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 (2370 °F). De legering wordt gekenmerkt door uitstekende oxidatieweerstand en zeer goede vormstabiliteit, wat resulteert in een lange levensduur van het element.

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

Voorbeelden van toepassingen in de apparatenindustrie zijn in open mica-elementen voor broodroosters, haardrogers, in meandervormige elementen voor luchtverhitters en als open spiraalelementen op vezelisolatiemateriaal in keramische glazen bovenverwarmers in fornuizen, in keramische verwarmers voor kookplaten, spoelen op gegoten keramische vezels voor kookplaten met keramische kookplaten, in hangende spiraalelementen voor luchtverhitters, in hangende rechte draadelementen voor radiatoren, convectieverwarmers, in stekelvarkenelementen voor heteluchtpistolen, radiatoren, 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 geschetst. Er werden isotherme en thermocyclische tests uitgevoerd met variërende totale blootstellingstijden, verwarmingssnelheden en gloeitemperaturen. Oxidatietests in lucht en stikstofgas werden uitgevoerd door thermogravimetrische analyse. De microstructuur wordt gekenmerkt door scanning-elektronenmicroscopie (SEM-EDX), Auger-elektronenspectroscopie (AES) en analyse van gefocusseerde ionenbundels (FIB-EDX). De resultaten laten zien dat de voortgang van corrosie plaatsvindt door de vorming van gelokaliseerde ondergrondse nitridatiegebieden, bestaande uit AlN-fasedeeltjes, die de aluminiumactiviteit verminderen en verbrossing en spallatie veroorzaken. De processen van de vorming van al-nitride en de groei van al-oxide-aanslag zijn afhankelijk van de gloeitemperatuur en de verwarmingssnelheid. Er werd gevonden dat nitridatie van de FeCrAl-legering een sneller proces is dan oxidatie tijdens gloeien in een stikstofgas met een lage partiële zuurstofdruk en de belangrijkste oorzaak is van degradatie van de legering.

Inleiding Op FeCrAl gebaseerde legeringen (Kanthal AF ®) staan ​​bekend om hun superieure oxidatieweerstand bij verhoogde temperaturen. Deze uitstekende eigenschap houdt verband met de vorming van thermodynamisch stabiele aluminiumoxideaanslag op het oppervlak, die het materiaal beschermt tegen verdere oxidatie [1]. Ondanks superieure corrosieweerstandseigenschappen kan de levensduur van de componenten vervaardigd uit op FeCrAl gebaseerde legeringen beperkt zijn als de onderdelen vaak worden blootgesteld aan thermische cycli bij hoge temperaturen [2]. Eén van de redenen hiervoor is dat het aanslagvormende element, aluminium, wordt verbruikt in de legeringsmatrix in het ondergrondse gebied als gevolg van het herhaalde scheuren door thermoshocks en het hervormen van de aluminiumoxideaanslag. Als het resterende aluminiumgehalte onder de kritische concentratie daalt, kan de legering de beschermende schaal 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 oppervlakteoxiden kan dit verdere interne oxidatie of nitridatie en de vorming van ongewenste fasen in het ondergrondse gebied vergemakkelijken [5]. Han en Young hebben aangetoond dat in aluminiumoxide-aanslagvormende Ni Cr Al-legeringen 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 zoals Al bevatten. en Ti [4]. Het is bekend dat chroomoxideafzettingen stikstofdoorlatend zijn, en Cr2N vormt zich ofwel als een subschaallaag of als intern neerslag [8,9]. Er kan worden verwacht dat dit effect ernstiger zal zijn onder omstandigheden van thermische cycli, die leiden tot barsten van de oxidehuid en de effectiviteit ervan als barrière tegen stikstof verminderen [6]. Het corrosiegedrag wordt dus bepaald door de concurrentie tussen oxidatie, wat leidt tot de vorming/behoud van beschermend aluminiumoxide, en het binnendringen van stikstof, wat leidt tot interne nitridatie van de legeringsmatrix door de vorming van de AlN-fase [6,10], wat leidt tot het afbrokkelen van dat gebied vanwege de hogere thermische uitzetting van de AlN-fase vergeleken met de legeringsmatrix [9]. Wanneer FeCrAl-legeringen worden blootgesteld aan hoge temperaturen in een atmosfeer met zuurstof of andere zuurstofdonoren zoals H2O of CO2, is oxidatie de overheersende reactie en vormt zich aluminiumoxideafzetting, die bij hoge temperaturen ondoordringbaar is voor zuurstof of stikstof en bescherming biedt tegen het binnendringen ervan in de lucht. legeringsmatrix. Maar bij blootstelling aan een reductieatmosfeer (N2+H2) en barsten op de beschermende aluminiumoxide-schaal, begint een lokale afbraakoxidatie door de vorming van niet-beschermende Cr- en Ferich-oxiden, die een gunstig pad bieden voor stikstofdiffusie in de ferritische matrix en vorming van de AlN-fase [9]. De beschermende (4.6) stikstofatmosfeer wordt veelvuldig toegepast bij 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 langzamer is bij uitgloeien in een atmosfeer met lage partiële zuurstofdruk [11]. Het doel van het onderzoek was om te bepalen of gloeien in (99,996%) stikstofgas (4.6) (Messer® spec. onzuiverheidsniveau O2 + H2O < 10 ppm) de corrosieweerstand van FeCrAl-legering (Kanthal AF) beïnvloedt en in welke mate dit daarvan afhangt op de gloeitemperatuur, de variatie ervan (thermische cycli) en de verwarmingssnelheid.