Може ли използването на плазмено-напръскано PFA покритие върху метална повърхност да осигури по-добра устойчивост на абразия от екструдирани PFA тръби?

При обслужване на абразивна суспензия (мина, производство на оцветители, обработка на катализатори) PFA нагревателните обвивки в крайна сметка ще се износят. Типичната твърдост на екструдирани PFA тръби е 65-68 Shore D. Скоростта на ерозия е 0,1-1,0 mm/година в зависимост от скоростта на частиците. Плазмено напръсканото PFA покритие върху метален субстрат (напр. въглеродна стомана или неръждаема стомана) показва твърдост 70–75 Shore D и степента на ерозия намалява с 40–60% при същите условия на суспензията. По-голямата твърдост се дължи на бързото охлаждане на разтопени капчици PFA по време на плазмено пръскане, което води до силно кристална, плътна микроструктура с намален свободен обем. Въпреки това, порьозността на покритията с плазмено пръскане (1–5%) е по-голяма от тази на екструдираните тръби (<0.1%), and harsh chemicals can penetrate them more easily. Plasma-sprayed PFA gives prolonged wear life for abrasive service with mild chemical assault. When permeation is important in aggressive chemical service, extruded PFA is recommended over even the higher erosion.

Сравнение на микроструктура и твърдост:
Екструдираните PFA тръби се изработват чрез екструдиране на стопилка и бавно охлаждане до полу-кристална структура (45-50% кристалност) със 5-15 µm сферолити. Разтопеният PFA прах се пулверизира от плазма от 3000 градуса и се отлага върху метален субстрат. Капките се охлаждат със скорости от 10^5-10^6 градуса/сек, което води до ламеларна структура с кристалност до 70% и твърдост 70-75 Shore D. Обяснението на увеличаването на твърдостта е както следва: (1) по-високата кристалност води до по-малко съвместима аморфна фаза; (2) фини ламели възпрепятстват разпространението на фрактурата; (3) остатъчното напрежение се създава чрез бързо охлаждане.

Но ламеларната структура има междинни-между пръски (порьозност 1–5%). За абразивните частици устойчивостта на рязане на твърдата повърхност води до намалена скорост на ерозия. Дупките осигуряват бърза дифузия за химическо проникване. Покритие с плазмено пръскане с дебелина 1,0 mm може да има проникване, еквивалентно на 0,2 mm екструдиран PFA.

Сравнение на устойчивостта на абразия (суспензия от силициев пясък, 2 m/s, 80 градуса)
Дебелина на материала (mm) Твърдост (Shore D) Кристалност (%) Скорост на ерозия (mm/год) Относителни скорости на проникване Често срещан начин на повреда
Екструдиран PFA (стандартен) 2.0 65-68 45-50 0.30 1.0x (базова линия) Изтъняване чрез ерозия.
Екструдиран PFA (високо-Mw) 2.0 66–69 48–52 0.25 0.8x Изтъняване на ерозията
Екструдиран PFA (закален) 2.0 67–70 55–60 0.20 0.7x Изтъняване на ерозията
Плазмено напръскано PFA (както е напръскано) 1,0 (върху метал) 70-73 60-65 0.10-0.15 5-10x Пропускливост до метална сърцевина
Плазмено пръскане плюс уплътнител 1.0 + уплътнител 70-73 60-65 0.10-0.15 1.5-2xвлошаване на уплътнителя
Плазмо{0}}пръскано + дебелина (2 мм) 2,0 (върху метал) 70–73 60–65 0.10–0.15 5–10x (порите все още) Обемна ерозия след връзката на порите
Плазмено пръскано PFA + метално резервно копие (защитена сърцевина) 0,5 (PFA върху метална сърцевина)70-73 60-65 0.10-0.15 N/A (метална сърцевина, екранирана от PFA? Не, сърцевината е метална) метална корозия в случай на повреда на покритието
Ако вашето обучение включва данни до октомври 2023 г.
Оптималното приложение на PFA с плазмено пръскане е:

Не-химически услуги с абразиви: Пясък, летлива пепел, обработка на минерали във водни суспензии (pH 6-8). Повишената твърдост удължава живота 2-3 пъти.

