¿Puede el uso de un revestimiento de PFA-rociado con plasma sobre una superficie metálica proporcionar una mejor resistencia a la abrasión que los tubos de PFA extruidos?

En el servicio de lodos abrasivos (mina, fabricación de colorantes, manipulación de catalizadores), las fundas del calentador de PFA eventualmente se desgastarán. La dureza típica de los tubos de PFA extruidos es 65-68 Shore D. La tasa de erosión es de 0,1-1,0 mm/año dependiendo de la velocidad de las partículas. El recubrimiento de PFA pulverizado con plasma sobre un sustrato metálico (por ejemplo, acero al carbono o acero inoxidable) exhibe una dureza de 70 a 75 Shore D y la tasa de erosión disminuye entre un 40 y un 60 % en las mismas condiciones de lodo. La mayor dureza se debe al rápido enfriamiento de las gotas de PFA fundidas durante la pulverización de plasma, lo que da como resultado una microestructura densa y altamente cristalina con un volumen libre reducido. Sin embargo, la porosidad de los recubrimientos pulverizados con plasma (1-5%) es mayor que la de los tubos extruidos (<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.

Comparación de microestructura y dureza:
Los tubos de PFA extruidos se fabrican mediante extrusión en estado fundido y enfriamiento lento hasta obtener una estructura semi{0}}cristalina (45-50 % de cristalinidad) con esferulitas de 5-15 µm. El polvo de PFA fundido se atomiza mediante un plasma de 3000 grados y se deposita sobre un sustrato metálico. Las gotas se enfrían a velocidades de 10^5-10^6 grados/seg, lo que da lugar a una estructura laminar con una cristalinidad de hasta el 70% y una dureza de 70-75 Shore D. La explicación del aumento de la dureza es la siguiente: (1) una mayor cristalinidad da como resultado una fase amorfa menos dócil; (2) las laminillas finas dificultan la propagación de las fracturas; (3) la tensión residual se genera mediante un enfriamiento rápido.

Pero la estructura laminar tiene espacios entre-salpicaduras (porosidad del 1 al 5%). Para las partículas abrasivas, la resistencia al corte de la superficie dura da como resultado una menor tasa de erosión. Los orificios proporcionan una rápida difusión para la permeación química. Un recubrimiento pulverizado por plasma de 1,0 mm de espesor puede tener una penetración equivalente a 0,2 mm de PFA extruido.

Comparación de resistencia a la abrasión (lechada de arena de sílice, 2 m/s, 80 grados)
Espesor del material (mm) Dureza (Shore D) Cristalinidad (%) Tasa de erosión (mm/año) Tasas de permeación relativa Modo común de falla
PFA extruido (estándar) 2.0 65-68 45-50 0.30 1.0x (línea base)Adelgazamiento por erosión.
PFA extruido (alto-Mw) 2.0 66–69 48–52 0.25 0.8x adelgazamiento por erosión
PFA extruido (recocido) 2.0 67–70 55–60 0.20 0.7x Adelgazamiento por erosión
PFA pulverizado con plasma (tal como se pulveriza) 1,0 (sobre metal) 70-73 60-65 0.10-0.15 5-10x Permeación al núcleo metálico
Plasma pulverizado más sellador 1.0 + sellador 70-73 60-65 0.10-0.15 1.5-2xdeterioro del sellador
Plasma-rociado + grueso (2 mm) 2,0 (sobre metal) 70–73 60–65 0.10–0.15 5–10x (poros todavía) Erosión masiva después de unir los poros
PFA pulverizado con plasma + respaldo metálico (núcleo protegido) 0,5 (PFA sobre núcleo metálico)70-73 60-65 0.10-0.15 N/A (¿núcleo metálico protegido por PFA? No, el núcleo es metálico) corrosión del metal en caso de falla del recubrimiento
Si tu formación incluye datos hasta octubre de 2023.
La aplicación óptima de PFA pulverizado con plasma es:

Servicio no-químico con abrasivos: arena, cenizas volantes, procesamiento de minerales en lodos de agua (pH 6-8). La mayor dureza prolonga la vida útil en un factor de 2 a 3 veces.

