新型硼化钨超硬材料出现,是否会取代碳化钨在钻井业的地位

近日,一支由国际科学家组成的团队报道了一种可用于钻井,机械制造和其他领域的新型超硬材料——一种以硼化钨为基础的化合物。经过研究证实,这种所研发的新型硼化钨性能优于目前正在广泛使用的硬质碳化钨钴复合材料和人造钻石材料。

超硬材料在钻井,机械制造,金属加工,国防工业,医药等诸多领域都有广泛的应用。钻石虽然拥有最高的硬度,但是却是较稀贵的材料,即便是人造的钻石,其成本对于许多应用来说都是难以承受的。所以,在过去的80年中,它的竞争对手——碳化钨钴硬质合金钻头以无以伦比的性价比保持着市场主导地位。

钻井图片

硼化钨是一种黑色或灰色六方结晶粉末,同样具有较高的硬度,常被用作耐磨件的耐磨涂层及半导体薄膜。之前由于合成较难的原因,国内外对于硼化钨的报道和应用较少。

碳化钨材料已经在制造钻机的钻头的应用上服役了几十年,包括钻头,包括射孔弹(射孔弹是一种类似于穿甲弹的钻井工具)。这些刚硬的材料要么需要较高压力的合成,要么断裂韧性要低得多。总之它们起码需要先两个硬指标,即硬度和韧度。

众所周知,硬和韧是金属中相互对立相互制约的两个参数,硬度高韧度就低,材料易脆易断,因此,寻找两个参数的平衡点是科学家们多年来致力研究的对象。、科学家使用USPEX演化算法预测了一种新材料WB5,该材料可以在常压下合成,并且可以成功地使钻头在两个最重要的参数-硬度和断裂韧性之间形成平衡。与碳化钨钴合金钻头相比,硼化钨分别高出50%和低20%。新材料是以前未知的化合物,并且可以在正常条件下轻松获得。目前,该新材料正在俄罗斯的一个大型项目内进行测试,有望成为钻探应用的新材料。

有趣的是,这个科学家团队所发现的新材料是在超级计算机系统的模似合成下确认的。之前它们尝试了很多材料,并将它们输入计算机系统,借以预测和计算出这些材料的性能。最终如沧海遗珠般地发现了这种新的物质。总之“钨硼系统一直是许多实验和理论研究的主题,但是他们新发现的这种硼化钨化合物直到现在还没有被发现,这真是令人惊讶的,那它是否有条件与主导了近一个世纪的碳化钨钴合金材料竞争?

 

 

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