I. कोर सामग्री की संरचना
1कठोर चरणः वोल्फ़ट्रम कार्बाइड (WC)
- अनुपात की सीमा: ७०% ९५%
- प्रमुख गुण: विकर्स कठोरता ≥1400 HV के साथ अति उच्च कठोरता और पहनने के प्रतिरोध प्रदर्शित करता है।
- अनाज के आकार का प्रभाव:
- मोटा अनाज (38μm): उच्च कठोरता और प्रभाव प्रतिरोध, चक्की या कठिन इंटरलेयर के साथ संरचनाओं के लिए उपयुक्त।
- बारीक/अति बारीक अनाज (0.2μm): बढ़ी हुई कठोरता और पहनने के प्रतिरोध, क्वार्ट्ज सैंडस्टोन जैसे अत्यधिक घर्षण संरचनाओं के लिए आदर्श।
2. बांधनेवाला चरण: कोबाल्ट (Co) या निकेल (Ni)
- अनुपात की सीमा: 5~30%, वोल्फ्रेम कार्बाइड कणों को जोड़ने और कठोरता प्रदान करने के लिए एक ′′धातु चिपकने वाला पदार्थ′′ के रूप में कार्य करता है।
- प्रकार और विशेषताएं:
- कोबाल्ट आधारित (मुख्य विकल्प):
- फायदे: उच्च तापमान पर उच्च शक्ति, अच्छी ताप प्रवाहकता और उत्कृष्ट व्यापक यांत्रिक गुण।
- आवेदनः अधिकांश पारंपरिक और उच्च तापमान संरचनाएं (कोबाल्ट 400°C से नीचे स्थिर रहता है) ।
- निकेल आधारित (विशेष आवश्यकताएं):
- लाभः अधिक संक्षारण प्रतिरोध (H2S, CO2 और उच्च नमकीन ड्रिलिंग तरल पदार्थों के लिए प्रतिरोधी) ।
- अनुप्रयोगः अम्लीय गैस क्षेत्र, अपतटीय प्लेटफार्म और अन्य संक्षारक वातावरण।
- कोबाल्ट आधारित (मुख्य विकल्प):
3additives (माइक्रो-लेवल अनुकूलन)
- क्रोमियम कार्बाइड (Cr3C2): ऑक्सीकरण प्रतिरोध में सुधार करता है और उच्च तापमान स्थितियों में बाइंडर चरण हानि को कम करता है।
- टैंटलम कार्बाइड (TaC)/नियोबियम कार्बाइड (NbC): अनाज के विकास को रोकता है और उच्च तापमान कठोरता को बढ़ाता है।
टंगस्टन कार्बाइड हार्डमेटल चुनने के कारण
| प्रदर्शन | लाभ विवरण |
|---|---|
| पहनने के प्रतिरोध | कठोरता हीरे के बाद दूसरी है, क्वार्ट्ज रेत जैसे घर्षण कणों द्वारा क्षरण के लिए प्रतिरोधी (कढ़ाई दर स्टील की तुलना में 10+ गुना कम है) । |
| प्रभाव प्रतिरोध | कोबाल्ट/निकल बाइंडर चरण से कठोरता डाउनहोल कंपन और बिट रिबॉन्किंग (विशेष रूप से मोटे अनाज + उच्च कोबाल्ट फॉर्मूलेशन) से विखंडन को रोकती है। |
| उच्च तापमान में स्थिरता | 300 से 500 डिग्री सेल्सियस (कोबाल्ट आधारित मिश्र धातुओं में ~ 500 डिग्री सेल्सियस की तापमान सीमा होती है) के निचले छेद के तापमान पर प्रदर्शन बनाए रखता है। |
| जंग प्रतिरोध | निकेल आधारित मिश्र धातु सल्फर युक्त ड्रिलिंग तरल पदार्थों से जंग का विरोध करती है, अम्लीय वातावरण में सेवा जीवन को बढ़ाती है। |
| लागत प्रभावीता | हीरे/घन बोरॉन नाइट्राइड की तुलना में बहुत कम लागत, स्टील नोजल की तुलना में 20 से 50 गुना सेवा जीवन के साथ, इष्टतम समग्र लाभ प्रदान करता है। |
अन्य सामग्रियों के साथ तुलना
| सामग्री का प्रकार | नुकसान | अनुप्रयोग परिदृश्य |
|---|---|---|
