Если честно, когда слышишь про коррозионностойкий карбид бора, первое что приходит в голову — это лабораторные отчёты с идеальными цифрами. Но на практике всё иначе: та же марка B4C в серной кислоте может показывать разную стойкость из-за содержания свободного углерода. Помню, в 2018 году мы тестировали партию от китайского производителя — вроде бы по паспорту 99.5% чистоты, а в 70% HNO3 за неделю потеря массы оказалась выше заявленной на 15%. Вот тут и понимаешь, что коррозионная стойкость — это не просто цифра в спецификации, а комплекс параметров от размера частиц до технологии синтеза.
Многие до сих пор считают, что главный враг карбида бора — только щелочи. На самом деле, даже нейтральные среды с примесями хлоридов могут вызывать локальную коррозию. Особенно это критично для уплотнительных колец химнасосов — микротрещины от перепада температур плюс агрессивная среда сокращают срок службы вдвое. Как-то на одном из нефтехимических заводов под Уфой ставили эксперимент: сравнивали керамику на основе B4C от трёх поставщиков. Результат показал, что образцы с размером зерна 3-5 мкм выдержали на 300 часов дольше, чем крупнозернистые аналоги. Мелочь? Нет — именно такие детали определяют надёжность всей системы.
Кстати, про карбид бора от ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив — их марка 'Хуангэн' изначально разрабатывалась для кислотных сред. В техпаспорте честно указаны предельные концентрации: например, для соляной кислоты до 35% при 80°C. Но мы проверяли на реальном оборудовании — в теплообменниках с циркулирующим рассолом NaCl. Через 6 месяцев эксплуатации эрозия составила менее 0.1 мм/год, что для абразивных сред очень достойно. Хотя надо признать — при температурах выше 200°C в окислительных сдах их материал начинает уступать спечённым карбидам с добавками Cr.
Самое сложное — объяснить заказчикам, что коррозионностойкость не абсолютна. Был случай на заводе полимеров: закупили сопла для дюз из B4C, а через месяц — трещины. Оказалось, в процессе мыли паром под давлением, а термостойкость не учли. Пришлось переходить на композит B4C-SiC, хотя изначально проект рассчитывали на чистый карбид. Вот почему сейчас мы всегда требуем полный техрегламент среды, включая температурные циклы и механические нагрузки.
Если говорить про коррозионностойкий карбид бора от китайских производителей, то у Шимань Босэн интересная история. Их первая линия на 3000 тонн, запущенная ещё в 2015, изначально ориентировалась на крупные фракции 500-800 мкм. Но рынок потребовал перехода на тонкие порошки — и они достаточно быстро перенастроили процесс. Сейчас у них вторая линия на 2000 тонн как раз для глубокой переработки, причём контроль содержания бора ведут по собственной методике — утверждают, что добились вариативности не более 0.3% между партиями.
Лично видел их лабораторные журналы — там жёсткий контроль на каждом этапе: от сырья до упаковки. Особенно строгие требования к содержанию кислорода — не более 0.8%, что для карбида бора довольно серьёзный показатель. Кстати, их сайт cn-boroncarbide.ru содержит довольно детальные ТУ, что редкость для китайских производителей. Обычно дают общие фразы, а тут — конкретные графики коррозии в разных средах, правда, для некоторых кислот данные приведены только для комнатной температуры.
Что действительно важно — они не скрывают ограничений. Например, в технической документации чётко указано: не рекомендуется для плавиковой кислоты любой концентрации и горячих фосфатных растворов. Это профессиональный подход — лучше заранее предупредить, чем потом разбираться с последствиями. Хотя, если честно, для HF вообще сложно подобрать стойкий материал кроме некоторых сплавов и полимеров.
В 2021 году мы использовали их карбид бора для напыления на арматуру хлорных электролизёров. Слой всего 200 мкм, но за счёт мелкозернистой структуры (D50=1.2 мкм) держался отлично — через 12 месяцев эксплуатации остаточная толщина была не менее 170 мкм. Правда, пришлось повозиться с режимами напыления — стандартные параметры для B4C давали пористость до 8%, а для хлорсодержащих сред это недопустимо. В итоге подобрали оптимальный вариант с предварительным подогревом субстрата до 400°C.
Ещё один интересный опыт — изготовление износостойких вкладышей для насосов перекачки шламов. Брали прессованные заготовки от Шимань Босэн, доводили механической обработкой до точных размеров. Самое сложное — соблюдение чистоты поверхности после шлифовки, ведь малейшие царапины становятся очагами коррозии. Пришлось разработать специальный протокол финишной обработки алмазными пастами с последующей ультразвуковой очисткой в изопропаноле.
Кстати, про экономическую составляющую: их продукция хоть и дороже среднекитайских аналогов на 15-20%, но дешевле европейских почти вдвое. При этом по коррозионной стойкости в кислых сдах разницы с немецкими образцами мы не заметили. Хотя для щелочных сред всё же предпочитаем брать японские материалы — там другой подход к легированию.
Самая грубая наша ошибка была в 2019 году — решили сэкономить и взяли 'универсальный' B4C для изготовления форсунок пескоструйного аппарата. Через две недели работы в среде с морской водой — катастрофический износ плюс точечная коррозия. Разбор показал: материал содержал силикатные включения, которые вымывались, создавая каверны. После этого случая начали требовать от поставщиков не только сертификаты, но и результаты микрорентгенофлуоресцентного анализа.
С тех пор сотрудничаем с Шимань Босэн — у них стабильная сырьевая база из собственных месторождений бора в Цинхае. Это важно, потому что примеси в исходном сырье — главная причина нестабильности коррозионных характеристик. Их технологи утверждают, что контролируют 17 элементов-примесей, включая такие 'неочевидные' как галлий и молибден. Не знаю, насколько это маркетинг, но по нашим замерам разброс параметров между партиями действительно минимальный.
Интересный момент: они первыми из китайских производителей начали указывать не просто 'стойкость к кислотам', а дают дифференцированные данные для статических и динамических условий. Например, для 40% H2SO4 при 60°C в неподвижной среде потеря массы 0.05 мг/см2·сут, а при скорости потока 2 м/с — уже 0.12 мг/см2·сут. Такая детализация помогает точнее рассчитывать ресурс оборудования.
Сейчас вижу тенденцию к созданию гибридных материалов на основе коррозионностойкого карбида бора — например, с добавлением нитрида титана или карбонитрида циркония. Это позволяет расширить температурный диапазон применения до 1000°C в окислительных сдах. У Шимань Босэн пока таких разработок нет, но по слухам, их исследовательский отдел работает над B4C-SiC композитами. Если удастся снизить стоимость таких материалов, это совершит революцию в химическом машиностроении.
Ещё одно направление — функциональные покрытия. Мы экспериментировали с нанесением B4C методом HVOF на нержавеющую сталь — результат обнадёживающий, но пока дорого. Толщина слоя всего 80-100 мкм, но коррозионная стойкость сравнима с твёрдым сплавом тантала. Думаю, через 2-3 года такие технологии станут коммерчески доступными.
Что касается классического карбида бора — здесь прогресс идёт в сторону улучшения спекаемости и снижения температуры синтеза. Российские институты предлагают интересные методы СВС-синтеза, но до промышленного внедрения пока далеко. А китайские производители типа Шимань Босэн сосредоточились на оптимизации существующих процессов — и надо признать, добились неплохих результатов при сохранении приемлемой цены.
