मोहस पैमान्यावर बोरॉन कार्बाइडचा दर 9.3–9.5 इतका आहे, जो टंगस्टन कार्बाइड (8.5–9.0) आणि स्टील (4–4.5) च्या कठोरतेपेक्षा जास्त आहे, ज्यामुळे घर्षण प्रतिकारामध्ये ते हीरा आणि घन कार्बन नायट्राइड नंतर दुसऱ्या स्थानावर आहे. ~30 GPa च्या विकर्स कठोरतेसह, उच्च-तणावाच्या ब्लास्टिंग परिस्थितीत मऊ पदार्थांमध्ये काही तासांतच सूक्ष्म फुटणे निर्माण होते तेव्हा त्याचे विरूपीकरण टाळता येते.
650 किमी/तासापेक्षा जास्त वेगाने, बोरॉन कार्बाइडची कठोरता घर्षण प्रतिकाराशी थेट संबंधित असते. प्रयोगशाळेतील सादृश्यांमध्ये दाखवल्याप्रमाणे सिलिका-घर्षक पर्यावरणात त्याचा घिसण्याचा दर कठोर स्टीलपेक्षा 12 पट कमी आहे. त्याची अणुरचना प्लास्टिक विरूपीकरणाला प्रतिकार करते, ज्यामुळे टंगस्टन कार्बाइड नोझल्समध्ये लांब वापरानंतर सामान्यत: दिसणारी 'ओठ निर्मिती' टाळली जाते.
| साहित्य | घर्षण दर (g/kg घर्षक) | कार्यात्मक आयुष्य (तास) |
|---|---|---|
| बोरॉन कार्बाइड | 0.08 | 750–1,200 |
| टंगस्टन कार्बाइड | 0.23 | 300–500 |
| उच्च-क्रोमियम स्टील | 0.97 | 50–80 |
नियंत्रित सॅंडब्लास्टिंग चाचण्यांमधून (P50 गार्नेट, 80 psi) मिळालेले परिणाम बोरॉन कार्बाइडच्या नोझलच्या लवकर अपयश टाळण्यातील प्रभुत्व दर्शवितात.
बोरॉन कार्बाइडच्या सिंटर केलेल्या सूक्ष्मसंरचनेमध्ये धक्का बसण्याच्या ताकदी समानरूपे वितरित करणारी एक इंटरलॉकिंग धान्य सीमा जाळी असते, जी पारंपारिक सामग्रीच्या तुलनेत स्थानिक तणावाच्या केंद्रांना 37% पर्यंत कमी करते. चाचणीनंतरच्या सूक्ष्मदर्शकाखाली 1,000 तासांनंतरही पृष्ठभागाचे स्तर अबाधित दिसतात, तर समान परिस्थितीत स्टील नोझल्समध्ये 200–300 µm खोलीपर्यंत भंग होतो.
बोरॉन कार्बाइड हे अॅब्रेसिव्ह ब्लास्टिंगमध्ये सामान्य असलेल्या वेगवान तापमानातील चढ-उतारादरम्यान संरचनात्मक अखंडता राखते. 600°C पेक्षा जास्त पृष्ठभागाच्या तापमानावरही त्याचा कमी थर्मल एक्सपॅन्शन गुणांक ताण फुटणे कमी करतो. ही प्रतिकारशक्ती पुनरावृत्ती उष्णता-थंडीच्या चक्रांदरम्यान माइक्रोक्रॅकिंग पासून रोखते, ज्यामुळे धातू पृष्ठभाग तयार करणे यासारख्या उच्च-तीव्रता अनुप्रयोगांसाठी ते आदर्श बनवते.
बोरॉन कार्बाइड रासायनिकदृष्ट्या निष्क्रिय आहे, ज्यामुळे आम्लीय किंवा अम्लारी अॅब्रेसिव्ह आणि आर्द्रतेमुळे होणारे ऑक्सिडेशन यापासून ते नाशापासून बचते. स्वतंत्र अभ्यासात दर्शविल्याप्रमाणे pH च्या अतिरिक्त मर्यादांमध्ये (2–12) 500+ तासांच्या उघडपणानंतरही कोणतेही मोजण्यायोग्य अवक्षय दिसून आले नाही. ही स्थिरता इस्पात नोझलमध्ये सामान्य असलेल्या पिटिंग आणि क्षरणाच्या समस्या दूर करते, ज्यामुळे कालांतराने अॅब्रेसिव्ह प्रवाह दर स्थिर राहतो.
