I. Негізгі материалдың құрамы
1. Қатты фаза: вольфрам карбиді (WC)
- Пропорция диапазоны: 70–95%
- Негізгі қасиеттер: Өте жоғары қаттылық пен тозуға төзімділікті көрсетеді, Vickers қаттылығы ≥1400 HV.
- Астық мөлшерінің әсері:
- Ірі дән (3–8 мкм): Қиыршық тасты немесе қатты аралық қабаттары бар қабаттарға жарамды жоғары қаттылық пен соққыға төзімділік.
- Жұқа/Ультрафинді дән (0,2–2мкм): Жоғары қаттылық пен тозуға төзімділік, кварц құмтасы сияқты абразивті қабаттар үшін өте қолайлы.
2. Байланыстырушы фаза: кобальт (Ко) немесе никель (Ni)
- Пропорция диапазоны: 5–30%, вольфрам карбиді бөлшектерін байланыстыру және қаттылықты қамтамасыз ету үшін «металл желім» ретінде әрекет етеді.
- Түрлері мен сипаттамалары:
- Кобальт негізіндегі (негізгі таңдау):
- Артықшылықтары: жоғары температурада жоғары беріктік, жақсы жылу өткізгіштік және жоғары кешенді механикалық қасиеттер.
- Қолданылуы: Кәдімгі және жоғары температуралы түзілімдердің көпшілігі (кобальт 400°C-тан төмен тұрақты болып қалады).
- Никель негізіндегі (арнайы талаптар):
- Артықшылықтары: Күшті коррозияға төзімділік (H₂S, CO₂ және тұздылығы жоғары бұрғылау ерітінділеріне төзімді).
- Қолданылуы: Қышқыл газ кен орындары, теңіз платформалары және басқа коррозиялық орталар.
- Кобальт негізіндегі (негізгі таңдау):
3. Қоспалар (микро деңгейлі оңтайландыру)
- Хром карбиді (Cr₃C₂): Тотығуға төзімділікті жақсартады және жоғары температура жағдайында байланыстырушы фазаның жоғалуын азайтады.
- Тантал карбиді (TaC)/Ниобий карбиді (NbC): Дәннің өсуін тежейді және жоғары температурадағы қаттылықты арттырады.
II. Вольфрам карбиді қатты металды таңдаудың себептері
| Өнімділік | Артықшылық сипаттамасы |
|---|---|
| Тозуға төзімділік | Қаттылық гауһардан кейін екінші орында, кварц құмы сияқты абразивті бөлшектердің эрозиясына төзімді (тозу жылдамдығы болаттан 10+ есе төмен). |
| Соққыға төзімділік | Кобальт/никель байланыстырғыш фазасының қаттылығы ұңғымадағы тербелістерден және қашудың серпілуінен (әсіресе ірі түйіршік + жоғары кобальтты құрамдар) фрагментацияны болдырмайды. |
| Жоғары температура тұрақтылығы | 300–500°C (кобальт негізіндегі қорытпалардың температура шегі ~500°C) төменгі тесігі температураларында өнімділікті сақтайды. |
| Коррозияға төзімділік | Никель негізіндегі қорытпалар құрамында күкірті бар бұрғылау ерітінділерінің коррозиясына қарсы тұрады, қышқыл ортада қызмет ету мерзімін ұзартады. |
| Экономикалық тиімділік | Алмаз/текше бор нитридінен әлдеқайда төмен құны, қызмет ету мерзімі болат саптамаларға қарағанда 20–50 есе, жалпы оңтайлы артықшылықтарды ұсынады. |
III. Басқа материалдармен салыстыру
| Материал түрі | Кемшіліктері | Қолдану сценарийлері |
|---|---|---|
| Гауһар (PCD/PDC) | Жоғары сынғыштық, нашар соққыға төзімділік; өте қымбат (вольфрам карбидінен ~ 100 есе). | Саңылаулар үшін сирек қолданылады; кейде экстремалды абразивті эксперименттік орталарда. |
| Текше бор нитриді (PCBN) | Жақсы температураға төзімділік, бірақ төмен қаттылық; қымбат. | Ультра терең жоғары температуралы қатты түзілімдер (негізгі емес). |
| Керамика (Al₂O₃/Si₃N₄) | Жоғары қаттылық, бірақ айтарлықтай сынғыштық; нашар термиялық соққыға төзімділік. | Зертханалық валидация сатысында, әлі коммерциялық масштабталмаған. |
| Беріктігі жоғары болат | Тозуға төзімділігі жеткіліксіз, қызмет ету мерзімі қысқа. | Төмен деңгейлі биттер немесе уақытша баламалар. |
IV. Техникалық эволюцияның бағыттары
1. Материалды оңтайландыру
- Нанокристалды вольфрам карбиді: Дән өлшемі <200 нм, қаттылық қаттылықты төмендетпей 20%-ға артты (мысалы, Sandvik Hyperion™ сериясы).
- Функционалды дәрежелі құрылым: Саптама бетіндегі қаттылығы жоғары ұсақ түйіршікті дәретхана, қаттылығы жоғары ірі түйіршік + жоғары кобальтты өзек, тозуға және сынуға төзімділікті теңестіреді.
2. Беткейлерді нығайту
- Алмаз жабыны (CVD): 2–5 мкм пленка беттің қаттылығын >6000 HV дейін арттырады, қызмет ету мерзімін 3–5 есе ұзартады (құны 30% өседі).
- Лазерлік қаптау: WC-Co қабаттары тозуға төзімділікті арттыру үшін саңылаулардың осал жерлеріне орналастырылған.
3. Аддитивті өндіріс
- 3D басып шығарылған вольфрам карбиді: Гидравликалық тиімділікті арттыру үшін күрделі ағын арналарын (мысалы, Вентури құрылымдары) біріктірілген қалыптастыруға мүмкіндік береді.
V. Материалды таңдаудың негізгі факторлары
| Жұмыс шарттары | Материалдық ұсыныс |
|---|---|
| Абразивтілігі жоғары түзілімдер | Ұсақ/ультратүйірлі дәретхана + орташа төмен кобальт (6–8%) |
| Соққыға/дірілге бейім бөліктер | Ірі дәнді WC + жоғары кобальт (10–13%) немесе сортты құрылым |
| Қышқыл (H₂S/CO₂) орталар | Никель негізіндегі байланыстырғыш + Cr₃C₂ қоспасы |
| Өте терең ұңғымалар (>150°C) | Кобальт негізіндегі қорытпа + TaC/NbC қоспалары (жоғары температурада әлсіз беріктік үшін никель негізіндегі қоспалардан аулақ болыңыз) |
| Шығынға сезімтал жобалар | Стандартты орташа дәнді дәретхана + 9% кобальт |
Қорытынды
- Нарық үстемдігі: Вольфрам карбиді қатты металы (WC-Co/WC-Ni) әлемдік бұрғылау саптамалары нарықтарының >95%-ын құрайтын абсолютті негізгі ағын болып табылады.
- Өнімділік негізгі: WC дәнінің мөлшерін, кобальт/никель қатынасын және қоспаларды реттеу арқылы әртүрлі түзілу қиындықтарына бейімделу.
- Ауыстырылмайтын: Қолдану шекараларын одан әрі кеңейтетін озық технологиялармен (нанокристалдану, жабындар) тозуға төзімділікті, қаттылықты және бағаны теңестірудің оңтайлы шешімі болып қала береді.
Жіберу уақыты: 03 маусым 2025 ж
