Kanthal AF sakausējums 837 rezistoma alhroma Y fecral sakausējums

Kanthal AF ir ferīta dzelzs-hroma-alumīnija sakausējums (FeCrAl sakausējums), kas paredzēts lietošanai temperatūrā līdz 1300 °C (2370 °F). Sakausējumam raksturīga lieliska oksidēšanās izturība un ļoti laba formas stabilitāte, kas nodrošina ilgu elementa kalpošanas laiku.

Kan-thal AF parasti izmanto elektriskajos sildelementos rūpnieciskajās krāsnīs un sadzīves tehnikā.

Pielietojuma piemēri sadzīves tehnikas nozarē ir atvērti vizlas elementi tosteriem, matu žāvētājiem, meandru formas elementi ventilatoru sildītājiem un kā atvērti spoļu elementi uz šķiedru izolācijas materiāla keramikas stikla virsmas sildītājos plītīm, keramikas sildītājos vārīšanas plīts virsmām, spolē uz formētas keramikas šķiedras gatavošanas plīts virsmām, piekārtos spoļu elementos ventilatoru sildītājiem, piekārtos taisnas stieples elementos radiatoriem, konvekcijas sildītājiem, dzeloņcūku elementos karstā gaisa pistolēm, radiatoriem, veļas žāvētājiem.

Kopsavilkums Šajā pētījumā ir aprakstīts komerciālā FeCrAl sakausējuma (Kanthal AF) korozijas mehānisms atkvēlināšanas laikā slāpekļa gāzē (4.6) 900 °C un 1200 °C temperatūrā. Tika veikti izotermiski un termocikliski testi ar dažādu kopējo iedarbības laiku, sildīšanas ātrumu un atkvēlināšanas temperatūru. Oksidācijas tests gaisā un slāpekļa gāzē tika veikts, izmantojot termogravimetrisko analīzi. Mikrostruktūra tiek raksturota ar skenējošo elektronu mikroskopiju (SEM-EDX), Augera elektronu spektroskopiju (AES) un fokusēta jonu kūļa (FIB-EDX) analīzi. Rezultāti liecina, ka korozijas progresēšana notiek, veidojoties lokalizētiem pazemes nitridācijas reģioniem, kas sastāv no AlN fāzes daļiņām, kas samazina alumīnija aktivitāti un izraisa trauslumu un atdalīšanos. Al-nitrīda veidošanās un Al-oksīda plēves augšanas procesi ir atkarīgi no atkvēlināšanas temperatūras un sildīšanas ātruma. Tika konstatēts, ka FeCrAl sakausējuma nitridācija ir ātrāks process nekā oksidēšanās atkvēlināšanas laikā slāpekļa gāzē ar zemu skābekļa parciālo spiedienu un ir galvenais sakausējuma degradācijas cēlonis.

Ievads FeCrAl sakausējumi (Kanthal AF ®) ir labi pazīstami ar savu izcilo oksidēšanās izturību paaugstinātā temperatūrā. Šī lieliskā īpašība ir saistīta ar termodinamiski stabila alumīnija oksīda plēves veidošanos uz virsmas, kas aizsargā materiālu pret turpmāku oksidēšanos [1]. Neskatoties uz izcilajām korozijas izturības īpašībām, no FeCrAl sakausējumiem izgatavoto detaļu kalpošanas laiks var būt ierobežots, ja detaļas bieži tiek pakļautas termiskai ciklēšanai paaugstinātā temperatūrā [2]. Viens no iemesliem tam ir tas, ka plēves veidojošais elements, alumīnijs, tiek patērēts sakausējuma matricā pazemes zonā atkārtotas termošoka plaisāšanas un alumīnija oksīda plēves pārveidošanās dēļ. Ja atlikušais alumīnija saturs samazinās zem kritiskās koncentrācijas, sakausējums vairs nevar pārveidot aizsargplēves, kā rezultātā rodas katastrofāla atdalīšanās oksidēšanās, veidojoties strauji augošiem dzelzs un hroma oksīdiem [3,4]. Atkarībā no apkārtējās atmosfēras un virsmas oksīdu caurlaidības tas var veicināt turpmāku iekšējo oksidēšanos vai nitridēšanu un nevēlamu fāžu veidošanos pazemes zonā [5]. Hans un Jangs ir parādījuši, ka alumīnija oksīda slāni veidojošos NiCrAl sakausējumos termiskās ciklēšanas laikā paaugstinātā temperatūrā gaisa atmosfērā attīstās sarežģīts iekšējās oksidēšanās un nitridēšanās modelis [6,7]. Ir zināms, ka hroma oksīda slānis ir slāpekļa caurlaidīgs, un Cr2N veidojas vai nu kā apakšslānis, vai kā iekšējas nogulsnes [8,9]. Var sagaidīt, ka šis efekts būs spēcīgāks termiskās cikla apstākļos, kas noved pie oksīda slāņa plaisāšanas un tā efektivitātes samazināšanās kā barjera slāpeklim [6]. Tādējādi korozijas uzvedību nosaka konkurence starp oksidēšanos, kas noved pie aizsargājoša alumīnija oksīda veidošanās/uzturēšanās, un slāpekļa iekļūšanu, kas noved pie sakausējuma matricas iekšējās nitridēšanās, veidojot AlN fāzi [6,10], kas noved pie šī reģiona atdalīšanās AlN fāzes lielākās termiskās izplešanās dēļ salīdzinājumā ar sakausējuma matricu [9]. Pakļaujot FeCrAl sakausējumus augstām temperatūrām atmosfērā ar skābekli vai citiem skābekļa donoriem, piemēram, H2O vai CO2, dominējošā reakcija ir oksidēšanās, un veidojas alumīnija oksīda plēvīte, kas paaugstinātā temperatūrā ir necaurlaidīga skābeklim vai slāpeklim un nodrošina aizsardzību pret to iekļūšanu sakausējuma matricā. Bet, ja tiek pakļauta redukcijas atmosfērai (N2+H2) un aizsargājošai alumīnija oksīda plēvītei, sākas lokāla atdalīšanās oksidēšanās, veidojoties neaizsargājošiem Cr un Ferich oksīdiem, kas nodrošina labvēlīgu ceļu slāpekļa difūzijai ferīta matricā un AlN fāzes veidošanai [9]. Aizsargājošā (4.6) slāpekļa atmosfēra bieži tiek izmantota FeCrAl sakausējumu rūpnieciskajā pielietojumā. Piemēram, pretestības sildītāji termiskās apstrādes krāsnīs ar aizsargājošu slāpekļa atmosfēru ir piemērs plašam FeCrAl sakausējumu pielietojumam šādā vidē. Autori ziņo, ka FeCrAlY sakausējumu oksidēšanās ātrums ir ievērojami lēnāks, atkvēlinot atmosfērā ar zemu skābekļa parciālo spiedienu [11]. Pētījuma mērķis bija noteikt, vai atkvēlināšana (99,996%) slāpekļa (4,6) gāzē (Messer® specifiskais piemaisījumu līmenis O2 + H2O < 10 ppm) ietekmē FeCrAl sakausējuma (Kanthal AF) korozijas izturību un cik lielā mērā tā ir atkarīga no atkvēlināšanas temperatūras, tās izmaiņām (termiskā ciklēšana) un karsēšanas ātruma.