Vật liệu gốm kim loại có thể thay thế hợp kim cacbua trong khoan đá khai thác mỏ không?
Vật liệu gốm kim loại có thể thay thế hợp kim cacbua trong khoan đá khai thác mỏ không?
Từ năm 2025, giá cacbua vonfram đã tăng mạnh do hạn ngạch khai thác vonfram và kiểm soát xuất khẩu chặt chẽ hơn. Bột cacbua vonfram đã đạt khoảng 2.400 nhân dân tệ/kg, làm tăng áp lực chi phí trên toàn chuỗi cung ứng dụng cụ khoan đá.
Điều này đã đặt ra một câu hỏi quan trọng: liệu vật liệu gốm kim loại có thể thay thế cacbua xi măng trong các ứng dụng khoan khai thác mỏ hay không?
Nguyên liệu thô và chi phí
Việc khai thác hợp kim cacbua xi măng chủ yếu bao gồm cacbua vonfram (WC) và coban (Co), do đó nó phụ thuộc rất nhiều vào nguồn tài nguyên vonfram đắt tiền.
Vật liệu gốm kim loại (cermet) được làm từ titan cacbonitrit, Ti(C,N), hoặc alumina, Al₂O₃, và không sử dụng vonfram. Điều này giúp chúng tránh được sự ảnh hưởng trực tiếp bởi giá vonfram tăng cao.
Theo dữ liệu thị trường tháng 3 năm 2026, titan cacbonitrit loại công nghiệp cỡ 300 mesh được niêm yết ở mức khoảng 535 nhân dân tệ/kg, thấp hơn đáng kể so với giá khoảng 2.400 nhân dân tệ/kg của bột vonfram cacbua. Do đó, vật liệu gốm kim loại có lợi thế rõ rệt về chi phí nguyên liệu.
Độ cứng và độ bền chống gãy
Hợp kim cacbua xi măng dùng trong khai thác mỏ thường có độ cứng khoảng 88,0–90,8 HRA và độ bền chống gãy khoảng 10–15 MPa·m¹ᐟ². Sự kết hợp này mang lại khả năng chống va đập mạnh và cho phép vật liệu chịu được các tác động khoan đá tần số cao.
Vật liệu gốm kim loại có thể có độ cứng cao hơn một chút, khoảng 90,0–92,0 HRA, nhưng độ bền chống nứt của chúng thấp hơn, khoảng 5–10 MPa·m¹ᐟ². Khi chịu tác động lặp đi lặp lại, chúng dễ bị sứt mẻ hoặc vỡ hơn.
Giới hạn thay thế hiện tại
Mặc dù vật liệu gốm kim loại có chi phí nguyên liệu thô thấp hơn, nhưng hiện tại chúng vẫn chưa thể thay thế hoàn toàn hợp kim cacbua xi măng trong mọi điều kiện khoan đá khai thác mỏ.
Độ bền thấp hơn là một hạn chế lớn của chúng trong các ứng dụng khoan va đập tần số cao, tải trọng nặng và thiết bị công suất cao. Hiện nay, vật liệu gốm kim loại chỉ có thể được xem xét cho các ứng dụng hạn chế như các tầng đá cực cứng và điều kiện hoạt động ít va đập.
Việc lựa chọn vật liệu không chỉ cần xem xét độ cứng và giá cả, mà còn cả tải trọng va đập, đặc tính mỏi, độ mài mòn của đá, thiết kế mũi khoan và rủi ro hỏng hóc.
Phát triển trong tương lai
Những tiến bộ trong việc cải tiến vật liệu gốm kim loại, công nghệ tăng cường độ bền và sản xuất vật liệu composite có thể cải thiện khả năng chống va đập và độ bền chống gãy.
Nếu những cải tiến kỹ thuật này được đạt được và kiểm chứng thông qua quá trình sử dụng thực tế lâu dài, vật liệu gốm kim loại có thể mở rộng ứng dụng trong khoan đá khai thác mỏ. Tuy nhiên, việc thay thế rộng rãi cacbua xi măng sẽ phụ thuộc vào những cải tiến hiệu suất có thể đo lường được, sự xác thực thực tế và tổng chi phí vòng đời.
