Bor karbid Moss şkalasında 9,3–9,5 qiymət alır ki, bu da volfram karbidin (8,5–9,0) və poladın (4–4,5) sərtliyini üstələyir və yalnız almazdan və kubik bor nitriddən sonra gəlir. Təxminən 30 GPa olan Vikers sərtliyi sayəsində yüngül materiallar saatlar ərzində mikro çatlar əmələ gətirdiyi yüksək gərginlikli aşındırma şəraitində deformasiyaya qarşı müqavimət göstərir.
650 km/saat-dan çox olan sürətlərdə bor karbidin sərtliyi birbaşa eroziyaya qarşı müqavimətlə əlaqəlidir. Laboratoriyada apardığımız simulyasiyalar göstərir ki, silika-abraziv mühitdə onun aşınma sürəti şabalıdlı poladınkindən 12 dəfə aşağıdır. Onun atom quruluşu plastik deformasiyaya qarşı müqavimət göstərir və uzunmüddətli istifadədən sonra tez-tez tungsten karbiddə müşahidə olunan "dirək əmələgəlməsini" qarşısını alır.
| Material | Eroziya Sürəti (q/abraziv kq) | İstismar Ömrü (saat) |
|---|---|---|
| Bor Karbid | 0.08 | 750–1,200 |
| Tungsten Karbid | 0.23 | 300–500 |
| Xromlu polad | 0.97 | 50–80 |
Bu nəticələr nəzarət olunan qumla təmizləmə sınaqlarından alınmışdır (P50 qarnet, 80 psi) və bor karbidin lülələrin tez xarab olmasının qarşısını almaqda üstünlüyünü göstərir.
Bor karbidin sinterləşmiş mikrostrukturu təsir güclərini bərabər paylayan bir-biri ilə əlaqəli dənə sərhəd şəbəkəsinə malikdir və bu, ənənəvi materiallara nisbətən lokal gərginlik konsentrasiyalarını 37%-ə qədər azaldır. Testlərdən sonra mikroskopik analiz göstərir ki, 1000-dən artıq saatdan sonra belə səth qatları bütöv qalır, eyni şəraitdə isə polad nozullarda 200–300 µm dərinlikdə eroziya müşahidə olunur.
Bor karbid aşındırıcı qum püskürtmə zamanı tez-tez rast gəlinən sürətli temperatur dalğalanmaları ərzində struktur bütövünü saxlayır. Onun aşağı istilik genişlənmə əmsalı səth temperaturunun 600°C-dən yuxarı qalxmasına baxmayaraq, gərginlik çatlamalarını minimuma endirir. Bu möhkəmlik təkrarlanan istiləmə-soyuma dövrləri ərzində mikroçatlamaların meydana çıxmasının qarşısını alır və onu metal səthlərin hazırlanması kimi yüksək intensivlikli tətbiqlər üçün ideal edir.
Bor karbid kimyəvi inertdir və turş və ya qələvi aşındırıcı maddələrə və rütubət nəticəsində meydana gələn oksidləşməyə qarşı davamlıdır. Müstəqil tədqiqatlar pH ekstremallığına (2–12) 500 saatdan artıq məruz qalma müddətindən sonra ölçülməsi mümkün olan heç bir keyfiyyət itkisinin olmadığını göstərir. Bu sabitlik, polad nozllarda tez-tez rast gəlinən çökəklik və korroziya problemlərini aradan qaldırır və uzun müddət ərzində sabit aşındırıcı axın sürətini təmin edir.
400°C-də bor karbid otaq temperaturundakı sərtliyinin 92%-ni saxlayır — volfram karbiddən (78%) və poladdan (54%) əhəmiyyətli dərəcədə üstün olur. Bu istilikə davamlılıq, uzunmüddətli iş zamanı deformasiyanı maneə törədir və dayanma müddətini minimuma endirir. Sobanın daxili örtüyünün aşındırılması ilə bağlı sahə verilənləri, 550°C şəraitində davam edən iş rejimində karbid alternativlərinə nisbətən 40% məhsuldarlıq artımını göstərir.
Bor karbid nozullar sənaye şəraitində poladın 5 qatı və volfram karbiddən 1,8 dəfə uzun müddət işləyir, 2024-cü ilin Abraziv Materialların Sürətli Baxışına görə. Bu möhkəmlik yüksək sürətli zərrəcik təsirlərində material itkisini minimuma endirməsi ilə bağlıdır (30–35 GPa Vikers). Əsas sahə müşahidələri aşağıdakılardır:
Mikro çatlamalara qarşı müqavimət göstərərək aşınmanı sürətləndirən amilləri azaldır, boron karbid texniki xidmət intervallarını uzadır və optimal kumla üfürmə təzyiqini saxlayır.
