Bor karbür, Mohs sertlik ölçeğinde 9,3–9,5 değerine sahiptir ve tungsten karbürün (8,5–9,0) ve çeliğin (4–4,5) sertliğini aşar; yalnızca elmas ve kübik bor nitridden sonra gelir ve aşındırıcı direnç açısından ikinci sıradadır. Yaklaşık 30 GPa'lık bir Vickers sertliğine sahip olan bor karbür, daha yumuşak malzemelerin saatler içinde mikro çatlaklar oluşturduğu yüksek stresli temizleme koşullarında deformasyona karşı direnç gösterir.
650 km/saat'in üzerindeki hızlarda, bor karbürün sertliği doğrudan aşınma direnciyle ilişkilidir. Laboratuvar simülasyonları, silika aşındırıcı ortamlarda aşınma oranının sertleştirilmiş çeliğe göre 12 kat daha düşük olduğunu göstermektedir. Atomik yapısı plastik deformasyona karşı direnç gösterir ve uzun süreli kullanımdan sonra genellikle tungsten karbür nozullarda görülen 'kenar oluşumu'nu önler.
| Malzeme | Aşınma Oranı (g/kg aşındırıcı) | İşletim Ömrü (saat) |
|---|---|---|
| Bor Karbür | 0.08 | 750–1,200 |
| Tungsten Karbür | 0.23 | 300–500 |
| Yüksek kromlu çelik | 0.97 | 50–80 |
Kontrollü kum püskürtme deneylerinden (P50 granat, 80 psi) elde edilen bu sonuçlar, bor karbürün erken nozul arızalarını önlemedeki üstünlüğünü ortaya koymaktadır.
Bor karbürün sinterlenmiş mikroyapısı, darbe kuvvetlerini eşit şekilde dağıtan birbirine kenetlenmiş tane sınırı ağı sunar ve geleneksel malzemelere kıyasla lokal stres yoğunlaşmasını %37'ye varan oranlarda azaltır. Test sonrası mikroskobu incelemeleri, 1.000 saatten fazla kullanımın ardından bile yüzey katmanlarının sağlam kaldığını gösterirken, aynı koşullarda çelik nozullarda 200–300 µm derinlikte aşınma gözlemlenir.
Bor karbür, aşındırıcı patlatmada yaygın olan ani sıcaklık değişimleri sırasında yapısal bütünlüğünü korur. Düşük termal genleşme katsayısı, yüzey sıcaklıklarının 600°C'yi aştığı durumlarda bile gerilme çatlaklarını en aza indirir. Bu dayanıklılık, tekrarlanan ısınma-soğuma döngülerinde mikro çatlama oluşumunu önler ve metal yüzey hazırlama gibi yüksek yoğunluklu uygulamalar için ideal hale getirir.
Bor karbür, asidik veya alkali aşındırıcılara ve neme bağlı oksidasyona karşı kimyasal olarak inerttir. Bağımsız araştırmalar, pH uç değerlerine (2–12) 500 saatten fazla maruz kalınmasının ardından ölçülebilir bir bozulma olmadığını göstermektedir. Bu kararlılık, çelik nozullarda yaygın olan pit oluşumu ve korozyon sorunlarını ortadan kaldırarak zaman içinde tutarlı bir abrasiv akış hızı sağlar.
400°C'de bor karbür, oda sıcaklığındaki sertliğinin %92'sini korur—saf elmas karbürün (%78) ve çeliğin (%54) önemli ölçüde üzerindedir. Bu termal dayanıklılık, uzun süreli işlemler sırasında deformasyonu önler ve duraklama süresini en aza indirir. Fırın kaplaması aşındırma uygulamalarından elde edilen saha verileri, sürekli 550°C koşullarında karbür alternatiflerine kıyasla %40 daha yüksek verimlilik göstermektedir.
Boron karbür nozullar, 2024 Abrasif Malzemeler Performans İncelemesi'nin bulgularına göre endüstriyel ortamlarda çelikten 5 kat, tungsten karbürden ise 1,8 kat daha uzun ömürlüdür. Bu dayanıklılık, yüksek hızlı parçacık darbeleri sırasında malzeme kaybını en aza indiren aşırı sertliğinden (30–35 GPa Vickers) kaynaklanmaktadır. Önemli saha gözlemleri şunlardır:
Mikro çatlaklara karşı direnerek aşınmayı hızlandıran etkileri engeller ve böylece bakım aralıklarını uzatırken optimal patlatma basıncını korur.
