I. การประกอบของวัสดุหลัก
1ช่วงที่แข็ง: วอล์ฟเทนคาร์ไบด์ (WC)
- อัตราส่วน: 70-95%
- คุณสมบัติสําคัญ: แสดงความแข็งแรงและความทนทานต่อการสกัดสูงสุด, ด้วยความแข็งแรงของ Vickers ≥ 1400 HV
- ผล กระทบ ของ ขนาด เมล็ด:
- ผงหยาบ (38μm): ความแข็งแรงสูงและความทนต่อแรงกระแทก เหมาะสําหรับการสร้างที่มีหินหินก้อนหรือชั้นระหว่างที่แข็งแรง
- เมล็ดละเอียด/ละเอียดสุด (0.2μm): ความแข็งแรงและความทนทานต่อการสกัด ที่ดีที่สุด สําหรับการสร้างที่คดคดสูง เช่น หินทรายควอตซ์
2ช่วงผูก: โคบอลท์ (Co) หรือนิเคิล (Ni)
- อัตราส่วน: 5 ٪ 30 ٪ ทําหน้าที่เป็น "สารเล็บโลหะ" เพื่อเชื่อมอนุภาคคาร์ไบดวอลฟรมแมนและให้ความแข็งแรง
- ประเภทและลักษณะ:
- โคบัลต์ (ตัวเลือกหลัก):
- ข้อดี: ความแข็งแกร่งสูงในอุณหภูมิสูง, การนําความร้อนที่ดี, และคุณสมบัติทางกลครบวงจรที่ดีกว่า.
- การใช้งาน: ส่วนใหญ่ของระบบประเพณีและอุณหภูมิสูง (โคบาลต์ยังคงมั่นคงต่ํากว่า 400 °C)
- ฐานของนิกเกิล (ความต้องการพิเศษ):
- ข้อดี: ทนทานต่อการกัดกรองที่แข็งแกร่งขึ้น (ทนต่อ H2S, CO2 และน้ํายาเจาะที่มีความเกลือสูง)
- การประยุกต์ใช้: สนามก๊าซกรด, พลาตฟอร์มนอกทะเล, และสภาพแวดล้อมที่รุนแรงอื่น ๆ
- โคบัลต์ (ตัวเลือกหลัก):
3.สารเสริม (การปรับปรุงระดับไมโคร)
- โครเมียมคาร์ไบด (Cr3C2): ปรับปรุงความทนทานต่อการออกซิเดชั่น และลดการสูญเสียระยะของสารผูกในสภาพอุณหภูมิสูง
- คาร์ไบด์ทันทัล (TaC) / คาร์ไบด์ไนโอบีียม (NbC): สะกดการเติบโตของเมล็ด และเพิ่มความแข็งแรงในอุณหภูมิสูง
II. เหตุผลในการเลือก Tungsten Carbide Hardmetal
| ผลงาน | คําอธิบายข้อดี |
|---|---|
| ความทนทานต่อการสวม | ความแข็งแรงเป็นอันดับที่สองหลังจากเพชร ทนทานต่อการบดของอนุภาคบด เช่น ทรายควอตซ์ (อัตราการสวมใส่ต่ํากว่าเหล็ก 10 + ครั้ง) |
| ความต้านทานต่อการกระแทก | ความแข็งแรงจากโครงการผูกคอบอลต์ / นิเคิลป้องกันการแตกแยกจากการสั่นสะเทือนในหลุมและการกระโดดของบิต (โดยเฉพาะวิธีการประกอบที่มีเมล็ดหยาบ + คอบอลต์สูง) |
| ความมั่นคงในอุณหภูมิสูง | รักษาความสามารถในการทํางานในอุณหภูมิของหลุมล่างของ 300 ~ 500 °C (เหล็กสแตนเลสที่มีฐานโคบาลต์มีอุณหภูมิขีดจํากัด ~ 500 °C) |
| ความทนทานต่อการกัดกร่อน | สารสกัดจากไนเคิลทนต่อการกัดกร่อนจากน้ํายาเจาะที่มีซัลฟัวร์ ช่วยยืดอายุการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีกรด |
| ประสิทธิภาพในเรื่องค่าใช้จ่าย | ค่าใช้จ่ายต่ํากว่าเพชร / ไนทรีดโบรอนบาตร โดยมีอายุการใช้งาน 20~50 เท่าของกระบอกเหล็ก ซึ่งให้ประโยชน์รวมที่ดีที่สุด |
III. การเปรียบเทียบกับวัสดุอื่น ๆ
| ประเภทวัสดุ | ข้อเสีย | สถานการณ์การใช้งาน |
|---|---|---|
