Кантал AF сплав 837 резистом алхром Y фекральний сплав

Kanthal AF – це феритний залізо-хром-алюмінієвий сплав (сплав FeCrAl) для використання за температур до 1300°C (2370°F). Сплав характеризується чудовою стійкістю до окислення та дуже хорошою формостійкістю, що забезпечує тривалий термін служби елемента.

Кан-тал AF зазвичай використовується в електричних нагрівальних елементах промислових печах та побутовій техніці.

Прикладами застосування в побутовій промисловості є відкриті слюдяні елементи для тостерів, фенів для волосся, меандроподібні елементи для вентиляторних обігрівачів та відкриті спіральні елементи на волокнистому ізоляційному матеріалі в керамічних склокерамічних нагрівачах у плитах, в керамічних нагрівачах для кип'ятильників, спіралі на литому керамічному волокні для варильних поверхонь з керамічними конфорками, в підвісних спіральних елементах для вентиляторних обігрівачів, в підвісних прямих дротяних елементах для радіаторів, конвекційних обігрівачів, в елементах типу "дикобраз" для фенів, радіаторів, сушильних машин.

Анотація. У цьому дослідженні викладено механізм корозії комерційного сплаву FeCrAl (Kanthal AF) під час відпалу в газоподібному азоті (4.6) за температур 900 °C та 1200 °C. Були проведені ізотермічні та термоциклічні випробування з різним загальним часом витримки, швидкостями нагрівання та температурами відпалу. Випробування на окислення в повітрі та газоподібному азоті проводилися за допомогою термогравіметричного аналізу. Мікроструктуру характеризували за допомогою скануючої електронної мікроскопії (SEM-EDX), оже-електронної спектроскопії (AES) та аналізу сфокусованим іонним пучком (FIB-EDX). Результати показують, що прогресування корозії відбувається через утворення локалізованих підповерхневих областей азотування, що складаються з частинок фази AlN, що знижує активність алюмінію та викликає окрихчення та відкол. Процеси утворення нітриду Al та росту окалини оксиду Al залежать від температури відпалу та швидкості нагрівання. Було виявлено, що азотування сплаву FeCrAl є швидшим процесом, ніж окислення під час відпалу в газоподібному азоті з низьким парціальним тиском кисню, і є основною причиною деградації сплаву.

Вступ Сплави на основі FeCrAl (Kanthal AF ®) добре відомі своєю чудовою стійкістю до окислення за підвищених температур. Ця чудова властивість пов'язана з утворенням термодинамічно стабільної окалини алюмінію на поверхні, яка захищає матеріал від подальшого окислення [1]. Незважаючи на чудові властивості корозійної стійкості, термін служби компонентів, виготовлених зі сплавів на основі FeCrAl, може бути обмежений, якщо деталі часто піддаються термоциклуванню за підвищених температур [2]. Однією з причин цього є те, що елемент, що утворює окалину, алюміній, витрачається в матриці сплаву в підповерхневій області через повторюване термошокове розтріскування та реформування окалини алюмінію. Якщо залишковий вміст алюмінію зменшується нижче критичної концентрації, сплав більше не може реформувати захисну окалину, що призводить до катастрофічного відривного окислення шляхом утворення швидкозростаючих оксидів на основі заліза та хрому [3,4]. Залежно від навколишньої атмосфери та проникності поверхневих оксидів це може сприяти подальшому внутрішньому окисленню або нітридації та утворенню небажаних фаз у підповерхневій області [5]. Хан та Янг показали, що в сплавах NiCrAl, що утворюють окалину алюмінію, під час термоциклування за підвищених температур в атмосфері повітря розвивається складна картина внутрішнього окислення та нітридації [6,7], особливо в сплавах, що містять сильні нітридоутворювачі, такі як Al та Ti [4]. Відомо, що окалина оксиду хрому проникна для азоту, і Cr2N утворюється або як підшар окалини, або як внутрішній осад [8,9]. Очікується, що цей ефект буде більш сильним в умовах термоциклування, що призводить до розтріскування оксидної окалини та зниження її ефективності як бар'єру для азоту [6]. Таким чином, корозійна поведінка визначається конкуренцією між окисленням, яке призводить до утворення/підтримки захисного оксиду алюмінію, та проникненням азоту, що призводить до внутрішньої нітридації матриці сплаву шляхом утворення фази AlN [6,10], що призводить до відколу цієї області через більше теплове розширення фази AlN порівняно з матрицею сплаву [9]. Під час впливу високих температур на сплави FeCrAl в атмосфері з киснем або іншими донорами кисню, такими як H2O або CO2, домінуючою реакцією є окислення, і утворюється окалина оксиду алюмінію, яка непроникна для кисню або азоту за підвищених температур і забезпечує захист від їх проникнення в матрицю сплаву. Але при впливі відновної атмосфери (N2+H2) та розтріскування захисної окалини оксиду алюмінію починається локальне відривне окислення шляхом утворення незахисних оксидів Cr та Ferich, які забезпечують сприятливий шлях для дифузії азоту в феритну матрицю та утворення фази AlN [9]. Захисна (4.6) азотна атмосфера часто застосовується в промисловому застосуванні сплавів FeCrAl. Наприклад, нагрівачі опору в печах для термічної обробки із захисною азотною атмосферою є прикладом широкого застосування сплавів FeCrAl у такому середовищі. Автори повідомляють, що швидкість окислення сплавів FeCrAlY значно нижча при відпалі в атмосфері з низьким парціальним тиском кисню [11]. Метою дослідження було визначити, чи впливає відпал у газоподібному азоті (4.6) з концентрацією азоту (99.996%) (рівень домішок O2 + H2O < 10 ppm за специфікацією Messer®) на корозійну стійкість сплаву FeCrAl (Kanthal AF), і якою мірою це залежить від температури відпалу, її зміни (термоциклування) та швидкості нагрівання.