I. મુખ્ય સામગ્રી રચના
1. હાર્ડ ફેઝ: ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ (WC)
- પ્રમાણ શ્રેણી: ૭૦–૯૫%
- મુખ્ય ગુણધર્મો: વિકર્સ કઠિનતા ≥1400 HV સાથે, અતિ-ઉચ્ચ કઠિનતા અને વસ્ત્રો પ્રતિકાર દર્શાવે છે.
- અનાજના કદનો પ્રભાવ:
- બરછટ અનાજ (3–8μm): ઉચ્ચ કઠિનતા અને અસર પ્રતિકાર, કાંકરી અથવા કઠણ ઇન્ટરલેયરવાળી રચનાઓ માટે યોગ્ય.
- બારીક/અતિ સૂક્ષ્મ અનાજ (0.2–2μm): ક્વાર્ટઝ સેંડસ્ટોન જેવી અત્યંત ઘર્ષક રચનાઓ માટે આદર્શ, વધેલી કઠિનતા અને ઘર્ષણ પ્રતિકાર.
2. બાઈન્ડર ફેઝ: કોબાલ્ટ (Co) અથવા નિકલ (Ni)
- પ્રમાણ શ્રેણી: 5–30%, ટંગસ્ટન કાર્બાઇડના કણોને જોડવા અને કઠિનતા પ્રદાન કરવા માટે "ધાતુના એડહેસિવ" તરીકે કાર્ય કરે છે.
- પ્રકારો અને લાક્ષણિકતાઓ:
- કોબાલ્ટ-આધારિત (મુખ્ય પ્રવાહની પસંદગી):
- ફાયદા: ઊંચા તાપમાને ઉચ્ચ શક્તિ, સારી થર્મલ વાહકતા અને શ્રેષ્ઠ વ્યાપક યાંત્રિક ગુણધર્મો.
- ઉપયોગ: મોટાભાગની પરંપરાગત અને ઉચ્ચ-તાપમાન રચનાઓ (કોબાલ્ટ 400°C નીચે સ્થિર રહે છે).
- નિકલ આધારિત (ખાસ જરૂરિયાતો):
- ફાયદા: મજબૂત કાટ પ્રતિકાર (H₂S, CO₂ અને ઉચ્ચ-ખારાશવાળા ડ્રિલિંગ પ્રવાહી સામે પ્રતિરોધક).
- એપ્લિકેશન: એસિડિક ગેસ ક્ષેત્રો, ઓફશોર પ્લેટફોર્મ અને અન્ય કાટ લાગતા વાતાવરણ.
- કોબાલ્ટ-આધારિત (મુખ્ય પ્રવાહની પસંદગી):
૩. ઉમેરણો (માઈક્રો-લેવલ ઑપ્ટિમાઇઝેશન)
- ક્રોમિયમ કાર્બાઇડ (Cr₃C₂): ઉચ્ચ-તાપમાનની સ્થિતિમાં ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર સુધારે છે અને બાઈન્ડર ફેઝ લોસ ઘટાડે છે.
- ટેન્ટેલમ કાર્બાઇડ (TaC)/નિઓબિયમ કાર્બાઇડ (NbC): અનાજના વિકાસને અટકાવે છે અને ઉચ્ચ-તાપમાનની કઠિનતા વધારે છે.
II. ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ હાર્ડમેટલ પસંદ કરવાના કારણો
| પ્રદર્શન | ફાયદાનું વર્ણન |
|---|---|
| પ્રતિકાર પહેરો | કઠિનતા હીરા પછી બીજા ક્રમે છે, ક્વાર્ટઝ રેતી જેવા ઘર્ષક કણો દ્વારા ધોવાણ સામે પ્રતિરોધક છે (સ્ટીલ કરતા 10+ ગણો ઓછો ઘસારો દર). |
| અસર પ્રતિકાર | કોબાલ્ટ/નિકલ બાઈન્ડર તબક્કાની કઠિનતા ડાઉનહોલ સ્પંદનો અને બીટ બાઉન્સિંગ (ખાસ કરીને બરછટ-અનાજ + ઉચ્ચ-કોબાલ્ટ ફોર્મ્યુલેશન) થી ફ્રેગમેન્ટેશનને અટકાવે છે. |
| ઉચ્ચ-તાપમાન સ્થિરતા | 300-500°C ના તળિયાના છિદ્ર તાપમાને કામગીરી જાળવી રાખે છે (કોબાલ્ટ-આધારિત એલોયની તાપમાન મર્યાદા ~500°C હોય છે). |
| કાટ પ્રતિકાર | નિકલ-આધારિત એલોય સલ્ફર ધરાવતા ડ્રિલિંગ પ્રવાહીમાંથી થતા કાટનો પ્રતિકાર કરે છે, જે એસિડિક વાતાવરણમાં સેવા જીવનને લંબાવે છે. |
| ખર્ચ-અસરકારકતા | હીરા/ઘન બોરોન નાઇટ્રાઇડ કરતાં ઘણી ઓછી કિંમત, સ્ટીલ નોઝલ કરતાં 20-50 ગણી સર્વિસ લાઇફ સાથે, શ્રેષ્ઠ એકંદર લાભો પ્રદાન કરે છે. |
III. અન્ય સામગ્રી સાથે સરખામણી
| સામગ્રીનો પ્રકાર | ગેરફાયદા | એપ્લિકેશન દૃશ્યો |
|---|---|---|
