Kanthal AF ötvözet 837 ellenállás-ohm alkróm Y fecral ötvözet

A Kanthal AF egy ferrites vas-króm-alumínium ötvözet (FeCrAl ötvözet), amely akár 1300°C (2370°F) hőmérsékleten is használható. Az ötvözetet kiváló oxidációs ellenállás és nagyon jó alakstabilitás jellemzi, ami hosszú élettartamot eredményez.

A Kan-thal AF-et jellemzően ipari kemencék és háztartási gépek elektromos fűtőelemeiben használják.

A készülékiparban például nyitott csillámelemekben kenyérpirítókban, hajszárítókban, meander alakú elemekben ventilátoros fűtőtestekben, valamint nyitott tekercses elemekként szálas szigetelőanyagon kerámia üveglapos fűtőtestekben tűzhelyekben, kerámia fűtőtestekben főzőlapokhoz, öntött kerámia szálon lévő tekercsekben kerámia főzőlapokkal, függesztett tekercses elemekben ventilátoros fűtőtestekhez, függesztett egyenes huzalelemekben radiátorokhoz, konvektoros fűtőtestekhez, sündisznó elemekben hőlégfúvókhoz, radiátorokhoz, szárítógépekhez.

Absztrakt Jelen tanulmányban a kereskedelmi forgalomban kapható FeCrAl ötvözet (Kanthal AF) korróziós mechanizmusát ismertetjük nitrogéngázban (4.6) történő lágyítás során 900 °C-on és 1200 °C-on. Izoterm és termociklusos vizsgálatokat végeztünk változó teljes expozíciós időkkel, fűtési sebességekkel és lágyítási hőmérsékletekkel. A levegőben és nitrogéngázban végzett oxidációs vizsgálatokat termogravimetriás analízissel végeztük. A mikroszerkezetet pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM-EDX), Auger-elektronspektroszkópiával (AES) és fókuszált ionnyalábos (FIB-EDX) analízissel jellemeztük. Az eredmények azt mutatják, hogy a korrózió előrehaladása lokalizált, felszín alatti nitridációs régiók kialakulásán keresztül megy végbe, amelyek AlN fázisú részecskékből állnak, ami csökkenti az alumínium aktivitását, és ridegedést és lepattogzást okoz. Az Al-nitrid képződésének és az Al-oxid réteg növekedésének folyamata a lágyítási hőmérséklettől és a melegítési sebességtől függ. Megállapítottuk, hogy a FeCrAl ötvözet nitridálása gyorsabb folyamat, mint az oxidáció nitrogéngázban, alacsony oxigén parciális nyomáson történő lágyítás során, és az ötvözet degradációjának fő okát képviseli.

Bevezetés Az FeCrAl alapú ötvözetek (Kanthal AF ®) jól ismertek kiváló oxidációs ellenállásukról magas hőmérsékleten. Ez a kiváló tulajdonság a termodinamikailag stabil alumínium-oxid réteg képződéséhez kapcsolódik a felületen, amely megvédi az anyagot a további oxidációtól [1]. A kiváló korrózióállósági tulajdonságok ellenére az FeCrAl alapú ötvözetekből gyártott alkatrészek élettartama korlátozott lehet, ha az alkatrészeket gyakran hőciklusoknak teszik ki magas hőmérsékleten [2]. Ennek egyik oka, hogy a rétegképző elem, az alumínium, az ötvözet mátrixában elfogy az alumínium-oxid réteg ismételt hősokk repedése és átalakulása miatt. Ha a fennmaradó alumíniumtartalom a kritikus koncentráció alá csökken, az ötvözet már nem tudja újraképezni a védőréteget, ami katasztrofális leválási oxidációt eredményez a gyorsan növekvő vas- és krómalapú oxidok képződése révén [3,4]. A környező légkörtől és a felületi oxidok permeabilitásátőtől függően ez elősegítheti a további belső oxidációt vagy nitridációt és nemkívánatos fázisok kialakulását a felszín alatti régióban [5]. Han és Young kimutatták, hogy az alumínium-oxid réteget képző NiCrAl ötvözetekben a belső oxidáció és nitridáció komplex mintázata alakul ki [6,7] magas hőmérsékleten, levegőatmoszférában végzett hőciklusok során, különösen az erős nitridképzőket, például Al-t és Ti-t tartalmazó ötvözetekben [4]. A króm-oxid rétegek nitrogénáteresztőek, és a Cr2N vagy réteg alatti rétegként, vagy belső kicsapódásként képződik [8,9]. Ez a hatás várhatóan súlyosabb lesz hőciklusos körülmények között, amelyek oxidréteg repedéséhez és a nitrogéngátló hatásának csökkenéséhez vezetnek [6]. A korróziós viselkedést így az oxidáció, amely a védő alumínium-oxid képződéséhez/fenntartásához vezet, és a nitrogénbehatolás, amely az ötvözet mátrixának AlN fázis képződése révén belső nitridálódásához vezet [6,10], ami az adott régió lepattogzásához vezet az AlN fázisnak az ötvözet mátrixához képest nagyobb hőtágulása miatt [9]. Amikor az FeCrAl ötvözeteket magas hőmérsékletnek tesszük ki oxigént vagy más oxigéndonorokat, például H2O-t vagy CO2-t tartalmazó atmoszférában, az oxidáció a domináns reakció, és alumínium-oxid réteg képződik, amely magas hőmérsékleten áthatolhatatlan az oxigén vagy a nitrogén számára, és védelmet nyújt azok ötvözet mátrixába való behatolása ellen. Ha azonban redukáló atmoszférának (N2+H2) tesszük ki, és védő alumínium-oxid rétegrepedés alakul ki, egy lokális leválási oxidáció kezdődik nem védő Cr- és Ferich-oxidok képződésével, amelyek kedvező utat biztosítanak a nitrogén diffúziójához a ferrites mátrixba és az AlN fázis képződéséhez [9]. A védő (4.6) nitrogénatmoszférát gyakran alkalmazzák a FeCrAl ötvözetek ipari alkalmazásakor. Például a hőkezelő kemencékben lévő ellenállásfűtők védő nitrogénatmoszférával példázzák a FeCrAl ötvözetek széles körű alkalmazását ilyen környezetben. A szerzők arról számolnak be, hogy az FeCrAlY ötvözetek oxidációs sebessége lényegesen lassabb, ha alacsony oxigén parciális nyomású atmoszférában lágyítják [11]. A tanulmány célja annak meghatározása volt, hogy a (99,996%) nitrogén (4,6) gázban (Messer® specifikációs szennyeződési szint O2 + H2O < 10 ppm) történő lágyítás befolyásolja-e az FeCrAl ötvözet (Kanthal AF) korrózióállóságát, és milyen mértékben függ ez a lágyítási hőmérséklettől, annak változásától (termikus ciklusok) és a melegítési sebességtől.