I. Komposisi Bahan Teras
1. Fasa Keras: Tungsten Carbide (WC)
- Julat Perkadaran: 70–95%
- Sifat Utama: Mempamerkan kekerasan ultra tinggi dan rintangan haus, dengan kekerasan Vickers ≥1400 HV.
- Pengaruh Saiz Bijirin:
- Bijirin Kasar (3–8μm): Keliatan tinggi dan rintangan hentaman, sesuai untuk pembentukan dengan batu kelikir atau interlayer keras.
- Bijirin Halus/Ultrafine (0.2–2μm): Kekerasan yang dipertingkatkan dan rintangan haus, sesuai untuk pembentukan yang sangat kasar seperti batu pasir kuarza.
2. Fasa Pengikat: Kobalt (Co) atau Nikel (Ni)
- Julat Perkadaran: 5–30%, bertindak sebagai “pelekat logam” untuk mengikat zarah tungsten karbida dan memberikan keliatan.
- Jenis dan Ciri:
- Berasaskan Kobalt (Pilihan Arus Perdana):
- Kelebihan: Kekuatan tinggi pada suhu tinggi, kekonduksian terma yang baik, dan sifat mekanikal komprehensif yang unggul.
- Penggunaan: Kebanyakan pembentukan konvensional dan suhu tinggi (kobalt kekal stabil di bawah 400°C).
- Berasaskan Nikel (Keperluan Khas):
- Kelebihan: Rintangan kakisan yang lebih kuat (tahan terhadap H₂S, CO₂, dan cecair penggerudian dengan kemasinan tinggi).
- Aplikasi: Medan gas berasid, platform luar pesisir dan persekitaran menghakis yang lain.
- Berasaskan Kobalt (Pilihan Arus Perdana):
3. Aditif (Pengoptimuman Tahap Mikro)
- Chromium Carbide (Cr₃C₂): Meningkatkan rintangan pengoksidaan dan mengurangkan kehilangan fasa pengikat di bawah keadaan suhu tinggi.
- Tantalum Carbide (TaC)/Niobium Carbide (NbC): Menghalang pertumbuhan bijirin dan meningkatkan kekerasan suhu tinggi.
II. Sebab Memilih Logam Keras Tungsten Carbide
| Prestasi | Penerangan Kelebihan |
|---|---|
| Ketahanan Pakai | Kekerasan kedua selepas berlian, tahan hakisan oleh zarah kasar seperti pasir kuarza (kadar haus 10+ kali lebih rendah daripada keluli). |
| Rintangan Kesan | Keliatan daripada fasa pengikat kobalt/nikel menghalang pemecahan daripada getaran lubang bawah dan sedikit melantun (terutama rumusan bijirin kasar + kobalt tinggi). |
| Kestabilan Suhu Tinggi | Mengekalkan prestasi pada suhu lubang bawah 300–500°C (aloi berasaskan kobalt mempunyai had suhu ~500°C). |
| Rintangan Kakisan | Aloi berasaskan nikel menahan kakisan daripada cecair penggerudian yang mengandungi sulfur, memanjangkan hayat perkhidmatan dalam persekitaran berasid. |
| Keberkesanan kos | Kos yang jauh lebih rendah daripada berlian/boron nitrida padu, dengan hayat perkhidmatan 20–50 kali ganda daripada muncung keluli, menawarkan faedah keseluruhan yang optimum. |
III. Perbandingan dengan Bahan Lain
| Jenis Bahan | Keburukan | Senario Aplikasi |
|---|---|---|
| Berlian (PCD/PDC) | Kerapuhan yang tinggi, rintangan hentaman yang lemah; sangat mahal (~100x tungsten karbida). | Jarang digunakan untuk muncung; sekali-sekala dalam persekitaran eksperimen yang melelas yang melampau. |
| Cubic Boron Nitride (PCBN) | Rintangan suhu yang baik tetapi keliatan rendah; mahal. | Pembentukan keras suhu tinggi ultra-dalam (bukan arus perdana). |
| Seramik (Al₂O₃/Si₃N₄) | Kekerasan tinggi tetapi kerapuhan yang ketara; rintangan kejutan haba yang lemah. | Dalam peringkat pengesahan makmal, belum skala komersial. |
| Keluli Berkekuatan Tinggi | Rintangan haus yang tidak mencukupi, hayat perkhidmatan yang pendek. | Bit hujung rendah atau alternatif sementara. |
IV. Arah Evolusi Teknikal
1. Pengoptimuman Bahan
- Nanohabluran Tungsten Karbida: Saiz butiran <200nm, kekerasan meningkat sebanyak 20% tanpa menjejaskan keliatan (cth, siri Sandvik Hyperion™).
- Struktur Bergred Berfungsi: WC bijirin halus berkekerasan tinggi pada permukaan muncung, bijirin kasar berkeliaran tinggi + teras kobalt tinggi, mengimbangi haus dan rintangan patah.
2. Pengukuhan Permukaan
- Salutan Berlian (CVD): Filem 2–5μm meningkatkan kekerasan permukaan kepada >6000 HV, memanjangkan hayat sebanyak 3–5x (30% peningkatan kos).
- Pelapisan Laser: Lapisan WC-Co didepositkan pada kawasan muncung yang terdedah untuk meningkatkan rintangan haus setempat.
3. Pembuatan Aditif
- Tungsten Carbide Bercetak 3D: Membolehkan pembentukan bersepadu saluran aliran kompleks (cth, struktur Venturi) untuk meningkatkan kecekapan hidraulik.
V. Faktor Utama untuk Pemilihan Bahan
| Keadaan Operasi | Cadangan Bahan |
|---|---|
| Pembentukan yang sangat kasar | WC bijirin halus/ultrafine + kobalt sederhana rendah (6–8%) |
| Bahagian yang terdedah kepada hentaman/getaran | WC bijirin kasar + kobalt tinggi (10–13%) atau struktur berperingkat |
| Persekitaran berasid (H₂S/CO₂). | Pengikat berasaskan nikel + bahan tambahan Cr₃C₂ |
| Telaga ultra dalam (>150°C) | Aloi berasaskan kobalt + aditif TaC/NbC (elakkan berasaskan nikel untuk kekuatan suhu tinggi yang lemah) |
| Projek sensitif kos | WC bijirin sederhana standard + 9% kobalt |
Kesimpulan
- Penguasaan Pasaran: Logam keras tungsten karbida (WC-Co/WC-Ni) ialah arus perdana mutlak, menyumbang >95% daripada pasaran muncung bit gerudi global.
- Teras Prestasi: Kebolehsuaian kepada cabaran pembentukan yang berbeza melalui pelarasan dalam saiz butiran WC, nisbah kobalt/nikel dan bahan tambahan.
- Tidak boleh diganti: Kekal sebagai penyelesaian optimum untuk mengimbangi rintangan haus, keliatan dan kos, dengan teknologi termaju (nanocrystallization, salutan) mengembangkan lagi sempadan aplikasinya.
Masa siaran: Jun-03-2025