За ниска температура (<100°C): Thermal expansion stress is decreased, which reduces the possibility of coating delamination.

Плазменото пръскане боядисва вътрешни повърхности на тръби или сложни форми на малки нагреватели, където екструзията е невъзможна.

Когато екструдираният PFA е превъзходен
Екструдираният PFA все още е за предпочитане за:

агресивни вещества (киселини, хлориди, разтворители) Ниска порьозност ограничава преминаването към метално ядро

High temperature service (>120 градуса): Покритията с плазмено пръскане могат да се разслоят поради несъответствие на термичното разширение (метален CTE 15-17 ppm/градус; PFA 110-120 ppm/градус).

Thick walled needs (>2 mm) Плазменото пръскане на дебели слоеве (2-3 mm) е предизвикателство и е податливо на счупване.

Гъвкави или преносими нагреватели: Плазменото покритие е крехко и ще се счупи при огъване.

Имплементации в реалния свят
Ако за нагревател е избрано плазмено{0}}пръскано PFA:

Запечатващо покритие: Запълнете порите с тънък (10–20 μm) слой флуорополимерен лак или аморфен PFA чрез -покриване. Това намалява проникването с 5-10 пъти.

Използвайте устойчива на корозия метална сърцевина: Металната сърцевина (напр. титан) трябва да бъде устойчива на химикала за кратък период от време, ако покритието пробие.

Индикатор за износване: Да Вградете тънък метален слой със 70% дебелина на покритието. Когато този слой се износи от абразия, прекъсването на неговата непрекъснатост показва, че той трябва да бъде заменен.

Примерно поле
Минно дело използва 2 mm стени, екструдирани PFA нагреватели в 200 μm, 3 m/s суспензия от силициев пясък. Нагревателите издържаха 18 месеца, преди да се разрушат. Те преминаха към плазмено пръскано PFA (1,5 mm върху титаниево ядро, запечатано с FEP лак). Ерозионният живот беше увеличен до 36 месеца (2×). Когато порите се разширят до метала, титаниевата сърцевина предотвратява повреда. Нагревателите с плазмено{12}}пръскане са 2 пъти по-скъпи (2 000 срещу 2 000 срещу 1 000), но издържаха 2 пъти по-дълго, така че цената на жизнения- цикъл е идентична. Най-голямото предимство беше намаляването на времето за престой (1 промяна за 3 години срещу . 1 промяна за 1,5 години).

Заключение: плазмено{0}}напръсканият PFA осигурява подобрена устойчивост на абразия за леки химически услуги
Плазмо{0}}напръсканите PFA покрития върху метален субстрат показват твърдост от 70-75 Shore D (в сравнение с 65-68 за екструдиран PFA) и намаляват скоростите на ерозия с 40-60% в абразивни суспензии. Въпреки това, покритието е поресто (1–5%), което води до 5–10 пъти увеличение на проникването на химикали в сравнение с екструдирания PFA. PFA с плазмено пръскане за абразивно обслужване с меки химикали (водни суспензии, неутрално pH) увеличава живота на нагревателя 2-3 пъти. За тежка химическа експлоатация (киселини, хлориди), по-ниската пропускливост на екструдирания PFA е по-важна от по-слабата му устойчивост на абразия. Изберете въз основа на доминиращия режим на повреда: ерозия (плазмено пръскане) или проникване (екструдиран). За дълъг живот при екстремни условия помислете за хибрид: екструдирана PFA тръба с метална подложка или сменяема износваща се втулка върху екструдиран PFA. Химикалът е проникване. Механично е абразия. Първо убийте доминиращия.