Bora karbīds Mohsa skalā atrodas 9,3–9,5, pārsniedzot volframa karbīda (8,5–9,0) un tērauda (4–4,5) cietību, kas nozīmē, ka tas ir otrais ciets pēc dimanta un kubiskā bora nitrīda, ko izmanto abrazīvās pretestības ziņā. Ar Vikersa cietību aptuveni 30 GPa tas pretojas deformācijai augsta spiediena strūklas apstākļos, kuros mīkstāki materiāli stundu laikā attīsta mikroplaisas.
Ātrumos, kas pārsniedz 650 km/h, bora karbīda cietība tieši saistīta ar erozijas pretestību. Laboratorijas simulācijas rāda, ka tā nodiluma ātrums silīcija abrazīvā vidē ir 12 reizes zemāks nekā sakalcieta tērauda. Tā atomstruktūra pretojas plastiskajai deformācijai, novēršot „lūpu veidošanos”, kas bieži sastopama volframa karbīda sprauslās pēc ilgstošas lietošanas.
| Materiāls | Erozijas ātrums (g/kg abrazīva) | Darbības kalpošanas laiks (h) |
|---|---|---|
| Bor karbīds | 0.08 | 750–1,200 |
| Volframa karbīds | 0.23 | 300–500 |
| Augsta hroma saturošs tērauds | 0.97 | 50–80 |
Šie rezultāti no kontrolētiem smilšstrēmēšanas testiem (P50 granāts, 80 psi) uzsvērt bora karbīda pārākumu, novēršot aizplūkuma dīzeļu priekšlaicīgu izgāšanos.
Bora karbīda sakausējuma mikrostruktūra iezīmējas ar savstarpēji saistītu graudu robežu tīklu, kas vienmērīgi sadala triecienspēkus, samazinot lokālas sprieguma koncentrācijas līdz pat 37% salīdzinājumā ar tradicionālajiem materiāliem. Pēctesta mikroskopija parāda neskartas virsmas kārtas pat pēc vairāk nekā 1000 stundām, savukārt tērauda dīzeles identiskos apstākļos rāda 200–300 µm dziļuma eroziju.
Borons karbīds uztur strukturālu integritāti ātru temperatūras svārstību laikā, kas ir raksturīgas abrazīvajam tīrīšanai. Tā zemais termiskās izplešanās koeficients minimizē stresa plaisas, pat ja virsmas temperatūra pārsniedz 600°C. Šī izturība novērš mikroplaisas atkārtotu sasilšanas un atdzišanas ciklu laikā, padarot to par ideālu materiālu intensīvām lietošanas situācijām, piemēram, metāla virsmu sagatavošanā.
Borons karbīds ir ķīmiski inerts, pretojas degradācijai no skābjiem vai sārmainiem abrazīviem materiāliem un mitruma izraisītai oksidācijai. Neatkarīgi pētījumi rāda, ka nav fiksēta mērāma pasliktināšanās pēc vairāk nekā 500 stundām eksponēšanas pH ekstremos (2–12). Šī stabilitāte novērš bedrītes un korozijas problēmas, kas bieži sastopamas tērauda sprauslās, nodrošinot vienmērīgu abrazīva plūsmas ātrumu laika gaitā.
400°C bora karbīds saglabā 92% no tā cietības istabas temperatūrā — ievērojami pārsniedzot volframa karbīda (78%) un tērauda (54%) rādītājus. Šī termoizturība novērš deformāciju ilgstošas darbības laikā, minimizējot pārtraukumus. Dati no krāsns iekšlīmējuma strūklas liecina par 40% lielāku ražīgumu salīdzinājumā ar karbīda alternatīvām ilgstošos 550°C apstākļos.
Borona karbīda sprauslas ilgst 5 reizes ilgāk nekā tērauda un 1,8 reizes ilgāk nekā volframa karbīds rūpnieciskos apstākļos, kā liecina 2024. gada Abrasīvo materiālu veiktspējas pārskata rezultāti. Šo izturību nosaka ārkārtīgi lielā cietība (30–35 GPa Vikersa skalā), kas minimizē materiāla zudumu augstas ātruma daļiņu ietekmē. Galvenie lauka novērojumi ietver:
Pretojoties mikroplaisām, kas paātrina nodilumu, bora karbīds pagarina apkopes intervālus, vienlaikus saglabājot optimālo strūklas spiedienu.
Ja runā par cietības rādītājiem, bora karbīds izceļas ar aptuveni 2 400 līdz 3 100 HV1. Tas ir priekšā volframa karbīdam, kura diapazons ir no 2 300 līdz 2 600 HV1, un ievērojami pārsniedz silīcija karbīda rādītāju 1 400–1 600 HV1. Vēl viens liels bora karbīda pluss ir tā zemāka masa, jo tā blīvums ir tikai 2,5 grami uz kubikcentimetru salīdzinājumā ar smagāko silīcija karbīdu — 3,16 g/cm³. Tas nozīmē, ka ražotāji var izgatavot sprauslas, kuras ir gan izturīgas, gan ne tik smagas, lai darbības laikā tās kļūtu par apgrūtinošām. Šķelšanās izturības rādītāji šiem materiāliem faktiski ir diezgan tuvi — parasti no 2 līdz 4 MPa·m¹/². Tomēr tas, kas padara bora karbīdu patiešām izcilu, ir tā ārkārtējā cietība, kas palīdz novērst plaisu izplatīšanos, kad tiek pakļauts intensīvām spiediena svārstībām, ar kurām aprīkojums bieži saskaras rūpnieciskos apstākļos.