400°C वर, बोरॉन कार्बाइड खोलीच्या तापमानावरील खडसरतेचे 92% टिकवून ठेवते—टंगस्टन कार्बाइड (78%) आणि स्टील (54%) यांच्या तुलनेत खूपच जास्त. ही उष्णता प्रतिरोधकता लांबवलेल्या ऑपरेशन्स दरम्यान विकृती होण्यापासून रोखते, ज्यामुळे बंदीचा कालावधी कमी होतो. भट्टी लाइनर ब्लास्टिंगच्या मैदानी डेटामधून 550°C च्या सतत अटींखाली कार्बाइड पर्यायांच्या तुलनेत 40% उत्पादकता वाढ दिसून आली.
औद्योगिक परिस्थितींमध्ये, 2024 अॅब्रेसिव्ह मटेरियल्स परफॉर्मन्स रिव्ह्यू मधील आढळाप्रमाणे, बोरॉन कार्बाइड नोझल्स स्टीलपेक्षा 5x जास्त आणि टंगस्टन कार्बाइडपेक्षा 1.8x जास्त काळ टिकतात. ही टिकाऊपणाची खूप जास्त कठोरता (30–35 GPa विकर्स) यामुळे होते, ज्यामुळे उच्च वेगाने धक्का बसणाऱ्या कणांच्या प्रभावादरम्यान सामग्रीचा नुकसान कमीतकमी होतो. महत्त्वाच्या क्षेत्रातील निरीक्षणांमध्ये समावेश आहे:
घासणीला गती देणार्या सूक्ष्म फ्रॅक्चर्सना आळा घालून, बोरॉन कार्बाइड दुरुस्तीच्या अंतरालाचे विस्तार करते आणि इष्टतम ब्लास्टिंग दाब कायम ठेवते.
कठोरतेच्या रेटिंगबद्दल बोरॉन कार्बाइड 2,400 ते 3,100 HV1 च्या सुमारास उभे राहते. हे टंगस्टन कार्बाइडपेक्षा पुढे आहे, ज्याची श्रेणी 2,300 ते 2,600 HV1 दरम्यान असते आणि सिलिकॉन कार्बाइडच्या 1,400 ते 1,600 HV1 च्या तुलनेत खूपच वर आहे. बोरॉन कार्बाइडसाठी आणखी एक मोठा फायदा म्हणजे त्याचे हलकेपणा, कारण त्याची घनता फक्त 2.5 ग्रॅम प्रति घन सेंटीमीटर इतकी आहे, ज्याची तुलना सिलिकॉन कार्बाइडच्या जास्त वजनाच्या 3.16 ग्रॅम/सेमी³ शी केली जाते. याचा अर्थ असा की उत्पादक अशा नॉझल्सची निर्मिती करू शकतात जे दोन्ही मजबूत असतात आणि इतके भारी नसतात की ते ऑपरेशन दरम्यान अडथळा निर्माण करतात. या सामग्रीसाठी फ्रॅक्चर टफनेसचे आकडे सामान्यत: 2 ते 4 MPa·m¹/² दरम्यान पडतात, जे खरोखरच एकमेकांजवळ असतात. पण बोरॉन कार्बाइडला खरोखर चमकवणारे त्याची अत्युत्तम कठोरता आहे, जी औद्योगिक वातावरणात उपकरणांना नेहमीच भासणाऱ्या तीव्र दबावाच्या फुगवण्यांना तोंड देताना फाटण्यापासून रोखण्यास मदत करते.
बोरॉन कार्बाइड नोझल्स निश्चितपणे जास्त किमतीचे असतात, स्टीलच्या किमतीच्या जवळजवळ तेरापट, पण दीर्घकाळात ते पैसे वाचवतात. खाण कंपन्यांना आढळून आले आहे की फक्त पाच वर्षांनंतर या महाग नोझल्समुळे एकूण खर्चात सुमारे बासष्ट टक्के कपात होते कारण नेहमीच्या प्रतिस्थापनाची गरज भासत नाही. वर्षाला 500 तासांपेक्षा कमी चालणाऱ्या छोट्या ऑपरेशन्ससाठी टंगस्टन कार्बाइड प्रारंभी त्यांच्या बजेटसाठी चांगले जुळते. मोठे खेळाडू? त्यांना सामान्यतः आठ ते बारा महिन्यांत परतावा मिळतो कारण या बोरॉन कार्बाइड प्रणाली खूप जास्त काळ टिकतात. आपण 18 हजार तासांपेक्षा जास्त चालणाऱ्या सेवा आयुष्याबद्दल बोलत आहोत, टंगस्टन कार्बाइडच्या तुलनेत जवळजवळ दुप्पट. कार्यात्मक खर्चाच्या दृष्टीने विचार केल्यास अशी टिकाऊपणा मोठा फरक करते.