| ડાયમંડ (પીસીડી/પીડીસી) | ઉચ્ચ બરડપણું, નબળી અસર પ્રતિકારકતા; અત્યંત ખર્ચાળ (ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ કરતા ~100x). | નોઝલ માટે ભાગ્યે જ વપરાય છે; ક્યારેક ક્યારેક અત્યંત ઘર્ષક પ્રાયોગિક વાતાવરણમાં. |
| ક્યુબિક બોરોન નાઇટ્રાઇડ (PCBN) | તાપમાનનો સારો પ્રતિકાર પણ ઓછી કઠિનતા; ખર્ચાળ. | અતિ-ઊંડા ઉચ્ચ-તાપમાન કઠણ રચનાઓ (મુખ્ય પ્રવાહ સિવાયની). |
| સિરામિક્સ (Al₂O₃/Si₃N₄) | ઉચ્ચ કઠિનતા પરંતુ નોંધપાત્ર બરડપણું; નબળી થર્મલ શોક પ્રતિકાર. | પ્રયોગશાળા માન્યતા તબક્કામાં, હજુ સુધી વ્યાપારી રીતે માપવામાં આવ્યું નથી. |
| ઉચ્ચ-શક્તિ ધરાવતું સ્ટીલ | અપૂરતી વસ્ત્રો પ્રતિકાર, ટૂંકી સેવા જીવન. | ઓછા ભાવે ઉપલબ્ધ બિટ્સ અથવા કામચલાઉ વિકલ્પો. |
IV. ટેકનિકલ ઉત્ક્રાંતિ દિશાઓ
૧. મટીરીયલ ઓપ્ટિમાઇઝેશન
- નેનોક્રિસ્ટલાઇન ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ: અનાજનું કદ <200nm, કઠિનતામાં 20% વધારો થયો છે, પરંતુ કઠિનતા સાથે સમાધાન થયું નથી (દા.ત., સેન્ડવિક હાઇપરિયન™ શ્રેણી).
- કાર્યાત્મક રીતે વર્ગીકૃત માળખું: નોઝલ સપાટી પર ઉચ્ચ-કઠિનતા ફાઇન-ગ્રેન WC, ઉચ્ચ-કઠિનતા બરછટ-અનાજ + ઉચ્ચ-કોબાલ્ટ કોર, સંતુલિત ઘસારો અને ફ્રેક્ચર પ્રતિકાર.
2. સપાટી મજબૂતીકરણ
- ડાયમંડ કોટિંગ (CVD): 2–5μm ફિલ્મ સપાટીની કઠિનતા 6000 HV થી વધુ વધારી દે છે, જેનું આયુષ્ય 3–5x વધારે છે (30% ખર્ચ વધારો).
- લેસર ક્લેડીંગ: સ્થાનિક વસ્ત્રો પ્રતિકાર વધારવા માટે સંવેદનશીલ નોઝલ વિસ્તારો પર WC-Co સ્તરો મૂકવામાં આવે છે.
૩. ઉમેરણ ઉત્પાદન
- 3D-પ્રિન્ટેડ ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ: હાઇડ્રોલિક કાર્યક્ષમતા સુધારવા માટે જટિલ પ્રવાહ ચેનલો (દા.ત., વેન્ચુરી માળખાં) ના સંકલિત રચનાને સક્ષમ કરે છે.
V. સામગ્રી પસંદગી માટેના મુખ્ય પરિબળો
| ઓપરેટિંગ શરતો | સામગ્રી ભલામણ |
|---|---|
| ખૂબ જ ઘર્ષક રચનાઓ | ફાઇન/અલ્ટ્રાફાઇન-ગ્રેન WC + મધ્યમ-ઓછું કોબાલ્ટ (6-8%) |
| અસર/કંપન-સંભવિત વિભાગો | બરછટ-દાણાવાળું WC + ઉચ્ચ કોબાલ્ટ (10-13%) અથવા ગ્રેડેડ માળખું |
| એસિડિક (H₂S/CO₂) વાતાવરણ | નિકલ-આધારિત બાઈન્ડર + Cr₃C₂ એડિટિવ |
| અતિ-ઊંડા કુવાઓ (> ૧૫૦° સે) | કોબાલ્ટ-આધારિત એલોય + TaC/NbC ઉમેરણો (નબળા ઉચ્ચ-તાપમાન મજબૂતાઈ માટે નિકલ-આધારિત ટાળો) |
| ખર્ચ-સંવેદનશીલ પ્રોજેક્ટ્સ | સ્ટાન્ડર્ડ મીડીયમ-ગ્રેન WC + 9% કોબાલ્ટ |
નિષ્કર્ષ
- બજાર પ્રભુત્વ: ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ હાર્ડમેટલ (WC-Co/WC-Ni) એ સંપૂર્ણ મુખ્ય પ્રવાહ છે, જે વૈશ્વિક ડ્રિલ બીટ નોઝલ બજારોમાં 95% થી વધુ હિસ્સો ધરાવે છે.
- પર્ફોર્મન્સ કોર: WC અનાજના કદ, કોબાલ્ટ/નિકલ ગુણોત્તર અને ઉમેરણોમાં ગોઠવણો દ્વારા વિવિધ રચના પડકારો માટે અનુકૂલનક્ષમતા.
- બદલી ન શકાય તેવી: અત્યાધુનિક ટેકનોલોજીઓ (નેનોક્રિસ્ટલાઇઝેશન, કોટિંગ્સ) તેની એપ્લિકેશન સીમાઓને વધુ વિસ્તૃત કરીને, વસ્ત્રો પ્રતિકાર, કઠિનતા અને ખર્ચને સંતુલિત કરવા માટે શ્રેષ્ઠ ઉકેલ રહે છે.
પોસ્ટ સમય: જૂન-03-2025