Bora karbīda sprauslas noteikti maksā ievērojami vairāk, aptuveni trīspadsmit reizes vairāk nekā tērauds, taču ilgtermiņā tās ļauj ietaupīt naudu. Rūpniecības uzņēmumi ir atklājuši, ka šīs dārgās sprauslas pēc pieciem gadiem kopumā samazina izmaksas par aptuveni 62 procentiem, jo nav nepieciešamības pastāvīgi tās nomainīt. Maziem darbības apjomiem, kas darbojas mazāk nekā 500 stundas gadā, sākotnēji varētu būt piemērotāka volframa karbīda izmantošana. Bet lielie spēlētāji? Viņi parasti atgūst ieguldījumus jau pēc astoņiem līdz divpadsmit mēnešiem, jo šīs bora karbīda sistēmas kalpo daudz ilgāk. Mēs runājam par ekspluatācijas laiku, kas pārsniedz 18 tūkstošus stundu, gandrīz divreiz ilgāku salīdzinājumā ar volframa karbīdu. Šāda izturība rada būtisku atšķirību, vērtējot darbības izmaksas laika gaitā.
Šķiedrslāneku urbumu darbības parāda ievērojamus rezultātus, izmantojot bora karbīda sprauslas. Šīs sprauslas saglabā aptuveni 90% no sākotnējā izmēra pat pēc 2000 stundu nepārtraukta strūklas iedarbības uz cementa apvalkiem. Tas ir daudz labāk nekā silīcija karbīda alternatīvas, kuras parasti nodilst aptuveni 40% ātrāk, strādājot ar šiem izturīgajiem augsta siļīcija saturošajiem abrazīviem materiāliem. Lauka brigādes ir pamanījušas vēl kaut ko. Tām ir jāaptur darbu apkopei aptuveni 35% retāk salīdzinājumā ar vecākajiem volframa karbīda modeļiem. Šis atšķirība īpaši izceļas reģionos ar lielu siltās ūdens saturu. Kāpēc? Bors vienkārši nereaģē ar hlorīdiem tā kā citi materiāli, tāpēc daudzos urbumu iekārtu risinājumos traucējošā mikroporainība rodas daudz mazāk.
Mūsdienu ražošana sasniedz vairāk nekā 98% teorētisko blīvumu bora karbīdā, izmantojot spiedienam palīdzētu sakausēšanu temperatūrās virs 2200°C kontrolētās atmosfērās. Šis process novērš mikroskopiskas tukšas vietas, kas vēsturiski darbojās kā plaisu veidošanās vietas. Iegūtā homogēnā mikrostruktūra uzlabo lūzuma izturību par 15%, tieši palielinot kalpošanas laiku augsta trieciena aplikācijās.
Šodienas apstākļos aprēķinu šķidruma dinamika jeb CFD veido to, kā inženieri projektē šos sašaurinātos dobuma profilus, kas samazina turbulenci, strādājot ar abrazīviem materiāliem. Reālie testi parāda diezgan ievērojamus rezultātus — šie izliektie profili samazina izejas ātruma zudumus aptuveni par 22 procentiem, vienlaikus samazinot sienas eroziju aptuveni par 31 procentu. Praktiski tas nozīmē, ka svarīgais rīkles diametrs saglabājas stabils aptuveni trīs reizes ilgāk salīdzinājumā ar vecākiem taisnajiem dobuma dizainiem līdzīgos ekspluatācijas apstākļos. Uzturēšanas komandām tas nozīmē mazāk biežas apstāšanās un retākas nomaiņas laika gaitā.
Šodienas inženieri bora karbīda kodolus ievieto oglekļa šķiedru ar polimēru (CFRP) pastiprinātās mājās. Rezultātā tiek iegūta keramikas izturības pret nodilumu un kompozītmateriāla spējas panest triecienus kombinācija. Šis jaunais hibrīdais dizains faktiski risina tos mehāniskos triecienu, kas izraisa aptuveni 58 procentus agrīno bojājumu, kuri novēroti vecākajās versijās. Un vēl viens plus punkts: šie jaunākie komplekti sver par aptuveni 14% mazāk nekā agrāk, taču joprojām iztur spiedienu līdz 150 PSI. Cilvēkiem, kuri strādā ar pārnēsājamām smidzināšanas iekārtām, šis svara samazinājums padara lielu atšķirību apdarbībā un mobilitātē reālās darbības laikā.
EN
