Kanthal AF zlitina 837 resistohm alkrom Y fecralna zlitina

Kanthal AF je feritna zlitina železa, kroma in aluminija (zlitina FeCrAl) za uporabo pri temperaturah do 1300 °C (2370 °F). Zlitina se odlikuje po odlični odpornosti proti oksidaciji in zelo dobri oblikovni stabilnosti, kar ima za posledico dolgo življenjsko dobo elementov.

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

Primeri uporabe v industriji gospodinjskih aparatov so odprti sljudni elementi za opekače kruha, sušilnike za lase, v vijugastih elementih za ventilatorske grelnike in kot odprti tuljavni elementi na izolacijskem materialu iz vlaken v steklenokeramičnih grelnikih v štedilnikih, v keramičnih grelnikih za kuhalne plošče, tuljave na oblikovanih keramičnih vlaknih za kuhalne plošče s keramičnimi kuhalnimi ploščami, v visečih tuljavnih elementih za ventilatorske grelnike, v visečih ravnih žičnih elementih za radiatorje, konvekcijske grelnike, v ježevih elementih za pištole za vroč zrak, radiatorje in sušilne stroje.

Povzetek V tej študiji je opisan mehanizem korozije komercialne zlitine FeCrAl (Kanthal AF) med žarjenjem v dušikovem plinu (4.6) pri 900 °C in 1200 °C. Izvedeni so bili izotermni in termociklični preskusi z različnimi skupnimi časi izpostavljenosti, hitrostmi segrevanja in temperaturami žarjenja. Oksidacijski preskusi v zraku in dušikovem plinu so bili izvedeni s termogravimetrično analizo. Mikrostruktura je bila karakterizirana z vrstično elektronsko mikroskopijo (SEM-EDX), Augerjevo elektronsko spektroskopijo (AES) in analizo s fokusiranim ionskim žarkom (FIB-EDX). Rezultati kažejo, da napredovanje korozije poteka z nastankom lokaliziranih podpovršinskih nitridacijskih območij, sestavljenih iz delcev faze AlN, kar zmanjšuje aktivnost aluminija in povzroča krhkost in luščenje. Procesi nastajanja Al-nitrida in rasti Al-oksidne lestvice so odvisni od temperature žarjenja in hitrosti segrevanja. Ugotovljeno je bilo, da je nitriranje zlitine FeCrAl hitrejši proces kot oksidacija med žarjenjem v dušikovem plinu 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 oksidacijski odpornosti pri povišanih temperaturah. Ta odlična lastnost je povezana z nastankom termodinamično stabilne aluminijeve obloge na površini, ki ščiti material pred nadaljnjo oksidacijo [1]. Kljub vrhunskim lastnostim korozijske odpornosti je lahko življenjska doba komponent, izdelanih iz zlitin na osnovi FeCrAl, omejena, če so deli pogosto izpostavljeni termičnim ciklom pri povišanih temperaturah [2]. Eden od razlogov za to je, da se element, ki tvori oblogo, aluminij, porablja v matrici zlitine v podpovršinskem območju zaradi ponavljajočega se termošoknega razpokanja in preoblikovanja aluminijeve obloge. Če se preostala vsebnost aluminija zmanjša pod kritično koncentracijo, zlitina ne more več preoblikovati zaščitne obloge, kar povzroči katastrofalno oksidacijo zaradi tvorbe hitro rastočih oksidov na osnovi železa in kroma [3,4]. Glede na okoliško atmosfero in prepustnost površinskih oksidov lahko to olajša nadaljnjo notranjo oksidacijo ali nitriranje in nastanek neželenih faz v podpovršinskem območju [5]. Han in Young sta pokazala, da se v zlitinah NiCrAl, ki tvorijo aluminijev oksid, med termičnim cikliranjem pri povišanih temperaturah v zračni atmosferi razvije kompleksen vzorec notranje oksidacije in nitriranja [6,7], zlasti v zlitinah, ki vsebujejo močne tvorce nitridov, kot sta Al in Ti [4]. Znano je, da so luske kromovega oksida prepustne za dušik, Cr2N pa se tvori bodisi kot podplast bodisi kot notranja oborina [8,9]. Pričakuje se, da bo ta učinek hujši v pogojih termičnega cikliranja, ki vodijo do razpok oksidnega oksida in zmanjšajo njegovo učinkovitost kot ovire za dušik [6]. Korozijsko obnašanje je tako odvisno od tekmovanja med oksidacijo, ki vodi do nastanka/ohranjanja zaščitnega aluminijevega oksida, in vdorom dušika, ki vodi do notranje nitriranja matrice zlitine z nastankom faze AlN [6,10], kar vodi do luščenja tega območja zaradi večjega toplotnega raztezanja faze AlN v primerjavi z matrico zlitine [9]. Pri izpostavitvi zlitin FeCrAl visokim temperaturam v atmosferah s kisikom ali drugimi donorji kisika, kot sta H2O ali CO2, je oksidacija prevladujoča reakcija in nastane aluminijev oksid, ki je pri povišanih temperaturah neprepusten za kisik ali dušik in zagotavlja zaščito pred njunim vdorom v matrico zlitine. Če pa so zlitine izpostavljene redukcijski atmosferi (N2+H2) in zaščitni aluminijevi oksidi razpoka, se začne lokalna oksidacija zaradi loma z nastankom nezaščitnih oksidov Cr in Ferich, ki zagotavljajo ugodno pot za difuzijo dušika v feritno matrico in nastanek faze AlN [9]. Zaščitna (4.6) dušikova atmosfera se pogosto uporablja pri industrijski uporabi zlitin FeCrAl. Na primer, uporovni grelniki v pečeh za toplotno obdelavo z zaščitno dušikovo atmosfero so primer široke uporabe zlitin FeCrAl v takšnem okolju. Avtorji poročajo, da je hitrost oksidacije zlitin FeCrAlY bistveno počasnejša pri žarjenju v atmosferi z nizkim parcialnim tlakom kisika [11]. Cilj študije je bil ugotoviti, ali žarjenje v (99,996 %) dušikovem plinu (4,6) (Messer® spec. raven nečistoč O2 + H2O < 10 ppm) vpliva na korozijsko odpornost zlitine FeCrAl (Kanthal AF) in v kolikšni meri je ta odvisna od temperature žarjenja, njenega spreminjanja (termično cikliranje) in hitrosti segrevanja.