A boronkarbid a Mohs-skálán 9,3–9,5-ös keménységet ér el, ami meghaladja a wolframkarbid (8,5–9,0) és az acél (4–4,5) keménységét, így csak gyémánt és kockás bórnitrid után áll a kopásállóság tekintetében. Vickers-keménysége kb. 30 GPa, amely ellenáll a deformálódásnak nagy terhelésű fúvás közben, ahol lágyabb anyagok órákon belül mikrotöréseket alakítanak ki.
650 km/h feletti sebességeknél a bórkarbid keménysége közvetlenül arányos az erózióállósággal. Laboratóriumi szimulációk szerint kopási sebessége 12-szer alacsonyabb, mint a edzett acélé szilícium-abrazív környezetben. Atomrácsa ellenáll a plasztikus alakváltozásnak, megakadályozva a „peremképződést”, amely gyakran előfordul a volfrámkarbid fúvókákon hosszabb használat után.
| Anyag | Eroziónorma (g/kg abrazív) | Üzemi élettartam (óra) |
|---|---|---|
| Boronkarbid | 0.08 | 750–1,200 |
| Volfrámkarbid | 0.23 | 300–500 |
| Magas króm tartalmú acél | 0.97 | 50–80 |
Ezek az eredmények irányított homokfúvási próbákból (P50 gránát, 80 psi) származnak, és kiemelik a bórkarbid elsőbbségét a fúvókák idő előtti meghibásodásának megelőzésében.
A borkarbid szinterezett mikroszerkezete egymásba kapcsolódó határfelületi hálózatot alkot, amely egyenletesen osztja el az ütőerőket, csökkentve a helyi feszültségkoncentrációt akár 37%-kal a hagyományos anyagokhoz képest. A teszt utáni mikroszkópos vizsgálat bebizonyította a felületi rétegek épségét még 1000 óra után is, míg azonos körülmények között acél fúvókák 200–300 µm mélységű anyagleválást mutatnak.
A borkarbid megőrzi szerkezeti integritását a durva anyagokkal történő felszíntisztítás során gyakori hirtelen hőmérsékletváltozások alatt. Alacsony hőtágulási együtthatója minimálisra csökkenti a repedések kialakulását, még akkor is, ha a felületi hőmérséklet meghaladja a 600 °C-ot. Ez a tartósság megakadályozza a mikrorepedések kialakulását ismételt hevítés-hűtési ciklusok során, így ideálissá teszi magas intenzitású alkalmazásokhoz, például fémszerkezetek előkészítéséhez.
A bórkarbid kémiai inertharmatú, ellenáll az élesztők savas vagy lúgos anyagoktól és a nedvességtől származó oxidációjától. Független tanulmányok szerint mérhető romlás nincs 500 órás expozíció után is pH-szélsőségek (2–12) hatására. Ez a stabilitás kiküszöböli a szegecsekben és acélcsavarokban gyakori bemaródásokat és korróziós problémákat, így hosszú távon is állandó marad az élesztőanyag-áramlás sebessége.
400 °C-on a bórkarbid megtartja szobahőmérsékleten mért keménységének 92%-át – jelentősen felülmúlva a wolframkarbidét (78%) és az acélért (54%). Ez a hőállóság megakadályozza a deformálódást hosszan tartó működés során, csökkentve az állásidőt. Gyakorlati adatok kemencék bélelése során végzett homokfújásból azt mutatják, hogy 550 °C-os folyamatos üzem mellett 40%-kal nagyobb termelékenység érhető el a karbid alternatívákkal szemben.
A bórkarbid fúvókák ipari körülmények között 5-ször hosszabb ideig tartanak, mint az acél, és 1,8-szor hosszabb ideig, mint a wolframkarbid, a 2024-es Abrasive Materials Performance Review eredményei szerint. Ezt a tartósságot extrém keménységük (30–35 GPa Vickers) okozza, amely minimalizálja az anyagveszteséget nagy sebességű részecskék becsapódása során. Főbb terepi megfigyelések:
A mikrotörések ellenállásával, amelyek felgyorsítják az elhasználódást, a bor karbid meghosszabbítja a karbantartási időközöket, miközben fenntartja az optimális fúrási nyomást.
A keménységi értékeket tekintve a bórkarbid körülbelül 2400 és 3100 HV1 között áll. Ez magasabb, mint a wolframkarbidé, amely 2300 és 2600 HV1 között mozog, és jóval felülmúlja a szilikárkarbid 1400–1600 HV1-es értékét. A bórkarbid egy további nagy előnye a könnyebb súlya, hiszen sűrűsége mindössze 2,5 gramm köbcentiméterenként, szemben a szilikárkarbid 3,16 g/cm³-os, nagyobb sűrűségével. Ez azt jelenti, hogy a gyártók olyan fúvókákat készíthetnek, amelyek ugyanakkor erősek, de nem annyira nehézek, hogy használat közben kényelmetlenek legyenek. Az anyagok repedésállósága (töretési szívósság) általában egymáshoz közeli értékek között mozog, tipikusan 2 és 4 MPa·m¹/² között. Ám ami igazán kiemeli a bórkarbidot, az az, hogy kiváló keménysége segít megakadályozni a repedések terjedését az ipari körülmények között gyakran előforduló intenzív nyomás alatt.
