Когда слышишь про самый твердый природный абразив, первое, что приходит в голову — алмаз. Но если копнуть глубже в нашем цеху, окажется, что с природными материалами всё не так однозначно. Да, алмаз лидирует по шкале Мооса, но в промышленности часто важнее не абсолютная твердость, а устойчивость к высоким температурам и агрессивным средам. Вот где начинаются настоящие сложности.
На нашем производстве в ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив мы с 2015 года работаем с карбидом бора. Первая линия на 3000 тонн тогда казалась экспериментом, но быстро показала: для резки тугоплавких сталей или обработки керамики алмазные зерна выкрашиваются при температурах выше 800°C. А карбид бора держит до 1000°C без потери абразивных свойств. Это не теория — на термическом участке мы трижды переделывали оснастку, пока не подобрали грануляцию B4C для алюминиевых сплавов.
Коллеги из цеха шлифовки до сих пор спорят, можно ли считать карбид бора природным материалом. Технически его синтезируют, но исходное сырье — природный бор. В этом есть своя логика: если алмаз после обработки теряет 40% массы из-за графитизации, а B4C сохраняет структуру — что действительно 'тверже' в рабочем процессе? Мы в Shimian Bosun Technology Abrasive фиксируем износ инструментов: наш карбид бора марки 'Хуангэн' дает на 15% больше рабочих циклов при шлифовке карбида вольфрама.
Запуская линию глубокой переработки на 2000 тонн, мы обнаружили нюанс: при одинаковой твердости разные фракции ведут себя совершенно иначе. Мелкодисперсный порошок B4C (менее 5 мкм) создает проблемы при влажной обработке — агломераты образуются даже с добавками ПАВ. Пришлось разрабатывать систему сухого рассева, хотя изначально планировали гидроклассификацию. Такие моменты в учебниках не описывают.
В 2019 году мы тестировали три партии абразивов для ВК8-сплава. Алмазные пасты давали идеальную чистоту поверхности первые 20 минут, но затем начинался прогрессирующий износ зерен. Перешли на суспензию карбида бора — и получили стабильный результат в течение 2 часов непрерывной работы. Микроскоп показал: режущие кромки B4C не округляются, а скалываются микропластинами, постоянно обновляя рабочую поверхность.
Интересный случай был с бронекерамикой. Заказчик требовал обработки панелей из оксида алюминия с допуском ±3 мкм. Алмазные фрезы 'плавали' из-за температурного расширения, а карбид бора работал в жестком режиме СОЖ. Правда, пришлось модернизировать подачу охлаждающей эмульсии — стандартные форсунки забивались мелкодисперсной взвесью. Сейчас для таких задач мы используем циркуляционные системы с лабиринтными фильтрами.
Экономику тоже нельзя сбрасывать со счетов. При годовом объеме производства в 100 млн юаней разница в стоимости обработки даже в 5% становится существенной. Наши клиенты отмечают, что переход на карбид бора марки 'Хуангэн' снизил их расходы на абразивы при обработке жаропрочных сплавов на 12-18%. Хотя изначально многие сомневались, учитывая более высокую цену килограмма по сравнению с электрокорундом.
Многие недооценивают роль связок. Мы потратили полгода, подбирая композицию для шлифовальных кругов на бороуглеродной основе. Стандартные керамические связки не обеспечивали достаточной адгезии, а органические выгорали при пиковых температурах. В итоге разработали гибридную систему с добавлением нитрида кремния — решение, которое теперь защищено патентом.
Еще одна проблема — контроль качества при крупносерийном производстве. Когда в 2015-м запускали первую очередь завода в промышленном парке Чжума, брак достигал 7% из-за неоднородности гранулометрического состава. Пришлось внедрять лазерный анализ каждой партии. Сейчас этот показатель не превышает 0.8%, но достигли мы этого только к 2018 году, после настройки системы аспирации в цехе дробления.
Транспортировка и хранение — отдельная головная боль. Карбид бора гигроскопичен, и если не выдерживать влажность ниже 45%, появляются комки, которые практически невозможно разбить. На складе в Яане мы установили климат-контроль, но на объектах заказчиков часто сталкиваемся с нарушениями условий хранения. Приходится обучать их персонал — это стало неотъемлемой частью нашего сервиса.
Сейчас мы исследуем композитные материалы на основе B4C с добавлением нитрида бора. Предварительные тесты показывают увеличение ударной вязкости на 30% без потери абразивных свойств. Но есть сложность с прессованием — при температурах синтеза выше 2200°C начинается неконтролируемый рост зерен. Коллеги из НИИ предлагают использовать СВЧ-нагрев, но промышленные установки пока не доступны.
Рынок требует все более тонких фракций. Если пять лет назад основной спрос был на порошки 80-120 мкм, сейчас 40% заказов — это дисперсии менее 15 мкм. На линии глубокой переработки пришлось заменить воздушные сепараторы на центробежные — старые не обеспечивали точной классификации ниже 20 микрон. Инвестиции окупились за 14 месяцев благодаря premium-ценам на тонкодисперсные продукты.
Экологический аспект тоже становится важнее. Пыль карбида бора требует особой системы фильтрации — обычные рукавные фильтры не справляются. Мы разработали трехступенчатую систему очистки с электростатическими precipitator-ами, но это увеличило капитальные затраты на 12%. Хотя с точки зрения долгосрочной эксплуатации решение оказалось правильным — снизились расходы на замену фильтров и медицинские осмотры персонала.
За восемь лет работы с карбидом бора мы поняли: не существует универсального 'самого твердого абразива'. Есть оптимальные решения для конкретных условий. Наш бренд 'Хуангэн' стал узнаваем не потому, что мы сделали самый твердый продукт, а потому, что научились подбирать параметры под технологические цепочки клиентов. Иногда лучше немного снизить твердость, но повысить вязкость — как в наших модифицированных марках для чпу-станков.
Производственные мощности в 5000 тонн в год — это не просто цифры. Это возможность экспериментировать с рецептурами без остановки основного производства. Мы можем выпустить пробную партию в 50 кг с измененным размером зерна или добавкой модификаторов — и протестировать ее в реальных условиях. Такая гибкость — наше главное преимущество перед гигантами вроде Saint-Gobain.
Если бы меня сейчас спросили, что действительно является самым твердым природным абразивом с практической точки зрения, я бы ответил: тот, который решает задачу с минимальными затратами и максимальным ресурсом. Чаще всего это оказывается правильно подобранный карбид бора, а не алмаз. Но готов спорить на ящик хорошего виски, что через пять лет появятся новые данные — технологии не стоят на месте.