Sərtlik reytinqləri baxımından bor karbid təxminən 2,400 ilə 3,100 HV1 səviyyəsində fərqlənir. Bu onu 2,300 ilə 2,600 HV1 aralığında olan volfram karbiddən və 1,400 ilə 1,600 HV1 həddində olan silisium karbiddən irəli aparır. Bor karbidin başqa böyük üstünlüyü isə onun daha yüngül olmasıdır, çünki sıxlığı yalnız 2,5 q/sm³ təşkil edir ki, bu da silisium karbidin daha ağır olan 3,16 q/sm³-ə nisbətən daha azdır. Bu o deməkdir ki, istehsalçılar həm möhkəm, həm də işlədilməsi zamanı çətinlik yaratmayacaq qədər ağırlıqda olmayan nozullar hazırlaya bilərlər. Bu materialların çatlamaya davamlılıq göstəriciləri ümumiyyətlə 2 ilə 4 MPa·m¹/² aralığında olduqları üçün bir-birinə olduqca yaxındır. Lakin bor karbidin həqiqətən parlaq tərəfi onun istisnalı sərtliyinin avadanlıqların sənaye şəraitində tez-tez qarşılaşdığı yüksək təzyiqlər altında çatların yayılmasını necə dayandırdığıdır.
Bor karbid nozullar mütləq ki, daha yüksək qiymətə malikdir, təxminən çelin qiymətindən on üç dəfə bahadır, lakin uzun müddətdə pul qazandırır. Neft və qaz şirkətləri bu bahalı nozulların yalnız beş il sonra ümumi xərcləri təxminən altmış iki faiz azaldığını müşahidə etmişlər, çünki daimi əvəzetməyə ehtiyac yoxdur. İldə 500 saata qədər işləyən kiçik operasiyalar üçün volfram karbid əvvəlcə büdcəyə daha uyğun ola bilər. Lakin böyük oyunçular? Onlar adətən bu bor karbid sistemlərinin xeyli daha uzun ömürlü olması səbəbindən səkkiz ilə on iki ay ərzində investisiyalarını geri alırlar. Biz burada 18 min saatdan çox davam edən xidmət müddətindən danışırıq, volfram karbidinkindən demək olar ki, iki dəfə uzundur. Bu cür möhkəmlik, zamanla əməliyyat xərclərinə baxarkən böyük fərq yaradır.
Şist quyusu qazma əməliyyatlarında bor karbid nozulların istifadəsi bəzi təsirli nəticələr göstərir. Bu nozullar sement qılıflarına qarşı ardıcıl olaraq 2000 saat ərzində udmağa məruz qaldıqdan sonra belə orijinal ölçülərinin təxminən 90%-ni saxlayır. Bu, yüksək silikatlı aşındırıcılarla işlədikdə 40% daha sürətli aşınan silisium karbid analoqlarına nisbətən çox yaxşıdır. Sahə komandaları başqa bir fərqi də qeyd ediblər. İndi köhnə volfram karbid modelləri ilə müqayisədə təmir üçün dayanma tezliyi təxminən 35% azalıb. Bu fərq xüsusilə duzlu suyun çox olduğu sahələrdə daha aydın görünür. Səbəbi nədir? Çünki bor xloridlərlə digər materiallar kimi reaksiyaya girilmir, ona görə də bir çox qazma sistemini narahat edən buğulama (pitting) problemi burada əhəmiyyətli dərəcədə az olur.
Müasir istehsal, idarə olunan atmosfer şəraitində 2200°C-dən yuxarı temperaturlarda təzyiqə köməkli sinterləşdirmə yolu ilə bor karbiddə nəzəri sıxlığın 98%-dən çoxunu əldə edir. Bu proses tarixən çatların başladığı mikroskopik boşluqları aradan qaldırır. Nəticədə alınan bircins mikrostruktura çatlamaya davamlılığı 15% artırır və yüksək təsirli tətbiqetmələrdə xidmət müddətini birbaşa uzadır.
Bu günlərdə hesablama hidrodinamikası və ya CFD, aşındırıcı materiallarla işlənərkən türbulentliyi azaldan bu kimi eninə boru profillərinin mühəndislər tərəfindən dizayn olunmasında böyük rol oynayır. Həqiqi dünya testləri də olduqca təsirli nəticələr göstərir — bu əyri formalar çıxış sürəti itkisini təxminən 22 faiz azaldarkən divar eroziyasını təxminən 31 faiz qədər aşağı salır. Praktik olaraq bu o deməkdir ki, əsas boğaz diametri eyni iş şəraitində çalışan köhnə düz borulu konstruksiyalara nisbətən təxminən üç dəfə daha uzun müddət sabit qalır. Təmir komandaları üçün isə bu, zamanla dayanma hallarının və tez-tez əvəzetmələrin azalması deməkdir.
Bu günlərdə mühəndislər karbon fiber ilə gücləndirilmiş polimer (CFRP) qabın daxilinə bor karbid nüvələri yerləşdirirlər. Nəticədə, keramikanın aşınmaya qarşı müqavimət göstərməsi və kompozit materialın təsirləri udma qabiliyyəti birləşir. Bu yeni hibrid dizayn köhnə modellərdə tez-tez rast gəlinən mexaniki zərbələrin yaratdığı təxminən 58 faiz erkən nasazlığı aradan qaldırır. Və başqa bir üstünlük: bu yeni cihazlar əvvəlkindən təxminən 14% yüngül olmasına baxmayaraq, hələ də 150 PSI-ə qədər təzyiqə dözür. Daşınan qumla təmizləmə avadanlıqları ilə işləyən şəxslər üçün bu çəki azalması real işləmə zamanı idarəetmə və hərəkətlilik baxımından böyük fərq yaradır.
EN
