Borono karbidas Mohso skalėje turi 9,3–9,5 kietumą, kuris viršija volframo karbido (8,5–9,0) ir plieno (4–4,5) kietumą, dėl to jis antras pagal eilę tik po deimanto ir kubinio borono nitrido pagal abrazyvinį atsparumą. Jo Vikerso kietumas siekia ~30 GPa, todėl jis atsparus deformacijai aukšto slėgio šlifavimo sąlygomis, kai minkštesnės medžiagos per kelias valandas susidaro mikroįtrūkimus.
Esant greičiams, viršijantiems 650 km/h, bor karbido kietumas tiesiogiai koreliuoja su erozijos atsparumu. Laboratoriniai modeliavimai rodo, kad jo dėvėjimosi greitis yra 12 kartų žemesnis nei kietinto plieno silicio-abrazyvine aplinkoje. Jo atominė struktūra atspari plastinei deformacijai, todėl išvengiama „liežuvio formavimosi“, kuris dažnai pastebimas volframo karbido antgaliniuose vožtuvuose po ilgo naudojimo.
| Medžiaga | Erozijos greitis (g/kg abrazyvo) | Eksploatacinis tarnavimo laikas (val.) |
|---|---|---|
| Boro karbidas | 0.08 | 750–1,200 |
| Volframo karbidas | 0.23 | 300–500 |
| Aukšto chromo turinčios plienas | 0.97 | 50–80 |
Šie kontroliuojamų smėlio šlifavimo bandymų (P50 granatas, 80 psi) rezultatai parodo bor karbido pranašumą užtikrinant antgalinių vožtuvų ankstyvojo gedimo prevenciją.
Boro karbido sinteruota mikrostruktūra pasižymi tarpusavyje susijusia grūdelių ribos tinklu, kuri vienodai paskirsto smūgio jėgas, sumažindama vietinius įtempimo koncentracijos taškus iki 37 % lyginant su tradicinėmis medžiagomis. Po testų atlikta mikroskopija parodo nepažeistas paviršiaus sluoksnius net po 1000+ valandų, tuo tarpu plieniniai sraigštai identiškomis sąlygomis patiria 200–300 µm gylio eroziją.
Boro karbidas išlaiko struktūrinį vientisumą staigiai kintant temperatūrai, kas būdinga abrazyviniam šlifavimui. Dėl mažo šiluminio plėtimosi koeficiento mažėja įtempių sukeltų įtrūkimų rizika, net kai paviršiaus temperatūra viršija 600 °C. Ši atsparumas neleidžia atsirasti mikroįtrūkimams kartojantis šildymo-aušinimo ciklams, todėl jis yra idealus aukštos intensyvumo taikymui, pvz., metalo paviršiaus paruošimui.
Boro karbidas yra chemiškai inertinis, atsparus degradacijai dėl rūgščių ar šarmais sukeltų abrazyvinių medžiagų bei drėgmės sukeltos oksidacijos. Nepriklausomi tyrimai parodė, kad po daugiau nei 500 valandų ekspozicijos ekstremalioms pH reikšmėms (2–12) nebuvo pastebėta jokio matomo pablogėjimo. Ši stabilumas pašalina įdubimus ir koroziją, būdingus plieniniams purkštuvams, užtikrindamas nuoseklų abrazyvinių medžiagų srautą laikui bėgant.
Prie 400°C boro karbidas išlaiko 92 % savo kietumo kambario temperatūroje – žymiai pranašesnis už volframo karbidą (78 %) ir plieną (54 %). Ši terminė atsparumas prevencijuoja deformaciją ilgalaikės veikos metu, sumažindama prastovų trukmę. Duomenys iš krosnies apdailos darbų rodo 40 % didesnį našumą lyginant su karbido alternatyvomis esant nuolatinėms 550°C sąlygoms.
Boro karbido antgaliai praeina 5 kartus ilgiau nei plieniniai ir 1,8 karto ilgiau nei volframo karbido pramonės aplinkose, pagal 2024 metų Šlifuojamųjų medžiagų našumo apžvalgos tyrimų rezultatus. Šią ilgaamžiškumą lemia itin didelis kietumas (30–35 GPa Vikerso), kuris mažina medžiagos netekimą dėl aukšto greičio dalelių smūgių. Pagrindiniai stebėjimai iš lauko:
Pasipriešindamas mikroįtrūkimams, kurie pagreitina dėvėjimąsi, boros karbidas pailgina techninės priežiūros intervalus, išlaikydamas optimalų purškimo slėgį.
