Kanthal AF-legering 837 resistohm alchroom Y fecrale legering

Kanthal AF is een ferritische ijzer-chroom-aluminiumlegering (FeCrAl-legering) voor gebruik bij temperaturen tot 1300 °C. De legering kenmerkt zich door een uitstekende oxidatieweerstand en een zeer goede vormvastheid, wat resulteert in een lange levensduur van de elementen.

Kan-thal AF wordt doorgaans gebruikt in elektrische verwarmingselementen in industriële ovens en huishoudelijke apparaten.

Voorbeelden van toepassingen in de apparatenindustrie zijn open mica-elementen voor broodroosters en haardrogers, meandervormige elementen voor ventilatorkachels en open spiraalelementen op vezelisolatiemateriaal in keramische glazen kookplaten, keramische verwarmingselementen voor kookplaten, spiralen op gegoten keramische vezels voor kookplaten met keramische kookplaten, hangende spiraalelementen voor ventilatorkachels, hangende rechte draadelementen voor radiatoren en convectiekachels, en stekelvormige elementen voor heteluchtpistolen, radiatoren en wasdrogers.

Abstract In deze studie wordt het corrosiemechanisme van een commerciële FeCrAl-legering (Kanthal AF) tijdens gloeien in stikstofgas (4.6) bij 900 °C en 1200 °C beschreven. Isotherme en thermocyclische testen met variërende totale blootstellingstijden, verwarmingssnelheden en gloeitemperaturen werden uitgevoerd. Oxidatietesten in lucht en stikstofgas werden uitgevoerd met behulp van thermogravimetrische analyse. De microstructuur werd gekarakteriseerd door scanningelektronenmicroscopie (SEM-EDX), Auger-elektronspectroscopie (AES) en gefocusseerde ionenbundel-EDX (FIB-EDX). De resultaten tonen aan dat de corrosie voortschrijdt door de vorming van gelokaliseerde nitridatiegebieden onder het oppervlak, bestaande uit AlN-fasedeeltjes, die de activiteit van aluminium verminderen en verbrossing en afschilfering veroorzaken. De processen van Al-nitridevorming en Al-oxide-schaalgroei zijn afhankelijk van de gloeitemperatuur en de verwarmingssnelheid. Er werd vastgesteld dat nitrering van de FeCrAl-legering een sneller proces is dan oxidatie tijdens gloeien in stikstofgas met een lage partiële zuurstofdruk en dat dit de belangrijkste oorzaak is van de degradatie van de legering.

Inleiding Legeringen op basis van FeCrAl (Kanthal AF ®) staan ​​bekend om hun superieure oxidatieweerstand bij hoge temperaturen. Deze uitstekende eigenschap is te danken aan de vorming van een thermodynamisch stabiele aluminiumoxidelaag op het oppervlak, die het materiaal beschermt tegen verdere oxidatie [1]. Ondanks de superieure corrosiebestendigheid kan de levensduur van componenten gemaakt van FeCrAl-legeringen beperkt zijn als de onderdelen frequent worden blootgesteld aan thermische cycli bij hoge temperaturen [2]. Een van de redenen hiervoor is dat het element dat de laag vormt, aluminium, in de legeringsmatrix in het suboppervlaktegebied wordt verbruikt als gevolg van de herhaalde thermische schokscheuring en de hervorming van de aluminiumoxidelaag. Als het resterende aluminiumgehalte onder een kritische concentratie daalt, kan de legering de beschermende laag niet langer hervormen, wat resulteert in een catastrofale doorbraakoxidatie door de vorming van snelgroeiende ijzer- en chroomoxiden [3,4]. Afhankelijk van de omgevingsatmosfeer en de permeabiliteit van de oppervlakteoxiden kan dit verdere interne oxidatie of nitrering en de vorming van ongewenste fasen in het suboppervlaktegebied bevorderen [5]. Han en Young hebben aangetoond dat in NiCrAl-legeringen met een aluminiumoxideschaal een complex patroon van interne oxidatie en nitridatie ontstaat [6,7] tijdens thermische cycli bij verhoogde temperaturen in een luchtatmosfeer, vooral in legeringen die sterke nitridevormers bevatten zoals Al en Ti [4]. Het is bekend dat chroomoxideschalen stikstofdoorlaatbaar zijn en dat Cr2N zich vormt als een onderlaag of als intern precipitaat [8,9]. Dit effect zal naar verwachting ernstiger zijn onder thermische cyclische omstandigheden die leiden tot scheurvorming in de oxideschaal en een vermindering van de effectiviteit ervan als barrière tegen stikstof [6]. Het corrosiegedrag wordt dus bepaald door de concurrentie tussen oxidatie, die leidt tot de vorming/het behoud van de beschermende aluminiumoxideschaal, en stikstofindringing, wat leidt tot interne nitridatie van de legeringsmatrix door de vorming van een AlN-fase [6,10], wat leidt tot afschilfering van dat gebied als gevolg van de hogere thermische uitzetting van de AlN-fase in vergelijking met de legeringsmatrix [9]. Wanneer FeCrAl-legeringen worden blootgesteld aan hoge temperaturen in atmosferen met zuurstof of andere zuurstofdonoren zoals H2O of CO2, is oxidatie de dominante reactie en vormt zich een aluminiumoxideschaal die bij verhoogde temperaturen ondoordringbaar is voor zuurstof of stikstof en bescherming biedt tegen hun indringing in de legeringsmatrix. Maar als ze worden blootgesteld aan een reducerende atmosfeer (N2+H2) en de beschermende aluminiumoxideschaal barst, begint een lokale doorbraakoxidatie met de vorming van niet-beschermende Cr- en Fe-rijke oxiden, die een gunstig pad vormen voor stikstofdiffusie in de ferritische matrix en de vorming van een AlN-fase [9]. De beschermende (4.6) stikstofatmosfeer wordt vaak toegepast in de industriële toepassing van FeCrAl-legeringen. Weerstandsverwarmers in warmtebehandelingsovens met een beschermende stikstofatmosfeer zijn bijvoorbeeld een voorbeeld van de wijdverbreide toepassing van FeCrAl-legeringen in een dergelijke omgeving. De auteurs melden dat de oxidatiesnelheid van de FeCrAlY-legeringen aanzienlijk lager is bij gloeien in een atmosfeer met lage partiële zuurstofdrukken [11]. Het doel van de studie was om te bepalen of gloeien in (99,996%) stikstofgas (4.6) (Messer®-specificatie, onzuiverheidsniveau O2 + H2O < 10 ppm) de corrosiebestendigheid van de FeCrAl-legering (Kanthal AF) beïnvloedt en in hoeverre dit afhangt van de gloeitemperatuur, de variatie ervan (thermische cycli) en de opwarmingssnelheid.