煤田地质与勘探

作者：闻棋, 李涛, 段隆臣, 潘秉锁,

关键词：金刚石, 粒径, 电沉积, 超疏水性, 耐久性, 镍铜复合镀层, 钻具表面改性,

目的在钻探工具表面施加超疏水涂层能有效缓解钻头因泥包和岩心内管堵塞所带来的挑战，然而，超疏水表面的机械稳定性不足，这一局限性在一定程度上阻碍了其在实际作业中的广泛应用。方法为提高镀层的耐久性，通过复合电沉积技术将金刚石微粉共沉积于镍铜复合镀层中，并使用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷(1H, 1H, 2H, 2H perfluorodecyltrimethoxysilane, PFDTES)进行表面改性。采用多种测试方法研究1 μm和20 μm金刚石的质量分数对复合镀层表面形貌、粗糙度、超疏水性和超疏水耐久性的影响，结合EDS和FTIR技术分析复合镀层的化学成分，并进行了冲刷磨损实验。结果和结论结果表明：(1)高比例的1 μm金刚石促进了花椰菜状团簇的形成和发育，显著提升了镀层的超疏水性。氟化改性后镀层表面成功接枝PFDTES分子，有效降低了表面能。(2)只含有1 μm金刚石的镀层展现出最佳的微纳分级结构，具有优异的超疏水性能，接触角高达159.3°±1.5°，滚动角为0.5°±0.2°。(3)冲刷磨损实验显示，1 μm金刚石增强了花椰菜状团簇的强度和硬度，而20 μm金刚石可以保护团簇，尤其是侧面，免受石英砂的直接磨损。当1 μm金刚石质量分数为75%时，两种粒径金刚石的协同保护效果最佳，镀层展现出优异的超疏水耐久性和防泥皮结垢效果。研究成果不仅为解决钻探作业中频发的钻头泥包和钻具内壁泥皮结垢问题提供了可行的解决方案，还为增强超疏水涂层的耐久性拓展了思路，具有显著的潜在应用价值。

来源：2025年第3期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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