Borikarbiidi on Mohsin asteikolla 9,39,5 ja ylittää volframikarbiidin (8,59,0) ja teräksen (4,5) kovuuden. Sen Vickers-kärkyys on ~ 30 GPa, ja se vastustaa muodonmuutosta korkean stressin räjäytysolosuhteissa, joissa pehmeämmät materiaalit kehittävät mikrohaaroja tuntien kuluessa.
Nopeuksilla, jotka ylittävät 650 km/h, boronkarbidin kovuus korreloi suoraan eroosion kestävyyden kanssa. Laboratoriosimulaatiot osoittavat, että sen kulutusnopeus on 12-kertainen verrattuna kovettuun teräkseen silika-abrasiiivisissa ympäristöissä. Sen atomirakenne kestää plastista muodonmuutosta, estäen tungstenkarbidisuuttimissa yleisesti nähtävän "reunan muodostumisen" pitkän käytön jälkeen.
| Materiaali | Eroosion nopeus (g/kg abrasiiivia) | Käyttöikä (h) |
|---|---|---|
| Boronikaridi | 0.08 | 750–1,200 |
| Volframikarbidi | 0.23 | 300–500 |
| Kromipitoisella teräksellä | 0.97 | 50–80 |
Nämä kontrolloiduista hiekkahalkaisukokeista saadut tulokset (P50 granaatti, 80 psi) korostavat boronkarbidin hallitsevaa asemaa suuttimien ennenaikaisen vaurioitumisen estämisessä.
Borikarbidin sintrattu mikrorakenne sisältää lukkiutuvan rakeiden rajapinnan verkon, joka jakaa iskukuormat tasaisesti ja vähentää paikallisia jännityskesittymiä jopa 37 % verran verrattuna perinteisiin materiaaleihin. Testien jälkeinen mikroskopia paljastaa ehjät pintakerrokset edelleen yli 1 000 tunnin käytön jälkeen, kun taas terässuihkutukset näyttävät 200–300 µm syvyyttä eroosiota samoissa olosuhteissa.
Borikarbidin säilyttää rakenteellisen eheytensä nopeissa lämpötilan vaihteluissa, jotka ovat yleisiä karheassa suihkutuksessa. Sen alhainen lämpölaajenemiskerroin minimoi jännitysrikkoja, jopa silloin, kun pintalämpötilat ylittävät 600 °C. Tämä kestävyys estää mikrohalkeamia toistuvissa lämpötilan nousu-lasku-sykleissä, mikä tekee siitä ideaalin sovelluksiin, kuten metallipintojen esikäsittelyyn korkeassa intensiteetissä.
Boronia karbidi on kemiallisesti inertti ja kestää hapon tai emäksen aiheuttamaa kulumista sekä kosteuden aiheuttamaa hapettumista. Riippumattomat tutkimukset osoittavat, ettei ole mitattavaa heikkenemistä yli 500 tunnin altistuksen jälkeen ääriarvoissa pH-tasolla (2–12). Tämä stabiilius eliminoi terässuihkuttimiin liittyvät kuoppiutumis- ja korroosiongelmien, varmistaen tasaisen abrasiovirran pitkän aikavälin käytössä.
400 °C:ssa boronia karbidi säilyttää 92 % huoneenlämpöisen kovuudestaan – merkittävästi paremmin kuin volframikarbidi (78 %) ja teräs (54 %). Tämä lämpönsieto estää muodonmuutoksia jatkuvassa käytössä, vähentäen katkoajaa. Kenttätiedot uunin sisustuspintojen puhalluksista osoittavat 40 %:n tuottavuusedun karbidivaihtoehtoihin verrattuna jatkuvissa 550 °C:n olosuhteissa.
Boronia karbidisuuttimet kestävät teollisissa olosuhteissa 5-kertaisesti kauemmin kuin teräkset ja 1,8-kertaisesti kauemmin kuin volframikarbidit vuoden 2024 Abrasive Materials Performance Review -tutkimuksen mukaan. Tämä kestävyys johtuu sen erittäin suuresta kovuudesta (30–35 GPa Vickers), joka minimoitaa materiaalin häviämisen korkean nopeuden hiukkassuuntarengöissä. Keskeisiä kenttähavaintoja ovat:
Vastustamalla mikromurtumia, jotka kiihdyttävät kulumista, boronia karbidi pidentää huoltovälejä samalla kun se ylläpitää optimaalista suihkutuspainetta.
Kovuusarvioinneissa borieskidi erottuu noin 2 400–3 100 HV1:n kovuudella. Tämä tekee siitä kovemman kuin volframikarbidi, jonka kovuus vaihtelee 2 300–2 600 HV1:n välillä, ja huomattavasti kovemman kuin piikarbidi, jonka kovuus on 1 400–1 600 HV1. Borieskidin toinen suuri etu on sen kevyempi paino, sillä sen tiheys on vain 2,5 grammaa kuutiosenttimetriä kohti verrattuna piikarbidin raskaampaan 3,16 g/cm³:n tiheyteen. Tämä tarkoittaa, että valmistajat voivat valmistaa suuttimia, jotka ovat sekä vahvoja että niin kevyitä, etteivät ne ole hankalia käsitellä käytön aikana. Murtumisvastustuskyvyn arvot ovat näillä materiaaleilla itse asiassa melko lähellä toisiaan, tyypillisesti 2–4 MPa·m¹/². Mutta se, mikä todella tekee borieskidistä erinomaisen, on sen poikkeuksellisen korkea kovuus, joka estää halkeamien leviämisen silloin, kun materiaaliin kohdistuvat voimakkaat painepurkaukset, joita laitteet usein kohtaavat teollisissa olosuhteissa.
