Kanthal AF-legering 837 resistohm alkrom Y fekrallegering

Kanthal AF är en ferritisk järn-krom-aluminiumlegering (FeCrAl-legering) för användning vid temperaturer upp till 1300 °C (2370 °F). Legeringen kännetecknas av utmärkt oxidationsbeständighet och mycket god formstabilitet, vilket resulterar i lång livslängd för elementet.

Kan-thal AF används vanligtvis i elektriska värmeelement i industriella ugnar och hushållsapparater.

Exempel på tillämpningar inom vitvaruindustrin är öppna glimmerelement för brödrostar, hårtorkar, meanderformade element för värmefläktar och öppna spiralelement på fiberisoleringsmaterial i keramiska glaselement i spisar, keramiska värmare för kokplattor, spiraler på gjuten keramisk fiber för kokplattor med keramiska hällar, upphängda spiralelement för värmefläktar, upphängda raka trådelement för radiatorer, konvektionsvärmare, piggsvinselement för varmluftspistoler, radiatorer och torktumlare.

Sammanfattning I den föreliggande studien beskrivs korrosionsmekanismen för kommersiell FeCrAl-legering (Kanthal AF) under glödgning i kvävgas (4.6) vid 900 °C och 1200 °C. Isotermiska och termocykliska tester med varierande totala exponeringstider, uppvärmningshastigheter och glödgningstemperaturer utfördes. Oxidationstest i luft och kvävgas utfördes genom termogravimetrisk analys. Mikrostrukturen karakteriseras med svepelektronmikroskopi (SEM-EDX), Augerelektronspektroskopi (AES) och fokuserad jonstråleanalys (FIB-EDX). Resultaten visar att korrosionsprogressionen sker genom bildandet av lokaliserade nitrideringsregioner under ytan, bestående av AlN-faspartiklar, vilket minskar aluminiumaktiviteten och orsakar försprödning och spallation. Processerna för Al-nitridbildning och Al-oxidtillväxt beror på glödgningstemperatur och uppvärmningshastighet. Det visade sig att nitridering av FeCrAl-legeringen är en snabbare process än oxidation under glödgning i en kvävgas med lågt syrepartialtryck och representerar den främsta orsaken till legeringsnedbrytning.

Introduktion FeCrAl-baserade legeringar (Kanthal AF ®) är välkända för sin överlägsna oxidationsbeständighet vid förhöjda temperaturer. Denna utmärkta egenskap är relaterad till bildandet av termodynamiskt stabila aluminiumoxidskal på ytan, vilket skyddar materialet mot ytterligare oxidation [1]. Trots överlägsna korrosionsbeständighetsegenskaper kan livslängden för komponenter tillverkade av FeCrAl-baserade legeringar begränsas om delarna ofta utsätts för termisk cykling vid förhöjda temperaturer [2]. En av anledningarna till detta är att det skalbildande elementet, aluminium, förbrukas i legeringsmatrisen i underjorden på grund av upprepad termochocksprickbildning och omformning av aluminiumoxidskalet. Om den återstående aluminiumhalten minskar under kritisk koncentration kan legeringen inte längre omforma det skyddande skalet, vilket resulterar i en katastrofal brytoxidation genom bildandet av snabbt växande järnbaserade och krombaserade oxider [3,4]. Beroende på den omgivande atmosfären och permeabiliteten hos ytoxider kan detta underlätta ytterligare intern oxidation eller nitridering och bildandet av oönskade faser i underjorden [5]. Han och Young har visat att i NiCrAl-legeringar som bildar aluminiumoxidskala utvecklas ett komplext mönster av intern oxidation och nitridering [6,7] under termisk cykling vid förhöjda temperaturer i en luftatmosfär, särskilt i legeringar som innehåller starka nitridbildare som Al och Ti [4]. Kromoxidskalor är kända för att vara kvävepermeabla, och Cr2N bildas antingen som ett underskikt eller som en intern fällning [8,9]. Denna effekt kan förväntas vara allvarligare under termiska cyklingsförhållanden som leder till sprickbildning i oxidskalor och minskar dess effektivitet som barriär mot kväve [6]. Korrosionsbeteendet styrs således av konkurrensen mellan oxidation, vilket leder till bildning/bibehållande av skyddande aluminiumoxid, och kväveinträngning som leder till intern nitridering av legeringsmatrisen genom bildning av AlN-fas [6,10], vilket leder till spallation av den regionen på grund av högre termisk expansion av AlN-fasen jämfört med legeringsmatrisen [9]. När FeCrAl-legeringar utsätts för höga temperaturer i atmosfärer med syre eller andra syredonatorer såsom H2O eller CO2, är oxidation den dominerande reaktionen, och aluminiumoxidskala bildas, som är ogenomtränglig för syre eller kväve vid förhöjda temperaturer och ger skydd mot deras intrång i legeringsmatrisen. Men om de utsätts för reduktionsatmosfär (N2+H2) och skyddande aluminiumoxidskalasprickor, startar en lokal brytoxidation genom bildandet av icke-skyddande Cr- och Ferich-oxider, vilka ger en gynnsam väg för kvävediffusion in i den ferritiska matrisen och bildning av AlN-fas [9]. Den skyddande (4.6) kväveatmosfären används ofta vid industriell tillämpning av FeCrAl-legeringar. Till exempel är motståndsvärmare i värmebehandlingsugnar med en skyddande kväveatmosfär ett exempel på den utbredda tillämpningen av FeCrAl-legeringar i en sådan miljö. Författarna rapporterar att oxidationshastigheten för FeCrAlY-legeringarna är betydligt långsammare vid glödgning i en atmosfär med lågt syrepartialtryck [11]. Syftet med studien var att fastställa om glödgning i (99,996 %) kvävgas (4,6) (Messer® spec. föroreningsnivå O2 + H2O < 10 ppm) påverkar korrosionsbeständigheten hos FeCrAl-legering (Kanthal AF) och i vilken utsträckning det beror på glödgningstemperaturen, dess variation (termisk cykling) och uppvärmningshastigheten.