本发明涉及井下钛合金钻杆磨损领域，具体为一种井下钛合金钻杆的梯度耐磨带、钻杆及制备方法。
背景技术：
1、当前，随着对油气能源需求量增加，我国加大了超深层特超深层油气资源的勘探开发力度。目前大多油田的钻井深度已超9000m，服役温度超200℃。常规的合金钢钻杆由于其密度高，钻柱悬重大，致使钻井负载高；且因常规钢制钻杆抗硫化氢应力腐蚀性差、二氧化碳等耐蚀性差等原因，钻柱失效事件时常发生。因此，常规的钢制钻杆已不能满足苛刻工况特超深层油气资源勘探开发需求。
2、钛合金钻杆因其高比强度、低密度、低弹性模量、耐疲劳、对硫化氢二氧化等腐蚀介质不敏感的特点，适用于超深井钻井。然而，在钻井过程中，钻杆直接与井壁接触，磨损非常快，大大增加了油田开采的成本。对于传统的钢制钻杆，目前主要采用堆焊形式在钻杆接头表面熔敷厚度不低于2mm的耐磨带来有效保护钻杆接头，耐磨带材料一般选用硬质合金钢粉末材料。
3、然而，因钢制材料与钛合金性能差异较大，现有的硬质合金钢耐磨带材料与钛合金钻杆材料可焊接性能差，难以通过堆焊实现有效结合，且堆焊产生较大的热输入，对基体与耐磨带容易造成应力开裂，较大的稀释率同时也会降低耐磨层性能，焊后容易开裂和剥落。此外，因钛合金钻杆材料硬度普遍为28-33hrc，其硬度值仅为耐磨带材料的一半，在钻井过程中，因与井壁发生碰撞而遭受冲击载荷时，容易因鸡蛋壳效应造成耐磨带开裂或剥落。因此，亟需研发适用于钛合金钻杆的耐磨带材料与制备方法。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种井下钛合金钻杆的梯度耐磨带、钻杆及制备方法。通过采用超高速激光熔覆方法在钛合金基体表面制备原位生成耐磨带材料层，实现钛合金基体与耐磨涂层的致密冶金结合，提高钻杆耐磨性与使用寿命，且耐磨带兼具有良好的耐腐蚀性能。
2、本发明是通过以下技术方案来实现：
3、一种井下钛合金钻杆的梯度耐磨带的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
4、s1：对钛合金钻杆的接头基体表面处理；
5、s2：在钛合金钻杆的接头外层制备耐磨带，所述耐磨带结构由内而外分别为粘结底层、中间层和耐磨层；
6、s3：在气体的保护下，在钛合金钻杆的接头基体上依次对耐磨带的粘结底层、中间层和耐磨层进行制备；
7、其中，耐磨带原材料包括tic粉末、ti6al4v钛合金粉末和co53包覆部分还原氧化石墨烯形成的co53-brgo，通过采用超高速激光熔覆工艺在钛合金钻杆接头基体上制备石墨烯增强钛基梯度结构耐磨带。
8、进一步的，所述表面处理包括表面去除油污，磨削加工至粗糙度10≤ra≤25μm，椭圆度≤0.5％。
9、进一步的，所述粘结底层选用ti6al4v钛合金粉末、20wt％～30wt％的co53-brgo，混合并真空球磨5～6小时，再烘干1～2小时；
10、所述中间层选用ti6al4v钛合金粉末、40wt％～50wt％的co53-brgo、1wt％～2wt％tic粉末，混合后真空球磨6～7小时，再烘干1～2小时；
11、所述耐磨表层选用10wt％～20wt％的ti6al4v钛合金粉末、co53-brgo、3wt％～5wt％tic粉末，混合后真空球磨5～6小时，再烘干1～2小时。
12、进一步的，采用高速激光熔覆工艺制备粘结底层时：在氩气气氛保护，气体流量为21～26l/min；
13、采用高速激光熔覆工艺制备中间层和耐磨层时，采用氩气与氮气的混合气氛进行保护；其中，
14、采用高速激光熔覆工艺制备中间层时：在氩气与氮气的混合气氛保护，其中氮气含量为1～2ppm，气体流量为21～26l/min；
15、采用高速激光熔覆工艺制备耐磨层时：在氩气与氮气的混合气氛保护，其中氮气含量为2～3ppm，气体流量为21～26l/min。
16、进一步的，采用超高速激光熔覆工艺将混合粉末熔覆在钛合金钻杆接头基体表面时，粘结底层熔覆厚度为0.3mm～0.6mm，超高速激光熔覆工艺参数为：激光功率为2600～2700w，光斑直径为1.2～1.4mm，扫描线速度为46～55m/min，搭接率为25～30％，送粉速率为15～17g/min；
