મોહસ સ્કેલ પર બોરોન કાર્બાઇડ 9.3–9.5 પર રેન્ક ધરાવે છે, જે ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ (8.5–9.0) અને સ્ટીલ (4–4.5) ની કઠિનતાને આધિક્ય ધરાવે છે, જે તેને ડાયમંડ અને ક્યુબિક બોરોન નાઇટ્રાઇડ પછી બીજા નંબરે રાખે છે ઘસારો પ્રતિકારમાં. ~30 GPa ની વિકર્સ કઠિનતા સાથે, તે ઊંચા દબાણવાળી બ્લાસ્ટિંગ પરિસ્થિતિઓમાં વિકૃતિનો પ્રતિકાર કરે છે જ્યાં નરમ સામગ્રીઓ કલાકોમાં સૂક્ષ્મ ફ્રેક્ચર વિકસાવે છે.
650 km/h કરતાં વધુની ઝડપે, બોરોન કાર્બાઇડની કઠિનતા સીધી રીતે ક્ષોભણ પ્રતિકાર સાથે સંબંધિત છે. પ્રયોગશાળાની સિમ્યુલેશન બતાવે છે કે સિલિકા-ઘસારાના માહોલમાં તેનો ઘસારાનો દર હાર્ડન્ડ સ્ટીલ કરતાં 12x ઓછો છે. તેની પરમાણુ રચના પ્લાસ્ટિક વિકૃતિનો પ્રતિકાર કરે છે, જે લાંબા સમય સુધી ઉપયોગ પછી ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ નોઝલમાં સામાન્ય રીતે જોવા મળતી “લિપ ફોર્મેશન” ને અટકાવે છે.
| સામગ્રી | ક્ષોભણ દર (g/kg ઘસારો) | ઑપરેશનલ આયુષ્ય (કલાક) |
|---|---|---|
| બોરોન કાર્બાઇડ | 0.08 | 750–1,200 |
| ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ | 0.23 | 300–500 |
| ઉચ્ચ-ક્રોમિયમ સ્ટીલ | 0.97 | 50–80 |
નિયંત્રિત સેન્ડબ્લાસ્ટિંગ પરીક્ષણો (P50 ગાર્નેટ, 80 psi) માંથી મળેલા આ પરિણામો બોરોન કાર્બાઇડની નોઝલની આપત્તિજનક નિષ્ફળતાને રોકવામાં પ્રભુત્વ દર્શાવે છે.
બોરોન કાર્બાઇડની સિન્ટર્ડ સૂક્ષ્મ રચનામાં એકબીજા સાથે જોડાયેલી કણ સીમાઓનું તંત્ર હોય છે જે ધક્કાના બળને સમાન રીતે વિતરિત કરે છે, જે પરંપરાગત સામગ્રીની સરખામણીએ સ્થાનિક તણાવને 37% સુધી ઘટાડે છે. પરીક્ષણ પછીની સૂક્ષ્મદર્શી તપાસમાં 1,000+ કલાક પછી પણ સપાટીની સ્તરો આખી રહેલી જોવા મળે છે, જ્યારે સ્ટીલના નોઝલમાં સમાન પરિસ્થિતિમાં 200–300 µm ઊંડાઈએ ક્ષય જોવા મળે છે.
બોરોન કાર્બાઇડ ઘસવાની ક્રિયામાં સામાન્ય ઝડપી તાપમાન ફેરફારો દરમિયાન માળખાની અખંડતા જાળવે છે. 600°C થી વધુના સપાટીના તાપમાને પણ તેનો ઓછો ઉષ્ણતા પ્રસરણ ગુણાંક તણાવ-આધારિત ફાટોને લઘુતમ કરે છે. આ ટકાઉપણું વારંવારના ગરમ-ઠંડા ચક્રો દરમિયાન સૂક્ષ્મ ફાટોને ਅટકાવે છે, જે ધાતુની સપાટીની તૈયારી જેવી ઊંચી તીવ્રતાવાળી એપ્લિકેશન્સ માટે તેને આદર્શ બનાવે છે.