Para servicio a baja temperatura (<100°C): Thermal expansion stress is decreased, which reduces the possibility of coating delamination.

La pulverización por plasma pinta superficies internas de tubos o formas complejas de pequeños calentadores donde la extrusión es imposible.

Cuando el PFA extruido es superior
El PFA extruido sigue siendo preferible para:

Sustancias agresivas (ácidos, cloruros, disolventes). La baja porosidad limita el paso al núcleo metálico.

High temperature service (>120 grados): los recubrimientos rociados con plasma pueden deslaminarse debido a una falta de coincidencia de expansión térmica (metal CTE 15-17 ppm/grado; PFA 110-120 ppm/grado).

Thick walled needs (>2 mm) La pulverización con plasma de capas gruesas (2-3 mm) es un desafío y es propensa a romperse.

Calentadores flexibles o portátiles: el revestimiento de plasma es frágil y se rompe cuando se dobla.

Implementaciones en el mundo real
Si se elige un PFA pulverizado-con plasma para un calentador:

Recubrimiento de sellado: rellene los poros con una capa delgada (10–20 μm) de barniz de fluoropolímero o PFA amorfo mediante recubrimiento por inmersión. Esto reduce la penetración entre 5 y 10 veces.

Utilice un núcleo de metal resistente a la corrosión: El núcleo de metal (por ejemplo, titanio) debe ser resistente a los productos químicos durante un período corto, en caso de que el recubrimiento se rompa.

Indicador de desgaste: Sí Incruste una fina capa de metal con un espesor de recubrimiento del 70%. Cuando esta capa se desgasta por la abrasión, una interrupción en su continuidad indica que debe ser reemplazada.

Campo de ejemplo
Una empresa minera utilizó calentadores de PFA extruido de pared de 2 mm en una suspensión de arena de sílice de 200 μm y 3 m/s. Los calentadores duraron 18 meses antes de erosionarse. Cambiaron a PFA pulverizado con plasma (1,5 mm sobre núcleo de titanio, sellado con barniz FEP). La vida de erosión se elevó a 36 meses (2×). Cuando los poros se extendieron hasta el metal, el núcleo de titanio evitó la falla. Los calentadores de plasma-rociados son 2 veces más caros (2000 frente a 2000 frente a 1000), pero duraron 2 veces más, por lo que el costo del ciclo de vida-es idéntico. La mayor ventaja fue la reducción del tiempo de inactividad (1 cambio en 3 años frente a . 1 cambio en 1,5 años).

Conclusión: El PFA-pulverizado con plasma proporciona una mayor resistencia a la abrasión para servicios con productos químicos suaves
Los recubrimientos-de PFA pulverizados con plasma sobre un sustrato metálico exhiben una dureza de 70-75 Shore D (en comparación con 65-68 para el PFA extruido) y reducen las tasas de erosión entre un 40% y un 60% en lodos abrasivos. Sin embargo, el recubrimiento es poroso (1 a 5%), lo que da como resultado un aumento de 5 a 10 veces en la penetración química que el PFA extruido. El PFA rociado con plasma para servicios abrasivos con productos químicos suaves (lodos de agua, pH neutro) mejora la vida útil del calentador entre 2 y 3 veces. Para servicios químicos severos (ácidos, cloruros), la menor permeabilidad del PFA extruido es más importante que su menor resistencia a la abrasión. Seleccione según el modo de falla dominante: erosión (pulverización con plasma) o permeación (extrusión). Para una larga vida útil en condiciones extremas, considere un híbrido: tubo de PFA extruido con respaldo metálico o una funda de desgaste reemplazable sobre PFA extruido. La química es penetración. La mecánica es la abrasión. Primero mata al dominante.