Boronia karbidisuuttimet maksavat selvästi enemmän, noin kolmetoista kertaa teräksen hintaa, mutta ne säästävät rahaa pitkällä aikavälillä. Kaivostalous on havainnut, että nämä kalliit suuttimet vähentävät kokonaiskustannuksia noin kuusikymmentäkaksi prosenttia jo viiden vuoden jälkeen, koska niitä ei tarvitse vaihtaa jatkuvasti. Pienet toimijat, jotka käyttävät alle 500 tuntia vuodessa, saattavat aluksi pitää volframikarbidia parempana budjettivalintana. Suuret pelaajat sen sijaan? He saavat tyypillisesti sijoituksensa takaisin kahdeksassa–kaksitoistassa kuukaudessa, koska nämä boronia karbidijärjestelmät kestävät paljon pidempään. Puhutaan käyttöiästä, joka ylittää 18 tuhatta tuntia, lähes kaksinkertainen verrattuna volframikarbidin kestoon. Tämänlainen kestävyys tekee kaiken erotuksen, kun tarkastellaan käyttökustannuksia ajallisesti.
Öljysäiliöporauksessa saavutetaan erittäin hyviä tuloksia, kun käytetään boronikarbidisuuttimia. Nämä suuttimet säilyttävät noin 90 % alkuperäisestä koostaan, vaikka niitä käytettäisiin jatkuvasti 2 000 tuntia vasten sementtikuoria. Tämä on huomattavasti parempi kuin piikarbidivaihtoehdoilla, jotka kulumista noin 40 % nopeammin kovien korkeapitoisten hienahioma-aineiden kanssa työskennellessä. Kenttähenkilökunta on huomannut myös toisen asian: huoltokatkoja tarvitaan noin 35 % vähemmän verrattuna vanhempiin volframikarbidimalleihin. Tämä ero tulee erityisen näkyväksi alueilla, joissa on runsaasti suolavettä. Miksi? Koska boori ei reagoi kloridien kanssa kuten monet muut materiaalit, joten ikävä kuoppautumisongelma, joka vaivaa monia porausjärjestelmiä, esiintyy paljon vähemmän.
Moderni valmistus saavuttaa yli 98 %:n teoreettisen tiheyden boorikarbidissa paineella avustetussa sintrauksessa yli 2 200 °C:ssa ohjatuissa ilmakehissä. Tämä prosessi poistaa mikroskooppiset tyhjät kohdat, jotka toimivat historiallisesti murtumien aloituskohtina. Tuloksena oleva homogeeninen mikrorakenne parantaa murtumislujuutta 15 %, mikä suoraan pidentää käyttöikää korkean iskunkestävyyden sovelluksissa.
Nykyään laskennallinen virtausdynamiikka eli CFD muokkaa sitä tapaa, jolla insinöörit suunnittelevat näitä kapeavia sisäprofiileja, jotka vähentävät turbulenssia käsittelyn aikana karkeita materiaaleja. Käytännön testit ovat osoittaneet melko vaikuttavia tuloksia – nämä kaarevat muodot vähentävät ulostulonopeuden häviötä noin 22 prosentilla ja seinämien kulumaista noin 31 prosentilla. Käytännössä tämä tarkoittaa, että tärkeä kuristusaukon halkaisija säilyy vakiona noin kolme kertaa pidempään verrattuna vanhempiin suoriin sisäosasuunnitelmiin samanlaisissa käyttöolosuhteissa. Huoltotiimeille tämä tarkoittaa vähemmän seisokeja ja harvemmin tarvittavia vaihtotoimenpiteitä ajan myötä.
Nykyään insinöörit asentavat boorikarbidisydämiä hiilikuituvahvisteisiin polymeerikuoriin (CFRP). Tuloksena on yhdistelmä, jossa keramiikan kulumisvastus yhdistyy komposiittimateriaalin iskunkestävyyteen. Tämä uusi hybridirakenne torjuu tehokkaasti ne mekaaniset iskut, jotka aiheuttavat noin 58 prosenttia vanhempien versioiden varhaisista vioista. Tässä vielä yksi etu: nämä uudet kokoonpanot painavat noin 14 % vähemmän kuin aiemmin, mutta kestävät silti paineita jopa 150 PSI asti. Käyttäjille, jotka työskentelevät kannettavan puhallusvarusteiden parissa, tämä painon vähentyminen tekee suuren eron käsiteltävyydessä ja liikkuvuudessa varsinaisten toimintojen aikana.
EN