બોરોન કાર્બાઇડ રાસાયણિક રીતે નિષ્ક્રિય છે, જે ઍસિડિક અથવા ઍલ્કલાઇન ઘસડતા પદાર્થો અને ભેજથી થતા ઑક્સિડેશનથી થતા વિઘટનનો પ્રતિકાર કરે છે. સ્વતંત્ર અભ્યાસોમાં pHની ચરમ મર્યાદાઓ (2–12) માં 500+ કલાક સુધીના અનુભવ પછી પણ માપી શકાય તેવું કોઈ ઘટાડો નોંધાયો નથી. આ સ્થિરતા સ્ટીલના નોઝલમાં સામાન્ય રીતે જોવા મળતી ખાડા અને કાટ સમસ્યાઓને દૂર કરે છે, જેથી સમયાંતરે સુસંગત ઘસડતા પદાર્થનો પ્રવાહ દર જાળવાય છે.
400°C તાપમાને, બોરોન કાર્બાઇડ તેની ઓરડાના તાપમાનની કઠિનતાના 92% જાળવી રાખે છે—જે ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ (78%) અને સ્ટીલ (54%) કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધુ છે. આ ઉષ્મા પ્રતિકારકતા લાંબા સમય સુધી ચાલતી ક્રિયા દરમિયાન વિકૃતિને અટકાવે છે અને ડાઉનટાઇમ ઘટાડે છે. ભઠ્ઠી લાઇનર બ્લાસ્ટિંગના ફીલ્ડ ડેટામાં 550°Cની સતત સ્થિતિમાં કાર્બાઇડ વિકલ્પો કરતાં 40% ઉત્પાદકતા વધારો દર્શાવે છે.
ઉદ્યોગપતિય સેટિંગ્સમાં બોરોન કાર્બાઇડ નોઝલ્સ એ સ્ટીલની સરખામણીએ 5x લાંબા અને ટંગસ્ટન કાર્બાઇડની સરખામણીએ 1.8x લાંબા સમય સુધી ચાલે છે, જે 2024 એબ્રેસિવ મટિરિયલ્સ પરફોર્મન્સ રિવ્યુના શોધ મુજબ છે. આ ટકાઉપણું તેની અત્યંત કઠિનતા (30–35 GPa વિકર્સ) માંથી ઉત્પન્ન થાય છે, જે ઉચ્ચ-વેગ ધરાવતા કણોના સંપર્કમાં આવતા સમયે સામગ્રીનો નુકસાન લઘુતમ કરે છે. મુખ્ય ફિલ્ડ અવલોકનોમાં સમાવેશ થાય છે:
પહેરવાને ઝડપી બનાવતા સૂક્ષ્મ ફ્રેક્ચરને અવરોધવાથી, બોરોન કાર્બાઇડ જાળવણીના અંતરાલને લંબાવે છે જ્યારે ઉત્તમ બ્લાસ્ટિંગ દબાણ જાળવી રાખે છે.
