Zliatina Kanthal AF 837 resistohm alchrome Y fecral

Kanthal AF je feritická zliatina železa, chrómu a hliníka (zliatina FeCrAl) na použitie pri teplotách do 1300 °C (2370 °F). Zliatina sa vyznačuje vynikajúcou odolnosťou voči oxidácii a veľmi dobrou tvarovou stálosťou, čo vedie k dlhej životnosti prvkov.

Kan-thal AF sa zvyčajne používa v elektrických vykurovacích prvkoch v priemyselných peciach a domácich spotrebičoch.

Príklady použitia v priemysle spotrebičov sú v otvorených sľudových prvkoch pre hriankovače, sušiče vlasov, v meandrových prvkoch pre ventilátorové ohrievače a ako otvorené špirálové prvky na vláknitom izolačnom materiáli v keramických sklenených ohrievačoch v sporákoch, v keramických ohrievačoch pre varné dosky, cievkach na tvarovaných keramických vláknach pre varné dosky s keramickými varnými doskami, v zavesených špirálových prvkoch pre ventilátorové ohrievače, v zavesených rovných drôtených prvkoch pre radiátory, konvekčné ohrievače, v dikobrazových prvkoch pre teplovzdušné pištole, radiátory, sušičky bielizne.

Abstrakt V predloženej štúdii je načrtnutý mechanizmus korózie komerčnej zliatiny FeCrAl (Kanthal AF) počas žíhania v plynnom dusíku (4.6) pri teplotách 900 °C a 1200 °C. Boli vykonané izotermické a termocyklické testy s rôznymi celkovými časmi expozície, rýchlosťami ohrevu a teplotami žíhania. Oxidačné testy na vzduchu a v plynnom dusíku boli vykonané termogravimetrickou analýzou. Mikroštruktúra je charakterizovaná skenovacou elektrónovou mikroskopiou (SEM-EDX), Augerovou elektrónovou spektroskopiou (AES) a analýzou fokusovaným iónovým lúčom (FIB-EDX). Výsledky ukazujú, že progresia korózie prebieha tvorbou lokalizovaných podpovrchových nitridačných oblastí, zložených z častíc fázy AlN, čo znižuje aktivitu hliníka a spôsobuje krehnutie a odlupovanie. Procesy tvorby nitridu Al a rastu oxidového povlaku Al závisia od teploty žíhania a rýchlosti ohrevu. Zistilo sa, že nitridácia zliatiny FeCrAl je rýchlejší proces ako oxidácia počas žíhania v plynnom dusíku s nízkym parciálnym tlakom kyslíka a predstavuje hlavnú príčinu degradácie zliatiny.

Úvod Zliatiny na báze FeCrAl (Kanthal AF ®) sú dobre známe svojou vynikajúcou odolnosťou voči oxidácii pri zvýšených teplotách. Táto vynikajúca vlastnosť súvisí s tvorbou termodynamicky stabilného oxidu hlinitého na povrchu, ktorý chráni materiál pred ďalšou oxidáciou [1]. Napriek vynikajúcim vlastnostiam odolnosti proti korózii môže byť životnosť komponentov vyrobených zo zliatin na báze FeCrAl obmedzená, ak sú diely často vystavené tepelnému cyklovaniu pri zvýšených teplotách [2]. Jedným z dôvodov je, že prvok tvoriaci oxid, hliník, sa spotrebúva v matrici zliatiny v podpovrchovej oblasti v dôsledku opakovaného tepelno-šokového praskania a reformovania oxidu hlinitého. Ak zostávajúci obsah hliníka klesne pod kritickú koncentráciu, zliatina už nemôže reformovať ochrannú vrstvu, čo vedie ku katastrofickej oxidácii odtrhávaním tvorbou rýchlo rastúcich oxidov na báze železa a chrómu [3,4]. V závislosti od okolitej atmosféry a priepustnosti povrchových oxidov to môže uľahčiť ďalšiu vnútornú oxidáciu alebo nitridáciu a tvorbu nežiaducich fáz v podpovrchovej oblasti [5]. Han a Young preukázali, že v zliatinách NiCrAl tvoriacich povlak z oxidu hlinitého sa počas tepelného cyklovania pri zvýšených teplotách vo vzdušnej atmosfére vyvíja komplexný vzorec vnútornej oxidácie a nitridácie [6,7], najmä v zliatinách, ktoré obsahujú silné nitridotvorné látky, ako sú Al a Ti [4]. Povlaky oxidu chrómu sú známe tým, že priepustné pre dusík a Cr2N sa tvorí buď ako podvrstva povlaku, alebo ako vnútorná zrazenina [8,9]. Dá sa očakávať, že tento účinok bude závažnejší za podmienok tepelného cyklovania, ktoré vedú k praskaniu oxidových povlakov a znižujú ich účinnosť ako bariéry pre dusík [6]. Korozívne správanie je teda riadené konkurenciou medzi oxidáciou, ktorá vedie k ochrannej tvorbe/udržiavaniu oxidu hlinitého, a vstupom dusíka, ktorý vedie k vnútornej nitridácii matrice zliatiny tvorbou fázy AlN [6,10], čo vedie k odlupovaniu tejto oblasti v dôsledku vyššej tepelnej rozťažnosti fázy AlN v porovnaní so zliatinovou matricou [9]. Pri vystavení zliatin FeCrAl vysokým teplotám v atmosfére s kyslíkom alebo inými donormi kyslíka, ako je H2O alebo CO2, je dominantnou reakciou oxidácia a tvorí sa hliníkový povlak, ktorý je pri zvýšených teplotách nepriepustný pre kyslík alebo dusík a poskytuje ochranu pred ich vniknutím do matrice zliatiny. Ak sú však zliatiny vystavené redukčnej atmosfére (N2+H2) a ochranný hliníkový povlak praská, začína lokálna odtrhová oxidácia tvorbou nechrániacich oxidov Cr a Ferich, ktoré poskytujú priaznivú cestu pre difúziu dusíka do feritickej matrice a tvorbu fázy AlN [9]. Ochranná (4.6) dusíková atmosféra sa často používa v priemyselných aplikáciách zliatin FeCrAl. Napríklad odporové ohrievače v peciach na tepelné spracovanie s ochrannou dusíkovou atmosférou sú príkladom širokého použitia zliatin FeCrAl v takomto prostredí. Autori uvádzajú, že rýchlosť oxidácie zliatin FeCrAlY je podstatne pomalšia pri žíhaní v atmosfére s nízkym parciálnym tlakom kyslíka [11]. Cieľom štúdie bolo zistiť, či žíhanie v plynnom dusíku (4,6) s koncentráciou (99,996 %) (špecifikácia Messer®, obsah nečistôt O2 + H2O < 10 ppm) ovplyvňuje koróznu odolnosť zliatiny FeCrAl (Kanthal AF) a do akej miery závisí od teploty žíhania, jej zmeny (termické cyklovanie) a rýchlosti ohrevu.