生产抗磨损的螺纹管状连接件的组件的制作方法_4

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下在旋转中驱动的圆盘DQ ;
[0096] ?永久地连接到圆盘DQ的第一面上的第一站台(anvil)ECl ;
[0097] ?永久地连接到与它的第一面相对的圆盘DQ的第二面上的第二砧台EC2,优选为 圆锥类型;
[0098] ?第一 EP1和第二EP2压力元件,例如活塞,它例如可产生选择的轴向压力P ;
[0099] ?永久地连接到第一压力元件EP1的一面上的第三砧台EC3,优选为圆锥类型;
[0100] ?永久地连接到第二压力元件EP2的一面上的第四砧台EC4,优选为圆锥类型。
[0101] 为了测试润滑组合物,用所述组合物覆盖与构成螺纹元件的材料相同的两片材 料,以便形成第一 S1和第二S2样品。接下来,第一样品S1置于第一 EC1和第三EC3砧台 的自由面之间,和第二样品S2置于第二EC2和第四EC4砧台的自由面之间。接下来,在采 用第一 EP1和第二EP2压力元件每一个,施加选择的轴向压力P (例如数量级为1. 5GPa)的 同时,圆盘DQ在选择速度下旋转,并测量每一样品SI, S2经历的拼合扭矩。在Bridgman试 验中,选择轴向压力,旋转速度和旋转角,以便模拟Hertz压力和在拼合末端处邻接表面的 相对速度。使用这一机器,可固定数对不同的参数(拼合扭矩,旋转速度),以便在样品S1 和S2上产生预定的拼合扭矩,和因此检验这些样品S1和S2是否紧密地遵从给定的扭矩曲 线,和尤其在磨损之前,它们是否可达到全部圈数,所述全部圈数至少等于相对于选择拼合 扭矩而选择的阈值。
[0102] 在本发明的情况下,升高所选的接触压力至lGPa,和升高旋转速度至lrpm。由碳 钢形成试样,机加工,然后用不同的干燥薄膜制剂涂布。
[0103] 图8中图示的Scratch试验装置允许测定在表面或表面制备上薄膜的粘合力或粘 附。这一方法由采用经历过增加负载的球形珠粒,剪切薄膜和使之变形组成,该方法还允许 确定对耐磨性来说重要的两个摩擦学参数,亦即摩擦系数和对应于出现薄膜内聚损失的临 界负载。
[0104] 实验条件使用由直径5mm的碳化钨形成的球形珠粒,和由粗糙度Ra小于1微米 的XC或Z20C13碳钢形成的金属样品,并采用任选的表面制备,所述表面制备可以分别是 喷砂或锌或锰磷化,和三元Cu-Sn-Zn电解沉积。操作模式的参数包括负载从10N增加到 310N (在15N/s的负载增加速率下),2mm/s的珠粒位移速率,20s的持续时间以及40mm的 轨道长度。
[0105] 在固体热塑性涂层上进行试验,所述固体热塑性涂层包括由乙烯_乙酸乙烯酯共 聚物,软化点范围为60°C _200°C的用甘油酯化的松香酸,蜡和聚二甲基硅氧烷油构成的热 塑性基体。后者证明在低压负载(约200MPa)下摩擦系数为0. 07-0. 08,和"抗流变"值范围 为API5A3参考油脂数值的90% -100%的数值。在拼合其中固体热塑性涂层对称地施加到 阳和阴部上的7〃29#CS L80 VAM TOP HC连接件的情况下,所述涂层的流变-摩擦性能是指 可遵循拼合规则,亦即肩部扭矩比针对连接件确定的最佳拼合扭矩低70%并小于56%的 最大拼合扭矩,但最大拼合扭矩的绝对值(与机加工干涉(LL-PNBN或HH-PFBS)无关地测 定)保持低于针对相同尺寸的"高扭矩"VAM TOP参考连接件的拼合扭矩(在VAM Running Book中定义的〃liner max〃拼合扭矩),这可在图4中看出。图4图示了作为柱状图,采用 420kg的重物,垂直过扭矩(overtorque)拼合扭矩的数值。
[0106] 对比地,在与前面相同的条件下,含热塑性基体(它主要由基于二聚体的共聚酰 胺,酰胺蜡和聚二甲基硅氧烷油构成)的固体热塑性涂层的摩擦系数为〇. 12,和"抗流变" 值为大于105%的API5A3参考油脂值。在其中固体热塑性涂层施加到阴部上且如文献 W02010140703中描述的保护性环氧-丙烯酸树脂施加到阳部上的7〃23#CS L80 VAM21连接 件的拼合情况下,所述涂层的良好流变-摩擦性能不可能满足具有17700N. m的最佳拼合扭 矩的拼合规则。在摩擦负载下,润滑剂薄膜尤其具有粘弹性,粘弹性将影响扭矩保留,这通 过肩部扭矩增加,和对于增加机加工干涉来说,抗肩上扭矩下降二者显示。这一高的粘弹性 不允许润滑薄膜在负载区内流动并粘附。润滑薄膜从接触中挤出,从而允许未受保护的金 属出现在有限的润滑相内。在5个连续的拼合/劈开操作之后,磨损快速发生。
