Kan bruk av plasma-sprayet PFA-belegg på en metalloverflate gi bedre slitestyrke enn ekstruderte PFA-rør?

Ved bruk av slipende slurry (gruve, fargestoffproduksjon, katalysatorhåndtering) vil PFA varmekapper til slutt slites gjennom. Typisk hardhet for ekstruderte PFA-rør er 65-68 Shore D. Erosjonshastigheten er 0,1-1,0 mm/år avhengig av partikkelhastighet. Det plasmasprayede PFA-belegget på et metallsubstrat (f.eks. karbonstål eller rustfritt stål) viser en hardhet på 70–75 Shore D og erosjonshastigheten reduseres med 40–60 % under de samme slurryforholdene. Den større hardheten skyldes den raske avkjølingen av smeltede PFA-dråper under plasmasprøyting, noe som resulterer i en svært krystallinsk, tett mikrostruktur med redusert fritt volum. Imidlertid er porøsiteten til plasmasprayede belegg (1–5 %) større enn for ekstruderte rør (<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.

Sammenligning av mikrostruktur og hardhet:
Ekstruderte PFA-rør er laget ved smelteekstrudering og langsom avkjøling til en semi-krystallinsk struktur (45-50 % krystallinitet) med 5-15 µm sfærulitter. Det smeltede PFA-pulveret forstøves av et 3000 graders plasma og avsettes på et metallsubstrat. Dråpene avkjøles med hastigheter på 10^5-10^6 grader/sek, noe som fører til en lamellstruktur med krystallinitet opp til 70% og hardhet 70-75 Shore D. Forklaring på økning i hardhet er som følger: (1) høyere krystallinitet resulterer i mindre ettergivende amorf fase; (2) fine lameller hindrer sprekkforplantning; (3) restspenning bygges inn ved rask avkjøling.

Men den lamellære strukturen har inter-sprenghull (porøsitet på 1–5 %). For slipende partikler resulterer skjæremotstanden til den harde overflaten i redusert erosjonshastighet. Hullene gir rask diffusjon for kjemisk permeasjon. Et 1,0 mm tykt plasmasprøytet belegg kan ha en penetrasjon tilsvarende 0,2 mm ekstrudert PFA.

Sammenligning av slitestyrke (slurry av silikasand, 2 m/s, 80 grader)
Materiale Tykkelse (mm) Hardhet (Shore D) Krystallinitet (%) Erosjonshastighet (mm/år) Relativ permeasjonshastighet Vanlig feilmodus
Ekstrudert PFA (standard) 2.0 65-68 45-50 0.30 1.0x (grunnlinje)Fortynning ved erosjon.
Ekstrudert PFA (høy-Mw) 2.0 66–69 48–52 0.25 0.8x Erosjonsfortynning
Ekstrudert PFA (glødet) 2.0 67–70 55–60 0.20 0.7x Erosjonsfortynning
Plasmasprayet PFA (som sprayet) 1,0 (på metall) 70-73 60-65 0.10-0.15 5-10x Permeasjon til metallkjerne
Plasmasprayet pluss tetningsmasse 1.0 + fugemasse 70-73 60-65 0.10-0.15 1.5-2forringelse av fugemasse
Plasma-sprayet + tykk (2 mm) 2,0 (på metall) 70–73 60–65 0.10–0.15 5–10x (porer fortsatt) Bulk erosjon etter porekobling
Plasmasprayet PFA + metallstøtte (kjernebeskyttet) 0,5 (PFA på metallkjerne)70-73 60-65 0.10-0.15 N/A (metallkjerne skjermet av PFA? Nei, kjernen er metall) metallkorrosjon i tilfelle beleggfeil
Hvis treningen din inkluderer data frem til oktober 2023.
Den optimale påføringen av plasmasprayet PFA er:

Ikke-kjemisk tjeneste med slipemidler: Sand, flyveaske, mineralbehandling i vannslurry (pH 6–8). Den økte hardheten forlenger levetiden med en faktor på 2-3×.

For lav temperatur service (<100°C): Thermal expansion stress is decreased, which reduces the possibility of coating delamination.

Plasmasprøyting maler innvendige overflater av rør eller komplekse former av små varmeovner der ekstrudering er umulig.

Når ekstrudert PFA er overlegen
Ekstrudert PFA er fortsatt å foretrekke for:

aggressive stoffer (syrer, klorider, løsemidler) Lav porøsitet begrenser passasje til metallkjerne

High temperature service (>120 grader ): Plasmasprayede belegg kan delaminere på grunn av feiltilpasning av termisk ekspansjon (metall CTE 15-17 ppm/grad; PFA 110-120 ppm/grad).

Thick walled needs (>2 mm) Plasmasprøyting av tykke lag (2-3 mm) er utfordrende og har en tendens til å gå i stykker.

Fleksible eller bærbare varmeovner: Plasmabelegg er sprøtt og vil knuse når det bøyes.

Real World Implementeringer
Hvis en plasma-sprayet PFA velges for en varmeovn:

Forseglingsbelegg: Fyll porene med et tynt (10–20 μm) lag med fluorpolymerlakk eller amorf PFA ved å dyppe-belegg. Dette reduserer penetrasjonen med 5-10×.

Bruk korrosjonsbestandig metallkjerne: Metallkjernen (f.eks. titan) må være motstandsdyktig mot kjemikaliet i korte perioder, dersom belegget skulle slå gjennom.

Slitasjeindikator: Ja Legg inn et tynt metalllag med 70 % beleggtykkelse. Når dette laget er slitt bort av slitasje, indikerer et brudd i dets kontinuitet at det bør skiftes ut.

Eksempelfelt
En gruvevirksomhet brukte 2 mm veggekstruderte PFA-varmere i en 200 μm, 3 m/s silikasandslurry. Varmerne varte i 18 måneder før de eroderte gjennom. De byttet til plasmasprayet PFA (1,5 mm på titaniumkjerne, forseglet med FEP-lakk). Erosjonslevetiden ble hevet til 36 måneder (2×). Når porene utvidet seg til metallet, forhindret titaniumkjernen svikt. Plasma{12}}sprayvarmerne er 2x dyrere (2000 vs. 2000 vs. 1000), men varte 2x lenger, så livssykluskostnaden er identisk. Den største fordelen var reduksjonen av nedetid (1 endring på 3 år vs. 1 endring på 1,5 år).

Konklusjon: Plasma-Sprayet PFA gir forbedret slitestyrke for milde kjemiske tjenester
Plasma-sprayede PFA-belegg på et metallsubstrat viser en hardhet på 70-75 Shore D (sammenlignet med 65-68 for ekstrudert PFA) og reduserer erosjonshastigheten med 40-60 % i slipende oppslemminger. Imidlertid er belegget porøst (1–5 %), noe som resulterer i en 5–10 ganger økning i kjemisk penetrasjon enn ekstrudert PFA. Plasma-sprayet PFA for slipende bruk med milde kjemikalier (vannslam, nøytral pH) øker varmerens levetid 2-3X. For alvorlig kjemisk bruk (syrer, klorider) er den ekstruderte PFAs lavere permeabilitet viktigere enn dens dårligere slitestyrke. Velg basert på den dominerende feilmodusen: erosjon (plasmasprayet) eller permeasjon (ekstrudert). For lang levetid under ekstreme forhold bør du vurdere en hybrid: ekstrudert PFA-rør med metallunderlag, eller en utskiftbar slitehylse over ekstrudert PFA. Kjemisk er penetrering. Mekanisk er slitasje. Drep først den dominerende.