Kalbant apie kietumo rodiklius, boros karbidas išsiskiria savo 2 400–3 100 HV1 kietumu. Tai padeda jam aplenkti volframo karbidą, kurio kietumas svyruoja nuo 2 300 iki 2 600 HV1, ir gerokai pranoksta silicio karbido 1 400–1 600 HV1 ribas. Kitas didelis boros karbido privalumas – mažesnis svoris, nes jo tankis siekia tik 2,5 g/cm³, palyginti su sunkesniu silicio karbido 3,16 g/cm³. Tai reiškia, kad gamintojai gali kurti purkštuvus, kurie būtų tiek stiprūs, tiek ne per sunkūs, kad taptų nepatogūs naudoti. Šių medžiagų trapumo atsparumo skaičiai iš tiesų yra gan artimi – paprastai svyruoja tarp 2 ir 4 MPa·m¹/². Tačiau tai, kas tikrai išskiria boros karbidą, yra jo išskirtinis kietumas, kuris padeda sustabdyti įtrūkimų plitimą, kai medžiaga patiriama itin aukšto slėgio smūgius, su kuriais dažnai susiduria įranga pramonės aplinkose.
Boro karbido antgaliai tikrai kainuoja daugiau, apie trylika kartų brangesni už plieno, tačiau ilgainiui sutaupo lėšų. Naftos ir dujų kompanijos nustatė, kad šie brangūs antgaliai per penkerius metus sumažina bendras išlaidas maždaug 62 procentais, nes nereikia nuolat jų keisti. Mažoms įmonėms, veikiančioms mažiau nei 500 valandų per metus, pradžioje gali tiktis volframo karbidas, atsižvelgiant į biudžetą. O dideli žaidėjai? Jie paprastai atsipirko per aštuonis iki dvylikos mėnesių, kadangi boro karbido sistemos tarnauja kur kas ilgiau. Kalbame apie eksploatacijos trukmę, viršijančią 18 tūkstančių valandų, beveik dvigubai ilgesnę nei volframo karbido. Toks ilgaamžiškumas lemia esminį skirtumą vertinant eksplotacijos išlaidas ilguoju laikotarpiu.
Šlamo gręžimo operacijos demonstruoja įspūdingus rezultatus naudojant bor karbido antgalinius sriegius. Šie antgaliniai sriegiai išlaiko apie 90 % jų pradinio dydžio net po 2 000 valandų tiesioginio poveikio cementiniams korpusams. Tai žymiai geriau nei silicio karbido alternatyvos, kurios dėl didelio silicio turinčių abrazyvinių medžiagų nusidėvi apie 40 % greičiau. Taip pat daržininkai pastebėjo ir kitą dalyką: jie turi sustoti techniniam aptarnavimui apie 35 % rečiau lyginant su senesniais volframo karbido modeliais. Šis skirtumas ypač akivaizdus srityse su dideliu druskintos vandenyno vandens kiekiu. Kodėl? Boras tiesiog nereaguoja su chloridais taip, kaip kitos medžiagos, todėl daug mažiau pasireiškia erzinantis duobelių susidarymas, kuris kelia problemas daugelyje gręžimo sistemų.
Šiuolaikinė gamyba pasiekia daugiau nei 98 % teorinio tankio boro karbide, naudodama slėgiu skatinamą sinteriavimą temperatūroje aukštesnėje nei 2 200 °C kontroliuojamoje atmosferoje. Šis procesas pašalina mikroskopinius tuštumus, kurie istoriškai veikė kaip lūžių inicijavimo vietos. Gauta vienalytė mikrostruktūra pagerina lūžio atsparumą 15 %, tiesiogiai pailginant tarnavimo laiką aukšto smūgio apkrovų aplikacijose.
Šiuolaikinėje praktykoje skaitmeninė skysčių dinamika (CFD) lemia inžinierių projektuojamus siaurėjančius angos profilius, kurie sumažina turbulenciją dirbant su abrazyviais medžiagomis. Realios sąlygos bandymai taip pat parodo įspūdingus rezultatus – tokie išlenkti formos elementai leidžia sumažinti išleidimo greičio nuostolius apie 22 procentais, o sienelių eroziją – maždaug 31 procentais. Praktiškai tai reiškia, kad svarbus gerklės skersmuo išlaiko pastovumą maždaug tris kartus ilgiau, lyginant su senesniais tiesiais angos dizainais, veikiamais panašiomis eksploatacinėmis sąlygomis. Techninės priežiūros komandoms tai reiškia mažiau sustabdymų ir rečiau reikalingas keitimo operacijas laikui bėgant.
Šiuolaikiniai inžinieriai į anglies pluoštu armuotą polimerinę (CFRP) korpusą įterpia boros karbido branduolius. Gautas derinys sujungia keramikos atsparumą dilimui ir kompozitinės medžiagos gebėjimą išlaikyti smūgius. Šis naujas hibridinis dizainas efektyviai susitvarko su mechaniniais smūgiais, dėl kurių senesnėse versijose ankstyvai sugenda apie 58 procentus įrenginių. Kitas privalumas: šios naujosios konstrukcijos sveria apie 14 % mažiau nei anksčiau, tačiau vis dar išlaiko slėgį iki 150 PSI. Dirbant su nešiojamaisiais pūtimo įrenginiais, šis svorio sumažėjimas operacijų metu labai palengvina tvarkymąsi ir judumą.
EN