Sertlik değerleri söz konusu olduğunda, bor karbür yaklaşık 2.400 ila 3.100 HV1 aralığında öne çıkar. Bu, 2.300 ile 2.600 HV1 arasında değişen sementasyon karbidin önüne geçer ve silisyum karbürün 1.400 ila 1.600 HV1 değerinin çok üzerindedir. Bor karbür için bir diğer büyük avantaj ise daha hafif olmasıdır çünkü yoğunluğu yalnızca 2,5 gram/cm³'tür ve bu değer silisyum karbürün daha ağır olan 3,16 g/cm³ değerine göre daha düşüktür. Bu durum, üreticilerin güçlü olmalarının yanı sıra kullanım sırasında kullanımda zorluk çıkarmayacak kadar ağır olmayan püskürtme nozulları üretmelerini sağlar. Kırılma tokluğu değerleri genellikle 2 ile 4 MPa·m¹/² arasında yer almak üzere bu malzemeler için oldukça yakın seviyelerdedir. Ancak bor karbürü gerçekten öne çıkaran şey, endüstriyel ortamlarda ekipmanların sıkça karşılaştığı yüksek basınç darbeleri altında çatlakların yayılmasını engellemede olağanüstü sertliğinin sağladığı katkıdır.
Bor karbür nozullar kesinlikle daha yüksek bir fiyat noktasına gelir, yaklaşık olarak çelikten on üç kat daha pahalıdır ancak uzun vadede para tasarrufu sağlar. Madencilik şirketleri, bu maliyetli nozulların sadece beş yıl sonra genel giderleri yaklaşık yüzde altmış iki oranında azalttığını tespit etmiştir çünkü sürekli değişim gerekmez. Yılda 500 saatten daha az çalışan küçük işletmeler için başlangıçta tungsten karbür bütçelerine daha uygun gelebilir. Ancak büyük oyuncular? Bu bor karbür sistemlerinin çok daha uzun dayanması nedeniyle genellikle sekiz ile on iki ay içinde yatırımlarını geri kazanırlar. Söz konusu hizmet ömrü 18 binden fazla saate uzanmaktadır ve bu süre, tungsten karbürün dayanabileceği sürenin neredeyse iki katıdır. Bu tür bir dayanıklılık, zaman içinde operasyonel maliyetlere baktığınızda tüm farkı yaratır.
Şist kuyusu sondaj işlemlerinde bor karbür nozulların kullanımı bazı etkileyici sonuçlar göstermektedir. Bu nozullar, 2.000 saat boyunca çimento kaplamlara karşı püskürtülmesinin ardından bile orijinal boyutlarının yaklaşık %90'ını korur. Bu, yüksek silika içeren aşındırıcılara maruz kaldıklarında yaklaşık %40 daha hızlı aşınmaya eğilimli olan silisyum karbür alternatiflerine göre çok daha iyidir. Sahada çalışan ekipler ayrıca eski tungsten karbür modellerine kıyasla bakım için durma sıklıklarının yaklaşık %35 daha az olduğunu fark etmişlerdir. Bu fark özellikle yüksek tuzlu su içeriğine sahip bölgelerde oldukça belirgin hale gelir. Bunun nedeni? Bor, diğer birçok malzeme gibi klorürlerle tepkimeye girmemektedir ve bu yüzden birçok sondaj sisteminin karşılaştığı o can sıkıcı pitlenme sorunu çok daha az görülür.
Modern imalat, kontrollü atmosferlerde 2.200°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda basınç destekli sinterleme ile bor karbürde %98'in üzerinde teorik yoğunluk elde eder. Bu süreç, tarihsel olarak kırılma başlangıç noktaları olarak işlev gören mikroskobik boşlukları ortadan kaldırır. Elde edilen homojen mikroyapı, yüksek darbe uygulamalarında hizmet ömrünü doğrudan uzatırken kırılma tokluğunu %15 artırır.
Günümüzde, hesaplamalı akışkanlar dinamiği veya CFD, aşındırıcı malzemelerle uğraşılırken türbülansı azaltan bu daralan gövde profillerini tasarımcı mühendislerin nasıl şekillendirdiğini belirlemektedir. Gerçek dünya testleri de oldukça etkileyici sonuçlar göstermektedir; bu eğimli şekiller çıkış hızı kayıplarında yaklaşık %22'lik bir düşüşe ve duvar erozyonunda yaklaşık %31'lik bir azalmaya neden olmaktadır. Pratikte bunun anlamı, benzer işletme koşullarına maruz kalan eski düz gövde tasarımlarına kıyasla, hayati boğaz çapının yaklaşık üç kat daha uzun süre sabit kalmasıdır. Bakım ekipleri için bu, zaman içinde daha az duruş süresi ve daha seyrek değişim anlamına gelmektedir.
Günümüzde mühendisler, karbon elyaf takviyeli polimer (CFRP) gövdelerin içine bor karbür çekirdekler yerleştiriyor. Elde edilen şey, seramiğin aşınmaya karşı direnç gösterme yeteneği ile kompozit malzemenin darbelere dayanma kapasitesinin birleşimidir. Bu yeni hibrit tasarım, eski modellerde görülen erken arızaların yaklaşık %58'ine neden olan mekanik şokları gerçekten de etkili bir şekilde ele alır. Ve işte bir diğer artı: bu yeni nesil montajlar öncekilerden yaklaşık %14 daha hafiftir ve yine de 150 PSI'ya kadar basınca dayanıklılık gösterir. Taşınabilir patlatma ekipmanıyla çalışanlar için bu ağırlık azalması, gerçek operasyonlar sırasında taşıma kolaylığı ve hareket kabiliyeti açısından büyük fark yaratır.
EN