बोरॉन कार्बाइड नोझल्सचा वापर केल्यास शेल ड्रिलिंग ऑपरेशन्समध्ये काही उत्तम परिणाम दिसून येतात. हे नोझल्स सिमेंट केसिंग्जवर सतत 2,000 तास ब्लास्ट केल्यानंतरही त्यांच्या मूळ आकाराचे सुमारे 90% टिकवून ठेवतात. हे सिलिकॉन कार्बाइड पर्यायांपेक्षा खूप चांगले आहे, जे कठोर उच्च-सिलिका अब्रेसिव्हजच्या संपर्कात येताना सुमारे 40% जास्त घिसण्याची प्रवृत्ती दाखवतात. फील्ड क्रूने आणखी एक गोष्ट लक्षात घेतली आहे. जुन्या टंगस्टन कार्बाइड मॉडेल्सच्या तुलनेत त्यांना दुरुस्तीसाठी सुमारे 35% कमी वारंवार थांबावे लागते. लवणाच्या पाण्याचे प्रमाण जास्त असलेल्या भागांमध्ये हा फरक खूप लक्षणीय असतो. कारण काय? बोरॉन इतर सामग्रीप्रमाणे क्लोराइड्ससोबत प्रतिक्रिया दर्शवत नाही, म्हणून अनेक ड्रिलिंग सेटअप्समध्ये त्रास देणारी त्रासदायक पिटिंग समस्या खूप कमी असते.
नियंत्रित वातावरणात 2,200°C पेक्षा अधिक तापमानात दाब-सहाय्यित सिंटरिंगद्वारे आधुनिक उत्पादन 98% पेक्षा अधिक सैद्धांतिक घनता बोरॉन कार्बाइडमध्ये साध्य करते. ही प्रक्रिया लघुचित्रीय रिक्त स्थानांचा नाश करते जे ऐतिहासिकदृष्ट्या फ्रॅक्चर सुरुवातीच्या स्थानांप्रमाणे कार्य करत होते. परिणामी एकरूप सूक्ष्मसंरचना फ्रॅक्चर टफनेसमध्ये 15% वाढ करते, ज्यामुळे उच्च-प्रभाव अर्ज प्रकरणांमध्ये सेवा आयुष्य थेट वाढते.
आजकाल, अभ्रश्म पदार्थांना सामोरे जाताना टर्ब्युलन्स कमी करणाऱ्या अशा टेपर्ड बोअर प्रोफाइल्स डिझाइन करण्याच्या पद्धतींवर संगणकीय द्रव गतिशास्त्र किंवा CFD चा मोठा परिणाम होत आहे. वास्तविक जगातील चाचण्यांमध्ये खूपच उत्तम परिणाम दिसून आले आहेत—या वक्र आकारामुळे बाहेर पडण्याच्या वेगातील नुकसानात अंदाजे 22 टक्के घट तर भिंतीच्या घर्षणात अंदाजे 31 टक्के घट होते. व्यवहारात हे म्हणजे महत्त्वाचा घसारा व्यास (थ्रोट डायमीटर) समान परिस्थितीत जुन्या सरळ बोअर डिझाइनपेक्षा अंदाजे तीन पट जास्त काळ टिकतो. दुरुस्तीच्या टीमसाठी हे म्हणजे कमी बंदपणा आणि कालांतराने कमी बदलावे लागणे.
आजकाल, अभियंते कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमर (CFRP) आवरणांमध्ये बोरॉन कार्बाइड कोर ठेवत आहेत. त्यांना मिळणारा संयोग म्हणजे सेरॅमिकची घसरण प्रतिरोधक क्षमता आणि संयुगाची धक्के सहन करण्याची क्षमता. हे नवीन संकरित डिझाइन जुन्या आवृत्तींमध्ये दिसणाऱ्या लवकर अपयशांपैकी सुमारे 58 टक्के यांत्रिक धक्क्यांना प्रत्यक्षात तोंड देते. आणखी एक फायदा: या नवीन युनिट्सचे वजन आधीपेक्षा सुमारे 14% कमी आहे, तरीही ते 150 PSI पर्यंत दाब सहन करतात. पोर्टेबल ब्लास्टिंग उपकरणांसह काम करणाऱ्या लोकांसाठी, हे वजन कमी झाल्यामुळे खर्या ऑपरेशन्स दरम्यान हाताळणी आणि गतिशीलतेमध्ये सर्व फरक निर्माण करते.
EN
