Kanthal AF zlitina 837 uporom alkrom Y fekralna zlitina

Kanthal AF je feritna zlitina železa, kroma in aluminija (zlitina FeCrAl) za uporabo pri temperaturah do 1300 °C (2370 °F). Za zlitino je značilna odlična odpornost proti oksidaciji in zelo dobra stabilnost oblike, kar ima za posledico dolgo življenjsko dobo elementa.

Kan-thal AF se običajno uporablja v električnih grelnih elementih v industrijskih pečeh in gospodinjskih aparatih.

Primeri uporabe v industriji naprav so odprti elementi iz sljude za opekače kruha, sušilnike za lase, elementi v obliki meandra za ventilatorske grelnike in kot elementi z odprto tuljavo na izolacijskem materialu iz vlaken v keramičnih steklenih zgornjih grelnikih v nizih, v keramičnih grelnikih za kuhalne plošče, tuljavah na oblikovanih keramičnih vlaknih za kuhalne plošče s steklokeramičnimi kuhališči, v visečih spiralnih elementih za ventilatorske grelnike, v visečih ravnih žičnih elementih za radiatorje, konvekcijske grelnike, v porcupine elementih za toplozračne pištole, radiatorje, sušilne stroje.

Povzetek V pričujoči študiji je opisan korozijski mehanizem komercialne zlitine FeCrAl (Kanthal AF) med žarjenjem v plinastem dušiku (4.6) pri 900 °C in 1200 °C. Izvedeni so bili izotermični in termociklični testi z različnimi skupnimi časi izpostavljenosti, hitrostmi segrevanja in temperaturami žarjenja. Preskus oksidacije na zraku in dušiku smo izvedli s termogravimetrično analizo. Mikrostruktura je značilna z vrstično elektronsko mikroskopijo (SEM-EDX), Augerjevo elektronsko spektroskopijo (AES) in analizo s fokusiranim ionskim žarkom (FIB-EDX). Rezultati kažejo, da napredovanje korozije poteka s tvorbo lokaliziranih podpovršinskih nitridacijskih območij, sestavljenih iz delcev faze AlN, kar zmanjša aktivnost aluminija in povzroči krhkost in lomljenje. Procesi nastajanja Al-nitrida in rasti Al-oksida so odvisni od temperature žarjenja in hitrosti segrevanja. Ugotovljeno je bilo, da je nitriranje zlitine FeCrAl hitrejši proces od oksidacije med žarjenjem v plinastem dušiku z nizkim parcialnim tlakom kisika in predstavlja glavni vzrok za degradacijo zlitine.

Uvod Zlitine na osnovi FeCrAl (Kanthal AF ®) so dobro znane po svoji vrhunski odpornosti proti oksidaciji pri povišanih temperaturah. Ta odlična lastnost je povezana s tvorbo termodinamično stabilnega aluminijevega oksida na površini, ki ščiti material pred nadaljnjo oksidacijo [1]. Kljub odlični odpornosti proti koroziji je lahko življenjska doba komponent, izdelanih iz zlitin na osnovi FeCrAl, omejena, če so deli pogosto izpostavljeni termičnemu kroženju pri povišanih temperaturah [2]. Eden od razlogov za to je, da se element, ki tvori oblogo, aluminij, porabi v matriksu zlitine v podpovršinskem območju zaradi ponavljajočih se razpok zaradi termošoka in reformiranja lestvice aluminijevega oksida. Če se preostala vsebnost aluminija zmanjša pod kritično koncentracijo, zlitina ne more več preoblikovati zaščitne lestvice, kar ima za posledico katastrofalno ločljivo oksidacijo s tvorbo hitro rastočih oksidov na osnovi železa in kroma [3,4]. Odvisno od okoliške atmosfere in prepustnosti površinskih oksidov lahko to olajša nadaljnjo notranjo oksidacijo ali nitracijo in tvorbo neželenih faz v podpovršinski regiji [5]. Han in Young sta pokazala, da se v zlitinah Ni Cr Al, ki tvorijo luske aluminijevega oksida, razvije kompleksen vzorec notranje oksidacije in nitriranja [6,7] med termičnim kroženjem pri povišanih temperaturah v zračni atmosferi, zlasti v zlitinah, ki vsebujejo močne tvornike nitridov, kot je Al in Ti [4]. Znano je, da so luske kromovega oksida prepustne za dušik, Cr2N pa se tvori kot podplast ali kot notranja oborina [8,9]. Pričakuje se, da bo ta učinek resnejši v pogojih toplotnega cikla, ki vodijo do razpokanja oksidnega kamna in zmanjšanja njegove učinkovitosti kot ovire za dušik [6]. Korozijsko obnašanje tako ureja konkurenca med oksidacijo, ki vodi do zaščitne tvorbe/vzdrževanja aluminijevega oksida, in vdorom dušika, ki vodi do notranjega nitriranja matrice zlitine s tvorbo faze AlN [6,10], kar vodi do razpadanja to območje zaradi večjega toplotnega raztezanja faze AlN v primerjavi z matrico zlitine [9]. Pri izpostavljanju zlitin FeCrAl visokim temperaturam v atmosferi s kisikom ali drugimi donorji kisika, kot sta H2O ali CO2, je prevladujoča reakcija oksidacija in nastane obloga iz aluminijevega oksida, ki je pri povišanih temperaturah neprepusten za kisik ali dušik in zagotavlja zaščito pred njunim vdorom v zlitina matrica. Toda, če je izpostavljena redukcijski atmosferi (N2+H2) in razpoki zaščitnega aluminijevega oksida, se začne lokalna odcepna oksidacija s tvorbo nezaščitnih Cr in Ferichovih oksidov, ki zagotavljajo ugodno pot za difuzijo dušika v feritno matriko in nastanek faze AlN [9]. Zaščitna (4.6) atmosfera dušika se pogosto uporablja pri industrijski uporabi zlitin FeCrAl. Na primer, uporovni grelniki v pečeh za toplotno obdelavo z zaščitno atmosfero dušika so primer široke uporabe zlitin FeCrAl v takem okolju. Avtorji poročajo, da je hitrost oksidacije zlitin FeCrAlY bistveno počasnejša pri žarjenju v atmosferi z nizkimi parcialnimi tlaki kisika [11]. Cilj študije je bil ugotoviti, ali žarjenje v (99,996 %) plinu dušiku (4,6) (Messer® spec. stopnja nečistoče O2 + H2O < 10 ppm) vpliva na korozijsko odpornost zlitine FeCrAl (Kanthal AF) in v kolikšni meri je to odvisno. na temperaturo žarjenja, njeno spreminjanje (toplotno kroženje) in hitrost segrevanja.