點(diǎn)。因此，在耐磨損石材料存在廣泛的應(yīng)用，如地質(zhì)鉆探機(jī)具，機(jī)加工刀具，鉆具等（。

(1) 探究超深鉆探應(yīng)用場景下的效能。通過研究典型鉆探機(jī)具的工作原理及失效特點(diǎn)，在典型鉆探機(jī)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(yàn)驗(yàn)證分析，探究利用金剛石薄膜提高典型鉆探機(jī)具耐磨損性能的機(jī)制。(2) 嘗試?yán)煤暧^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(duì)金剛石薄膜硬度評(píng)價(jià)的方法，通過探究不同沉積時(shí)間下的金剛石膜層的壓入硬度對(duì)壓入硬度的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行驗(yàn)證。(3) 考察主要制備參數(shù)對(duì)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(diǎn)的參數(shù)，并設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)探究金剛石薄膜主要制備參數(shù)對(duì)其壓入硬度和分形維數(shù)的影響。探究金剛石薄膜摩擦學(xué)系數(shù)同表面分形維數(shù)之間的關(guān)系。論文整體撰寫思路如圖 1-3 所示。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：2965810