A borkarbid fúvókák határozottan magasabb árkategóriába tartoznak, körülbelül tizenháromszor annyiba kerülnek, mint az acél, de hosszú távon pénzt takarítanak meg. A bányászati vállalatok tapasztalták, hogy ezek a drága fúvókák öt év alatt körülbelül hatvankét százalékkal csökkentik az összes költséget, mivel nincs szükség folyamatos cserére. A kisebb üzemek, amelyek évente kevesebb mint 500 órát üzemelnek, eleinte talán a keményfémet tartják költségvetésüknek jobban megfelelőnek. A nagy játékosok viszont általában nyolc-tizenkét hónapon belül megtéríthetik ráfordításaikat, mivel ezek a borkarbid rendszerek sokkal hosszabb ideig használhatók. Szolgáltatási élettartamról beszélünk, ami meghaladja a 18 ezer órát, majdnem kétszer annyi, mint amit a keményfém képes elviselni. Ilyen tartósság döntő különbséget jelent, ha az üzemeltetési költségeket hosszú távon vizsgáljuk.
A palackfúrási műveletek lenyűgöző eredményeket mutatnak, amikor bórkarbid fúvókákat használnak. Ezek a fúvókák körülbelül 90%-át megőrzik eredeti méretüknek, még akkor is, ha 2000 órán keresztül folyamatosan cement burkolatok ellen dolgoznak. Ez lényegesen jobb, mint a szilíciumkarbid alternatívák teljesítménye, amelyek általában 40%-kal gyorsabban kopnak el a kemény, magas szilíciumtartalmú anyagokkal szemben. A terepi csapatok egyéb előnyöket is észrevettek: kb. 35%-kal kevesebbszer kell leállítani a berendezést karbantartásra a régebbi wolframkarbid modellekhez képest. Ez a különbség különösen jól látható olyan területeken, ahol nagy a tengervíz-tartalom. Miért? Mert a bór nem reagál klóridokkal, mint más anyagok, így sokkal kevésbé jellemző rájuk az a bosszantó bemaródásos probléma, amely sok fúróberendezést sújt.
A modern gyártás nyomássegítéses sintereléssel éri el a borkarbid elméleti sűrűségének több mint 98%-át, 2200 °C feletti hőmérsékleten, szabályozott atmoszférában. Ez az eljárás megszünteti a mikroszkopikus üregeket, amelyek korábban repedések kiindulópontjaként szolgáltak. Az így kialakuló homogén mikroszerkezet 15%-kal javítja a törésállóságot, közvetlenül növelve az élettartamot nagy energiájú igénybevétel esetén.
Manapság a számítógépes áramlástan, vagyis a CFD alakítja azt, ahogyan a mérnökök tervezik azokat a csonkakúp alakú furatprofilokat, amelyek csökkentik a turbulenciát abrazív anyagok kezelésekor. A gyakorlati tesztek is lenyűgöző eredményeket mutatnak: ezek a görbült formák körülbelül 22 százalékkal csökkentik a kilépési sebesség veszteségeit, miközben a faleroziót kb. 31 százalékkal mérséklik. Ennek gyakorlati jelentősége, hogy a lényeges torkolati átmérő körülbelül háromszor hosszabb ideig marad stabil az elődökéhez képest, azonos üzemeltetési körülmények mellett. A karbantartó csapatok számára ez kevesebb leállást és ritkább alkatrészcsereket jelent hosszú távon.
Manapság a mérnökök bórkarbid magot helyeznek el szénszálas erősítésű polimer (CFRP) házakban. Az eredmény egy olyan kombináció, amely ötvözi a kerámia kopásállóságát és a kompozit anyag ütésállóságát. Ez az új hibrid tervezés valójában kezeli azokat a mechanikai sokkokat, amelyek az előző verziók korai meghibásodásainak körülbelül 58 százalékáért felelősek. És itt jön egy további előny: ezek az újabb egységek körülbelül 14 százalékkal könnyebbek, mint korábban, mégis ellenállnak 150 PSI-ig terjedő nyomásnak. A hordozható fúrási felszereléssel dolgozóknak ez a súlycsökkentés döntő jelentőségű a kezelhetőségben és a mozgathatóságban a tényleges műveletek során.
EN