17、中间层熔覆厚度0.5mm～0.8mm，超高速激光熔覆工艺参数为：激光功率为2700～2800w，光斑直径为1.3～1.5mm，扫描线速度为40～48m/min，搭接率为30～40％，送粉速率为18～20g/min；
18、耐磨表层熔覆厚度为0.7mm～1.2mm；超高速激光熔覆工艺参数为：激光功率为2700～2800w，光斑直径为1.5～2.0mm，扫描线速度为35～42m/min，搭接率为40～50％，送粉速率为20～24g/min。
19、进一步的，所述部分还原氧化石墨烯的层数为3～7层，片层大小为0.5μm～4μm，还原度为71％～80％，富含羟基等官能团。
20、进一步的，所述tic粉末中，纳米粉末比例为5wt％～9wt％，纳米tic粒径为80nm～120nm，微米tic粒径为0.2μm～0.6μm，粉末纯度＞99.6％。
21、进一步的，所述ti6al4v钛合金粉末粒径为60μm～150μm，d50为80～100μm，35s/100g≤流动性≤40s/100g。
22、一种井下钛合金钻杆的梯度耐磨带，包括上述的梯度耐磨带的制备方法制得。
23、一种井下钛合金钻杆，包括上述梯度耐磨带。
24、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：本发明提供一种井下钛合金钻杆的梯度耐磨带、钻杆及制备方法，通过采用超高速激光熔覆方法在钛合金基体表面制备原位生成耐磨带材料层，实现钛合金基体与耐磨涂层的致密冶金结合，提高钻杆耐磨性与使用寿命，且耐磨带兼具有良好的耐腐蚀性能。本发明的耐磨带结合力强、内部残余应力小，具有优异的抗冲击载荷损伤性能，且能有效抑制耐磨带中的裂纹萌生。
25、进一步的，本发明通过激光能量密度均匀，加热快，热影响区小，基材熔化深度在70μm以下，母材与涂层之间的相互稀释作用较小，残余应力较小，相较堆焊或常规激光熔覆工艺更能有效抑制裂纹的产生；单层熔覆层厚度在300～1200μm范围内可控。
26、进一步的，本发明的耐磨带粘结底层基材粉末为ti6al4v粉末，与钛合金钻杆主体成分接近，易融合且结合力强；通过在粘结底层、中间层、耐磨表层添加/原位生成不同含量的纳米、微米陶瓷增强颗粒，实现钛合金钻杆接头基材/粘结底层/中间层/耐磨表层的成分梯度、强度梯度、结构与硬度梯度结构，在保证耐磨带与基体材料结合力高的同时，降低了内部残余应力，有效抑制裂纹萌生，避免了因鸡蛋壳效应导致耐磨带遭到冲击载荷时发生大面积的剥落现象。
27、进一步的，本发明在氩气与氮气的混合气体的保护下，采用超高速激光熔覆工艺在钛合金钻杆接头基体上制备石墨烯增强钛/钴基梯度结构耐磨带，能大幅提高耐磨带的强度和硬度，且与基体材料结合强度高。
28、进一步的，本发明通过添加的纳米tic颗粒，作为异质形核点，其在激光熔覆过程中促进形核，细化耐磨带的晶粒，起到细晶强化、弥散强化与增韧的作用。
29、进一步的，耐磨带内部增强相粒径从几纳米、几十纳米至微米级不等的尺寸梯度增强，优势互补，使钻杆接头耐磨带服役过程中具有良好的抗冲击磨损、磨损和黏着磨损性能。
30、进一步的，添加co53-brgo，使耐磨带兼具石墨烯的自润滑性能，改善其耐磨性。同时兼具石墨烯优异的强韧性，可在耐磨带中起到阻止裂纹萌生、止裂、或使裂纹发生偏转或桥连等，延长裂纹扩散路径，从而大幅提升耐磨带的强性、韧性和耐磨性。在钻井泥浆环境中，其摩擦系数低至0.3。
31、进一步的，本发明以ti6al4v粉末和co53为基体材料，因此耐磨带兼具钛合金和钴合金材料优异的耐蚀性能，测试结果表明，本发明中的耐磨带材料在高温高压高盐高酸性钻井泥浆介质腐蚀环境中具有优异的耐蚀性。
32、进一步的，本发明在制备时采用真空球磨，实现部分还原氧化石墨烯纳米片包覆在co53合金粉末表面，形成co53-brgo。再后期激光熔覆过程中，实现部分还原氧化石墨烯与临近金属原子通过共用“o”的原理，提高耐磨带材料内部的键合力。该方法即解决了石墨烯的在耐磨带材料中的分散难题，同时解决了因石墨烯密度轻，在球磨过程中混合不均的难题。