| हीरा (पीसीडी/पीडीसी) | उच्च भंगुरता, खराब प्रभाव प्रतिरोध; अत्यंत महंगी (टॉन्ग्राम कार्बाइड की 100 गुना) । | नोजल के लिए दुर्लभ रूप से प्रयोग किया जाता है; कभी-कभी अत्यधिक घर्षण प्रयोगात्मक वातावरण में। |
| घन बोरॉन नाइट्राइड (पीसीबीएन) | अच्छा तापमान प्रतिरोध लेकिन कम कठोरता; महंगा। | अति-गहरी उच्च तापमान वाली कठोर संरचनाएं (गैर-मुख्यधारा) |
| सिरेमिक (Al2O3/Si3N4) | उच्च कठोरता लेकिन महत्वपूर्ण भंगुरता; कम थर्मल सदमे प्रतिरोध। | प्रयोगशाला सत्यापन के चरण में, अभी तक व्यावसायिक रूप से नहीं बढ़ाया गया है। |
| उच्च शक्ति वाला इस्पात | अपर्याप्त पहनने के प्रतिरोध, कम सेवा जीवन। | निम्न-अंत के बिट्स या अस्थायी विकल्प। |
IV. तकनीकी विकास की दिशाएं
1सामग्री अनुकूलन
- नैनोक्रिस्टलीय वोल्फ्रेम कार्बाइड: अनाज का आकार <200 एनएम, कठोरता 20% तक बढ़ जाती है (उदाहरण के लिए, Sandvik Hyperion TM श्रृंखला) ।
- कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत संरचना: नोजल की सतह पर उच्च कठोरता वाले बारीक अनाज के WC, उच्च कठोरता वाले मोटे अनाज + उच्च कोबाल्ट कोर, संतुलन पहनने और टूटने के प्रतिरोध।
2सतह को मजबूत करना
- डायमंड कोटिंग (सीवीडी): 2μ5μm फिल्म सतह कठोरता को बढ़ाकर >6000 HV कर देती है, जिससे जीवनकाल 3μ5 गुना बढ़ जाता है (30% लागत वृद्धि) ।
- लेजर क्लैडिंग: स्थानीय पहनने के प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए WC-Co परतें नोजल के कमजोर क्षेत्रों पर जमा की जाती हैं।
3. योज्य निर्माण
- थ्री-डी मुद्रित वोल्फ्रेम कार्बाइड: हाइड्रोलिक दक्षता में सुधार के लिए जटिल प्रवाह चैनलों (उदाहरण के लिए, वेंचुरी संरचनाओं) के एकीकृत गठन की अनुमति देता है।
V. सामग्री के चयन के लिए प्रमुख कारक
| परिचालन की शर्तें | सामग्री अनुशंसा |
|---|---|
| उच्च घर्षण संरचनाएं | ठीक/अत्यधिक ठीक अनाज WC + मध्यम-कम कोबाल्ट (6% 8%) |
| धक्का/कंपन प्रवण वर्ग | मोटे अनाज वाला WC + उच्च कोबाल्ट (10%13%) या वर्गीकृत संरचना |
| अम्लीय (एच2एस/सीओ2) वातावरण | निकेल आधारित बांधनेवाला पदार्थ + Cr3C2 योजक |
| अति-गहरे कुएं (>150°C) | कोबाल्ट आधारित मिश्र धातु + TaC/NbC additives (कम उच्च तापमान शक्ति के लिए निकल आधारित से बचें) |
| लागत-संवेदनशील परियोजनाएं | मानक मध्यम अनाज WC + 9% कोबाल्ट |
निष्कर्ष
- बाजार में प्रभुत्व: टंगस्टन कार्बाइड हार्डमेटल (WC-Co/WC-Ni) विश्व के ड्रिल बिट नोजल बाजारों का 95% हिस्सा है।
- प्रदर्शन का मूल: WC के अनाज के आकार, कोबाल्ट/निकल अनुपात और additives के समायोजन के माध्यम से विभिन्न गठन चुनौतियों के लिए अनुकूलन।
- अपरिवर्तनीयता: पहनने के प्रतिरोध, कठोरता और लागत को संतुलित करने के लिए इष्टतम समाधान बना हुआ है, अत्याधुनिक प्रौद्योगिकियों (नैनोक्रिस्टलाइजेशन, कोटिंग) के साथ इसके अनुप्रयोग की सीमाओं का और विस्तार होता है।