[0107] 为了评价涂布的连接件总体性能的改进,在本发明的一个实施方案中,含液体无 定形热塑性树脂的热塑性涂层被施加到连接件的其他部分上。
[0108] 根据本发明,可使用在提供有"抗流变"性能的热塑性基体内的液体无定形热塑性 树脂,以改变热机械性能,以便在负载/温度区内增加润滑薄膜剪切并流动的能力。
[0109] 在本发明情况下,使用由Triton Technologie供应的〃TTDMA T101423"装置,通 过压缩/剪切热动力学分析(DMTA),测定热机械性能。温度以2°C /min从-100°C升高到 100°C ;应变频率为1Hz,并在直线区域内施加变形。
[0110]图5示出了在剪切模式下,润滑薄膜的弹性模量(G')和粘性模量(G")的变化,所 述润滑薄膜包括基于二聚体的共聚酰胺类型的热塑性聚合物以及有和无液体无定形热塑 性树脂。以Pa表达弹性模量(或保存模量(conservation modulus))且它代表复数模量 M#的实数部分。粘性模量(或损耗模量)代表复数模量M#的虚数部分。
[0111] 含液体无定形热塑性树脂的材料的弹性模量G'的变化导致软化点和倾点向较低 温度迀移。粘性模量G"增加导致在剪切期间,以热的形式的能量较大地耗散,这是通过软 化效果,使得它的"抗流变"增加的特征。
[0112] 另外,通过测量比API5 A3参考油脂值高130%,证明"抗流变"性能,这使用 Bridgman试验来测定。
[0113] 与此同时,作为使用图6中的Scratch试验测量的负载增加的函数,摩擦系数的变 化表明,当润滑薄膜"抗流变"时,摩擦系数值通常随着负载增加。相反,参考的热塑性涂层 (它是完全结晶的)(如专利W02009072486中所描述的)的特征在于稳定或均匀地降低摩 擦系数。图6代表作为增加的负载的函数,摩擦系数的变化。
[0114] 可使用的液体无定形热塑性树脂是用甲醇或三甘醇酯化的松香酸衍生物,分子质 量小于500g/mol的芳族烃树脂,羟化聚酯树脂,聚异丁烯类,或聚甲基丙烯酸烷酯。液体树 脂必须具有在25°C下范围为2000-40000mPa. s的动态粘度(这采用Brookfield粘度计来 测量)。在25°C下大于40000mPa.s的动态粘度没有显示出热机械性能的改进。该液体无 定形热塑性树脂的玻璃化转变温度必须小于-l〇°C,优选小于-20°C。液体无定形热塑性树 脂在热塑性基体内的浓度范围为40% -60%。再次优选地,该液体树脂与聚合物的浓度比 范围为1. 5-2。对于大于50°C的储存温度来说,小于1. 5的比值降低粘合性,而大于2的比 值使通过所形成的薄膜捕获粉尘和污染物(例如砂子)的能力减弱。
[0115] 在其中固体热塑性涂层含有用甲醇酯化的松香酸类型的液体无定形热塑性树脂 对称地施加到阳部和阴部上的7〃23#CS L80 VAM 21连接件的拼合情况下,润滑薄膜的热机 械行为的变化,亦即在拼合负载和温度范围内流动的较大能力意味着可明显地限制挤出物 和薄片的形成。与此同时,通过最大拼合扭矩(MTV)增加,积极地显示,和通过肩部扭矩增 加消极地显示通过液体无定形热塑性树脂提供的补充的"抗流变"效果。肩部扭矩值略大 于最佳拼合扭矩值的70%且随着拼合/劈开增加。因此,不推荐以对称方式涂布引起接触 的表面,即具有含液体无定形热塑性树脂的固体热塑性涂层的所有表面。
[0116] 根据本发明,接触的阳和阴表面用固体热塑性涂层(其中之一包括液体无定形热 塑性树脂)涂布的构造显示出协同效应,这通过改进的热机械行为和拼合扭矩窗变宽而突 显,其中满足以上讨论的不等式(1),(2)和(3)。
[0117] 为了阐述第三物质的有利的热机械行为,相等份数的具有不同组成的两个涂料的 混合物(其中至少一个含有液体无定形热塑性树脂)与对称地施加到连接件的两个部分上 的参考物比较,所述参考物对应于含有固体"增粘"树脂的热塑性涂层。图7示出了混合物 的弹性模量G'(在图7中用Synergy表示)低于参考物(在图7中用Symmetrical表示)。 对于粘性模量G"来说,这是相同的。所获得的第三物质的性质协调了每一涂层的热机械性 能与增加总体性能的目的。较小的模量和维持模量G2与G'之比导致较低的抗剪切和保留 抗流变性能。
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