采用等离子熔覆在R780材质钻杆上堆焊3种不同螺旋熔覆层,并利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、洛氏硬度计和磨料磨损试验机等分析测试手段研究了不同熔覆层的组织与性能。结果表明:熔覆层中添加少量稀土元素即可使其晶粒细化,添加Al2O3-TiO2复合陶瓷粉末,可在熔覆层中形成弥散分布的Al2O3硬质强化相。添加稀土元素和Al2O3-TiO2后的熔覆层的硬度和耐磨性有明显的提高。
《螺旋钻杆等离子熔覆层的组织与性能分析》
在煤矿瓦斯抽采作业中，螺旋钻杆因其高效能、大钻孔深度和优良的排渣性能，成为松软煤层钻孔的主要工具。然而，现有市场上的螺旋钻杆如刻槽螺旋和钢带缠绕焊接螺旋等，存在耐磨性不足、易断裂、使用寿命短等问题。为解决这一问题，本文研究了一种采用等离子熔覆技术在普通钻杆表面制备耐磨螺旋熔覆层的方法，以提高钻杆的使用寿命和整体性能。
等离子熔覆是一种重要的金属表面改性强化技术，它能在金属表面形成高性能的熔覆层，具有效率高、质量好、稀释率低、自动化程度高和熔覆材料范围广等特点。本研究选用R780材质的常规钻杆作为基体，通过对比设计了三种铁基自熔性合金粉末，分别为基础合金粉末F01，以及添加了少量稀土元素的F02和同时添加稀土元素与Al2O3-TiO2的F03。
实验过程中，首先将合金粉末在100℃的烘干箱中烘干2小时以去除水分，然后对钻杆表面进行清理，打磨除锈。使用自主研发的螺旋钻杆等离子熔覆专用设备进行熔覆，设备包含等离子炬、电源、送粉系统、水冷循环系统、数控系统和机械伺服机构，确保了操作简便和工作稳定性。熔覆时，等离子炬的直线运动与钻杆的旋转运动协同作用，形成螺旋熔覆层。
通过金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、洛氏硬度计和磨料磨损试验机等多种分析测试手段，研究了不同熔覆层的组织结构和性能。实验结果显示，添加少量的稀土元素能够细化熔覆层的晶粒，而添加Al2O3-TiO2复合陶瓷粉末则能在熔覆层中形成弥散分布的Al2O3硬质强化相。这种强化相的形成显著提高了熔覆层的硬度和耐磨性。
因此，采用等离子熔覆技术和特定合金粉末的组合，成功改善了螺旋钻杆的耐磨性能，为其在复杂工况下的应用提供了更为耐用的解决方案。这不仅对提高煤矿安全生产具有重要意义，也为金属表面改性技术在钻探工具领域的应用提供了新的研究方向和实践案例。未来的研究可以进一步优化合金粉末配方，探索更多强化相的引入，以期达到更优异的耐磨性和其他综合性能。