| เพชร (PCD/PDC) | ความเปราะบางสูง ทนต่อแรงกระแทกไม่ดี ราคาแพงมาก ( ~ 100 เท่าของทองเฟิร์มคาร์ไบด์) | น้อยครั้งที่ใช้สําหรับจม; บางครั้งในสภาพแวดล้อมทดลองที่รุนแรงมาก |
| โบโรนไนไตรไกซ์ (PCBN) | ทนต่ออุณหภูมิที่ดี แต่ความแข็งแรงต่ํา ราคาแพง | การสร้างที่แข็งแรงในอุณหภูมิสูงที่ลึกมาก (ไม่ปกติ) |
| เซรามิก (Al2O3/Si3N4) | ความแข็งแรงสูง แต่ความเปราะบางที่สําคัญ; ความทนทานต่อการกระแทกทางความร้อนที่ต่ํา | ในระยะการตรวจสอบในห้องปฏิบัติการ ยังไม่ได้นํามาใช้ในธุรกิจ |
| เหล็กแข็งแรง | ความทนทานต่อการสกัด ไม่เพียงพอ อายุการใช้งานสั้น | บิตระดับต่ํา หรือตัวแทนชั่วคราว |
IV แนวทางการพัฒนาทางเทคนิค
1. การปรับปรุงวัสดุ
- นาโนคริสตัลลิน วอล์ฟกรัมต์ คาร์ไบด์: ขนาดเมล็ด < 200nm ความแข็งแรงเพิ่มขึ้น 20% โดยไม่เสียความแข็งแรง (ตัวอย่างเช่น ซีรีย์ Sandvik Hyperion TM)
- โครงสร้างที่ระดับตามฟังก์ชัน: WC หนาแน่นความแข็งแรงสูงบนพื้นผิวของจมูก, ความแข็งแรงสูง หนาแน่น + หนาแน่นโคบาลต์สูง, ทนต่อการสกัดและการหัก
2การเสริมผิว
- การเคลือบเพชร (CVD): ฟิล์ม 2μ5m เพิ่มความแข็งของผิวเป็น > 6000 HV, ขยายอายุการใช้งาน 3μ5x (เพิ่มต้นทุน 30%).
- เครื่องเคลือบเลเซอร์: ชั้น WC-Co ลงบนพื้นที่ที่เปราะบางของกระปุกเพื่อเพิ่มความทนทานต่อการสกัดท้องถิ่น
3การผลิตสารสกัด
- การพิมพ์ 3D Tungsten Carbide: สามารถสร้างช่องทางการไหลที่ซับซ้อน (เช่นโครงสร้างเวนทูรี) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพทางไฮดรอลิก
V. ปัจจัยสําคัญในการเลือกวัสดุ
| สภาพการทํางาน | แนะนําเรื่องสาร |
|---|---|
| หน่วยงานบดสูง | WC ละเอียด/ละเอียดมาก + โคบัลต์ปริมาณกลางต่ํา (6%-8%) |
| ช่องส่วนที่กระตุ้น/กระตุ้น | WC ละเอียดหยาบ + โคบาลต์สูง (10 ٪ 13%) หรือโครงสร้างระดับ |
| สภาพแวดล้อมกรด (H2S/CO2) | สารผูกเชื้อเนียมเนียม + สารเสริม Cr3C2 |
| ถ้ําลึกเกิน (> 150°C) | สารสับสนุนจากโคบาลต์ + สารเสริม TaC/NbC (หลีกเลี่ยงสารสับสนุนจากนิเคิลสําหรับความแข็งแรงที่ต่ําในอุณหภูมิสูง) |
| โครงการที่มีความรู้สึกต่อค่าใช้จ่าย | WC ขนาดกลางแบบมาตรฐาน + โคบัลต์ 9% |
สรุป
- การมีอํานาจเหนือกว่าในตลาด: โลหะแข็งคาร์บิดตองกรานต์ (WC-Co/WC-Ni) เป็นกระแสหลักโดยสิ้นเชิง คิดเป็น > 95% ของตลาดปูปูปูปูปูปูปุปโลก
- พลังงานหลัก: การปรับตัวต่อความท้าทายในการสร้างที่แตกต่างกัน ผ่านการปรับขนาดเมล็ด WC, อัตราส่วนโคบัลต / นิเคิล และสารเสริม
- ไม่สามารถเปลี่ยนได้: ยังคงเป็นทางออกที่ดีที่สุดในการสมดุลความทนทานต่อการสกัด, ความแข็งแรง, และราคา, ด้วยเทคโนโลยีที่ล้ําหน้า (นาโนคริสตัล, การเคลือบ) เพิ่มขยายขอบเขตการใช้งานของมัน