કઠિનતા રેટિંગ્સની વાત આવે ત્યારે, બોરોન કાર્બાઇડ 2,400 થી 3,100 HV1ની આસપાસ ઊભું રહે છે. આમ, તે ટંગ્સ્ટન કાર્બાઇડ કરતાં આગળ છે, જે 2,300 થી 2,600 HV1 ની શ્રેણીમાં હોય છે, અને સિલિકોન કાર્બાઇડના 1,400 થી 1,600 HV1 કરતાં ઘણું ઉપર છે. બોરોન કાર્બાઇડ માટે બીજો મોટો ફાયદો એ છે કે તે હલકું છે, કારણ કે તેની ઘનતા માત્ર 2.5 ગ્રામ પ્રતિ સેમી³ છે, જ્યારે સિલિકોન કાર્બાઇડની 3.16 ગ્રામ/સેમી³ જેટલી વધુ છે. આનો અર્થ એ થાય કે ઉત્પાદકો એવા નોઝલ બનાવી શકે છે કે જે મજબૂત હોય અને ઓપરેશન દરમિયાન ભારે બનીને મુશ્કેલી ભરેલા ન બને. આ સામગ્રીઓ માટે ફ્રેક્ચર ટફનેસના આંકડા ખરેખર ખૂબ નજીક-નજીક હોય છે, જે સામાન્ય રીતે 2 થી 4 MPa·m¹/² વચ્ચે આવે છે. પરંતુ બોરોન કાર્બાઇડને ખરેખર ચમકાવતું તેની અસાધારણ કઠિનતા છે, જે ઔદ્યોગિક સેટિંગ્સમાં સાધનો ઘણી વખત સામનો કરતા તીવ્ર દબાણના પ્રહારોને કારણે તિરાડો ફેલાતી અટકાવે છે.
બોરોન કાર્બાઇડ નોઝલ્સ ખરેખર, ઊંચા ભાવે આવે છે, લગભગ સ્ટીલની કિંમત કરતાં તેગણું, પરંતુ લાંબા ગાળામાં પૈસા બચાવે છે. ખાણ કંપનીઓએ શોધી કાઢ્યું છે કે આ મહેંગા નોઝલ્સ માત્ર પાંચ વર્ષમાં સમગ્ર ખર્ચમાં લગભગ બાસઠ ટકાનો ઘટાડો કરે છે કારણ કે તેમની નિરંતર બદલીની જરૂર નથી પડતી. દર વર્ષે 500 કલાક કરતાં ઓછા સમય માટે ચાલતી નાની ઓપરેશન્સ માટે ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ શરૂઆતમાં બજેટ માટે વધુ સારો વિકલ્પ હોઈ શકે છે. મોટા પ્લેયર્સ માટે? તેઓને આમ છતાં આઠથી બાર મહિનાની અંદર તેમનો પૈસો પાછો મળી જાય છે કારણ કે આ બોરોન કાર્બાઇડ સિસ્ટમ્સ ઘણી લાંબી સેવા આપે છે. આપણે 18 હજાર કલાક કરતાં વધુની સેવા આજીવન વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ, જે ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ કરતાં લગભગ બમણી છે. સમય સાથે ઓપરેશનલ ખર્ચની દૃષ્ટિએ આવી ટકાઉપણું મોટો ફરક લાવે છે.
બોરોન કાર્બાઇડ નોઝલનો ઉપયોગ કરતાં શેલ ડ્રિલિંગ ઓપરેશનમાં કેટલાક અદ્વિતીય પરિણામો જોવા મળે છે. આ નોઝલ 2,000 કલાક સુધી સીમેન્ટ કેસિંગ સામે બ્લાસ્ટ થયા પછી પણ તેમના મૂળ કદના લગભગ 90% જાળવી રાખે છે. આ ઊંચા સિલિકા અસરકારક પદાર્થો સાથે વ્યવહાર કરતી વખતે સિલિકોન કાર્બાઇડના વિકલ્પોની તુલનાએ ઘણું વધુ સારું છે, જે 40% ઝડપથી ઘસાઈ જાય છે. ફીલ્ડ ક્રૂએ બીજું પણ ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું છે. જૂના ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ મોડલની તુલનાએ તેમને જાળવણી માટે લગભગ 35% ઓછી વાર બંધ કરવું પડે છે. આ તફાવત ખાસ કરીને મીઠા પાણીની સામગ્રી ધરાવતા વિસ્તારોમાં ખૂબ જ નોંધપાત્ર બને છે. કારણ? બોરોન અન્ય સામગ્રીની જેમ ક્લોરાઇડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરતું નથી, તેથી ઘણી ડ્રિલિંગ ગોઠવણીઓને પરેશાન કરતી ખૂબ જ નાની ખાડાઓની સમસ્યા ઘણી ઓછી હોય છે.
