Kanthal AF-legering 837 resistohm alchrome Y fecral-legering

Kanthal AF is een ferritische ijzer-chroom-aluminiumlegering (FeCrAl-legering) voor gebruik bij temperaturen tot 1300 °C (2370 °F). De legering kenmerkt zich door een uitstekende oxidatiebestendigheid en zeer goede vormstabiliteit, 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 als open spoelelementen op vezelisolatiemateriaal in keramische glaskookplaten in fornuizen, in keramische verwarmingselementen voor kookplaten, spoelen op gegoten keramische vezels voor kookplaten met keramische kookplaten, in hangende spoelelementen voor ventilatorkachels, in hangende rechte draadelementen voor radiatoren, convectorkachels en stekelvarkenelementen voor heteluchtkanonnen, radiatoren en wasdrogers.

Samenvatting In de huidige studie wordt het corrosiemechanisme van 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 door middel van thermogravimetrische analyse. De microstructuur wordt gekarakteriseerd door middel van scanning elektronenmicroscopie (SEM-EDX), Auger elektronenspectroscopie (AES) en gefocusseerde ionenbundel (FIB-EDX) analyse. De resultaten tonen aan dat de voortgang van corrosie plaatsvindt door de vorming van gelokaliseerde subsurface nitridatiegebieden, bestaande uit AlN-fasedeeltjes, die de aluminiumactiviteit verminderen en verbrossing en spallatie veroorzaken. De processen van Al-nitridevorming en Al-oxide-aanslaggroei zijn afhankelijk van de gloeitemperatuur en verwarmingssnelheid. Er werd vastgesteld dat nitrering van de FeCrAl-legering een sneller proces is dan oxidatie tijdens gloeien in stikstofgas met een lage zuurstofpartiële druk en de belangrijkste oorzaak is van degradatie van de legering.

Inleiding FeCrAl-gebaseerde legeringen (Kanthal AF ®) staan ​​bekend om hun superieure oxidatieweerstand bij verhoogde temperaturen. Deze uitstekende eigenschap is gerelateerd aan de vorming van thermodynamisch stabiele aluminiumoxide-aanslag op het oppervlak, die het materiaal beschermt tegen verdere oxidatie [1]. Ondanks superieure corrosieweerstandseigenschappen kan de levensduur van de componenten vervaardigd uit FeCrAl-gebaseerde legeringen beperkt zijn als de onderdelen frequent worden blootgesteld aan thermische cycli bij verhoogde temperaturen [2]. Een van de redenen hiervoor is dat het aanslagvormende element, aluminium, wordt verbruikt in de legeringmatrix in het ondergrondse gebied als gevolg van de herhaalde thermoshockscheuring en hervorming van de aluminiumoxide-aanslag. Als het resterende aluminiumgehalte daalt tot onder de kritische concentratie, kan de legering de beschermende aanslag niet langer hervormen, wat resulteert in een catastrofale oxidatie door de vorming van snelgroeiende oxiden op ijzer- en chroombasis [3,4]. Afhankelijk van de omringende atmosfeer en de permeabiliteit van de oppervlakteoxiden kan dit verdere interne oxidatie of nitrering en de vorming van ongewenste fasen in het ondergrondse gebied vergemakkelijken [5]. Han en Young hebben aangetoond dat in aluminiumoxide-aanslagvormende NiCrAl-legeringen een complex patroon van interne oxidatie en nitrering ontwikkelt [6,7] tijdens thermische cycli bij verhoogde temperaturen in een luchtatmosfeer, vooral in legeringen die sterke nitridevormers zoals Al en Ti bevatten [4]. Chroomoxide-aanslag staat bekend als stikstofdoorlatend, en Cr2N vormt zich ofwel als een sub-aanslaglaag ofwel als intern neerslag [8,9]. Dit effect zal naar verwachting ernstiger zijn onder thermische cycli die leiden tot oxide-aanslagscheuren en de effectiviteit ervan als barrière tegen stikstof verminderen [6]. Nederlands Het corrosiegedrag wordt dus bepaald door de concurrentie tussen oxidatie, wat leidt tot de vorming/het behoud van beschermend alumina, en stikstofinfiltratie wat leidt tot interne nitrering van de legeringmatrix door de vorming van een AlN-fase [6,10], wat leidt tot spallatie van dat gebied als gevolg van hogere thermische uitzetting van de AlN-fase in vergelijking met de legeringmatrix [9]. Bij blootstelling van FeCrAl-legeringen aan hoge temperaturen in atmosferen met zuurstof of andere zuurstofdonoren zoals H2O of CO2, is oxidatie de dominante reactie en vormt zich alumina-aanslag, die ondoordringbaar is voor zuurstof of stikstof bij verhoogde temperaturen en bescherming biedt tegen hun indringing in de legeringmatrix. Maar bij blootstelling aan een reductie-atmosfeer (N2+H2) en scheuren in de beschermende alumina-aanslag, begint een lokale oxidatie door de vorming van niet-beschermende Cr- en Ferich-oxiden, die een gunstig pad bieden voor stikstofdiffusie in de ferritische matrix en de vorming van een AlN-fase [9]. De beschermende (4.6) stikstofatmosfeer wordt vaak toegepast bij industriële toepassingen 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 rapporteren dat de oxidatiesnelheid van de FeCrAlY-legeringen aanzienlijk lager is bij gloeien in een atmosfeer met lage zuurstofpartiële drukken [11]. Het doel van de studie was om te bepalen of gloeien in (99,996%) stikstof (4.6) gas (Messer® spec. onzuiverheidsniveau O2 + H2O < 10 ppm) de corrosieweerstand van FeCrAl-legering (Kanthal AF) beïnvloedt en in hoeverre deze afhangt van de gloeitemperatuur, de variatie ervan (thermische cycli) en de verwarmingssnelheid.