I. 핵 재료 구성
1단단한 단계: 텅프렌 탄화물 (WC)
- 비율 범위: 70~95%
- 주요 특성: 고도로 높은 경화 및 마모 저항성을 나타냅니다.
- 곡물 크기 의 영향:
- 거친 곡물 (38μm): 높은 강도와 충격 저항성, 자갈 또는 단단한 간층을 가진 형식에 적합합니다.
- 미세/우상미세 곡물 (0.2μm): 강화된 경직성 및 마모 저항성, 쿼츠 샌드스톤과 같은 고 가습성 형식에 이상적입니다.
2접착기 단계: 코발트 (Co) 또는 니켈 (Ni)
- 비율 범위: 5~30%, ′′금속 접착제"로 작용하여 텅프렌 탄화물 입자를 결합하고 강도를 제공합니다.
- 종류 및 특성:
- 코발트 기반 (주류 선택):
- 장점: 높은 온도 에서 높은 강도, 좋은 열전도성, 우수한 전체 기계적 특성.
- 응용: 대부분의 일반 및 고온 형성 (코발트는 400 °C 이하에서 안정적입니다).
- 니켈 기반 (특별 요구 사항):
- 장점: 더 강한 부패 저항성 (H2S, CO2 및 고 염분 분해 액체에 저항성).
- 적용: 산성 가스 필드, 해상 플랫폼 및 다른 부식성 환경.
- 코발트 기반 (주류 선택):
3첨가물 (마이크로 레벨 최적화)
- 크로미움카바이드 (Cr3C2): 산화 저항을 향상시키고 고온 조건에서 결합자 단계 손실을 줄입니다.
- 탄탈산 (TaC) /니오비아산 (NbC): 곡물 성장을 억제하고 고온 경화도를 높인다.
II. 텅스텐 탄화물 고금속을 선택하는 이유
| 성능 | 장점 설명 |
|---|---|
| 착용 저항 | 진흙과 같은 가열 입자에 의한 침식에 저항하는 다이아몬드 다음의 강도 (화강보다 10배 이상 낮은 마모율). |
| 충격 저항 | 코발트/니켈 결합 단계의 강도는 하구 진동과 비트 반발 (특히 거친 곡물 + 고 코발트 함유) 으로 인한 조각을 방지합니다. |
| 고온 안정성 | 300~500°C의 바닥 구멍 온도에서 성능을 유지합니다. (코발트 기반 합금은 ~500°C의 온도 제한이 있습니다.) |
| 부식 저항성 | 니켈 기반의 합금은 황을 함유 한 굴착 유체의 부식에 저항하여 산성 환경에서 서비스 수명을 연장합니다. |
| 비용 효율성 | 다이아몬드/큐브 붕산이트라이드보다 훨씬 저렴한 비용으로, 철강 노즐의 20~50배의 서비스 수명으로 최적의 전반적인 이점을 제공합니다. |
III. 다른 재료와의 비교
| 소재 종류 | 단점 | 적용 시나리오 |
|---|---|---|
| 다이아몬드 (PCD/PDC) | 높은 부서지기성, 낮은 충격 저항성; 매우 비싸다 (통프렌 탄화수소 ~ 100배). | 드물게 노즐에 사용되는데, 가끔은 극도로 가려운 실험 환경에서 사용되기도 합니다. |
| 큐브 보론 나이트라이드 (PCBN) | 좋은 온도 저항성, 하지만 강도가 낮습니다. 비싸죠. | 극심한 고온의 단단한 형성 (기반류가 아닌) |
| 세라믹 (Al2O3/Si3N4) | 높은 경직성, 그러나 상당한 깨지기성, 열 충격 저항성이 떨어집니다. | 실험실 검증 단계이지만 아직 상업적으로 적용되지 않았습니다. |
| 고강 강철 | 부적절한 마모 저항력, 짧은 수명 | 낮은 가격의 비트 또는 일시적인 대안. |
기술 발전 방향
1재료 최적화
- 나노 크리스탈린 텅프렌 탄화물: 곡물 크기가 <200nm, 강도를 손상시키지 않고 강도를 20% 증가시킵니다 (예를 들어 Sandvik HyperionTM 시리즈).
- 기능적 차원 구조: 노즐 표면에 높은 강도 얇은 곡물 WC, 높은 강도 거친 곡물 + 높은 코발트 코어, 균형 착용 및 깨지기 저항.
2표면 강화
- 다이아몬드 코팅 (CVD): 2μ5μm 필름은 표면 경직도를> 6000 HV까지 증가시켜 수명을 3×5배 증가시킵니다. (비용 30% 증가).
- 레이저 클레이딩: WC-Co 층은 지역적 마모 저항을 향상시키기 위해 취약한 노즐 부위에 퇴적됩니다.
3첨가물 제조
- 3D 인쇄 텅스텐 탄화물: 복잡한 흐름 채널 (예: 벤투리 구조) 을 통합적으로 형성하여 수압 효율을 향상시킵니다.
V. 재료 선택 의 핵심 요인
| 운영 조건 | 자료 추천 |
|---|---|
| 고 경개성 형식 | 미세/우주미세 곡물 WC + 중저량 코발트 (6%~8%) |
| 충격/진동에 취약한 구간 | 거친 곡물 WC + 고 코발트 (10~13%) 또는 분류 구조 |
| 산성 (H2S/CO2) 환경 | 니켈 기반 결합제 + Cr3C2 첨가물 |
| 초심층 우물 (>150°C) | 코발트 기반 합금 + TaC/NbC 첨가물 (약한 고온 강도를 위해 니켈 기반을 피하십시오) |
| 비용에 민감한 프로젝트 | 표준 중간 곡물 WC + 9% 코발트 |
결론
- 시장 지배력: 텅스텐 탄화물 하드메탈 (WC-Co/WC-Ni) 은 절대적인 주류이며, 전 세계 드릴 비트 노즐 시장의 > 95%를 차지합니다.
- 성능 핵심: WC 곡물 크기, 코발트/니켈 비율 및 첨가물 조정으로 다양한 형성 과제에 적응 할 수 있습니다.
- 대체 불가능성: 착용 저항, 견고성 및 비용을 균형 잡는 최적의 솔루션으로 남아 있으며, 최첨단 기술 (나노 크리스탈화, 코팅) 으로 응용 경계를 더욱 확장합니다.