દબાણ-સહાયિત સિન્ટરિંગ દ્વારા 2,200°C કરતાં વધુ તાપમાને નિયંત્રિત વાતાવરણમાં આધુનિક ઉત્પાદન બોરોન કાર્બાઇડમાં 98% થિયોરેટિકલ ઘનતા પ્રાપ્ત કરે છે. આ પ્રક્રિયા સૂક્ષ્મ ખાલી જગ્યાઓને દૂર કરે છે જે ઐતિહાસિક રીતે ફ્રેક્ચર શરૂઆતના સ્થળો તરીકે કાર્ય કરતી હતી. પરિણામી સજાતીય સૂક્ષ્મ રચના ફ્રેક્ચર મજબૂતાઈમાં 15% સુધારો કરે છે, જે ઊંચા અસરવાળી એપ્લિકેશનમાં સેવા આયુષ્યને સીધી રીતે લંબાવે છે.
આજકાલ, કમ્પ્યુટેશનલ ફ્લૂઇડ ડાયનેમિક્સ અથવા CFD એ એન્જિનિયરોની ડિઝાઇનિંગ પદ્ધતિઓને આકાર આપી રહી છે, જે ઘર્ષણશીલ સામગ્રીઓ સાથે કામ કરતી વખતે ટર્બ્યુલન્સ ઘટાડવા માટે તિરાડવાળી બોર પ્રોફાઇલ્સનો ઉપયોગ કરે છે. વાસ્તવિક પરીક્ષણોમાં પણ પ્રભાવશાળી પરિણામો મળ્યા છે, આ વક્ર આકારોથી નીકાસ વેગ નુકસાનમાં લગભગ 22 ટકાનો ઘટાડો થાય છે અને દીવાલનું ક્ષય 31 ટકાના સુધી ઘટે છે. આનો વ્યવહારિક અર્થ એ છે કે મહત્વપૂર્ણ ગળાનો વ્યાસ સમાન સંચાલન પરિસ્થિતિઓનો સામનો કરતી જૂની સીધી બોર ડિઝાઇનની તુલનામાં લગભગ ત્રણ ગણો લાંબો સમય સુધી સ્થિર રહે છે. જાળવણી ટીમો માટે, આનો અર્થ એ છે કે સમય સાથે ઓછા બંધ કરવાની જરૂર પડે છે અને ઓછી વારંવાર તબદિલીઓ કરવી પડે છે.
આજકાલ, એન્જિનિયરો કાર્બન ફાઇબર રીઇનફોર્સડ પોલિમર (CFRP) હાઉસિંગની અંદર બોરોન કાર્બાઇડ કોર મૂકી રહ્યા છે. તેમને મળતું એ સિરામિકની ઘસારો સામે ટક્કર ઝીલવાની ક્ષમતા અને કોમ્પોઝિટ સામગ્રીની ધક્કા સહન કરવાની ક્ષમતાનું મિશ્રણ છે. આ નવીન હાઇબ્રિડ ડિઝાઇન ખરેખરમાં તે યાંત્રિક આઘાતોને સામનો કરે છે જે જૂના સંસ્કરણોમાં થતી લગભગ 58 ટકા વહેલી નિષ્ફળતાઓ માટે જવાબદાર છે. અને અહીં બીજો ફાયદો છે: આ નવીન એસેમ્બલીઓ અગાઉની સરખામણીએ લગભગ 14% ઓછુ વજન ધરાવે છે, પરંતુ હજુ પણ 150 PSI સુધીના દબાણ સહન કરી શકે છે. પોર્ટેબલ બ્લાસ્ટિંગ સાધનો સાથે કામ કરતા લોકો માટે, આ વજનમાં ઘટાડો વાસ્તવિક કામગીરી દરમિયાન હેન્ડલિંગ અને ગતિશીલતામાં મોટો ફરક લાવે છે.
EN
