Kanthal AF -seos 837 resistohmi alkromi Y-ferraaliseos

Kanthal AF on ferriittinen rauta-kromi-alumiiniseos (FeCrAl-seos), jota käytetään jopa 1300 °C:n (2370 °F) lämpötiloissa. Seokselle on ominaista erinomainen hapettumisenkestävyys ja erittäin hyvä muodonpitävyys, mikä johtaa pitkän käyttöiän.

Kan-thal AF:ää käytetään tyypillisesti teollisuusuunien ja kodinkoneiden sähkölämmityselementeissä.

Esimerkkejä sovelluksista kodinkoneteollisuudessa ovat leivänpaahtimien ja hiustenkuivaajien avoimet kiilleelementit, lämpöpuhaltimien meanderinmuotoiset elementit ja avoimina kelaelementteinä kuitueristemateriaalin päällä keraamisissa lasikantisissa lämmittimissä liedissä, keraamisissa keittolevyjen lämmittimissä, valettujen keraamisten kuitujen päällä olevissa keloissa keittolevyillä ja keraamisilla keittotasoilla, lämpöpuhaltimien riippuvat kelaelementit, pattereiden riippuvat suoralankaelementit, konvektiolämmittimet, kuumailmapistoolien, pattereiden ja kuivausrumpujen piikkielementit.

Tiivistelmä Tässä tutkimuksessa esitetään kaupallisen FeCrAl-seoksen (Kanthal AF) korroosiomekanismi hehkutuksen aikana typpikaasussa (4.6) 900 °C:ssa ja 1200 °C:ssa. Tutkimuksessa suoritettiin isotermisiä ja termosyklisiä testejä vaihtelevilla kokonaisaltistusajoilla, lämmitysnopeuksilla ja hehkutuslämpötiloilla. Hapettumiskokeet ilmassa ja typpikaasussa tehtiin termogravimetrisellä analyysillä. Mikrorakenne karakterisoidaan pyyhkäisyelektronimikroskopialla (SEM-EDX), Augerin elektronispektroskopialla (AES) ja fokusoidulla ionisuihkuanalyysillä (FIB-EDX). Tulokset osoittavat, että korroosio etenee paikallisten pinnan alla olevien nitraatioalueiden muodostumisen kautta, jotka koostuvat AlN-faasihiukkasista, mikä vähentää alumiinin aktiivisuutta ja aiheuttaa haurastumista ja lohkeilua. Al-nitridin muodostumis- ja Al-oksidikerrostuman kasvuprosessit riippuvat hehkutuslämpötilasta ja lämmitysnopeudesta. Havaittiin, että FeCrAl-seoksen nitraatio on nopeampi prosessi kuin hapettuminen hehkutuksen aikana typpikaasussa, jossa on alhainen hapen osapaine, ja seoksen hajoamisen pääsyy.

Johdanto FeCrAl-pohjaiset seokset (Kanthal AF ®) tunnetaan erinomaisesta hapettumisenkestävyydestään korkeissa lämpötiloissa. Tämä erinomainen ominaisuus liittyy termodynaamisesti stabiilin alumiinioksidikerroksen muodostumiseen pinnalle, joka suojaa materiaalia lisähapettumiselta [1]. Erinomaisista korroosionkestävyysominaisuuksista huolimatta FeCrAl-pohjaisista seoksista valmistettujen komponenttien käyttöikä voi olla rajallinen, jos osat altistetaan usein lämpövaihteluille korkeissa lämpötiloissa [2]. Yksi syy tähän on se, että kerroksen muodostava elementti, alumiini, kuluu seosmatriisissa pinnan alla olevalla alueella alumiinioksidikerroksen toistuvan lämpöshokkihalkeilun ja uudelleenmuodostumisen vuoksi. Jos jäljellä olevan alumiinipitoisuuden alapuolelle jää kriittisen pitoisuuden, seos ei enää pysty uudelleenmuodostamaan suojaavaa kerrrosta, mikä johtaa katastrofaaliseen irtautumishapettumiseen nopeasti kasvavien rauta- ja kromipohjaisten oksidien muodostumisen myötä [3,4]. Ympäröivästä ilmakehästä ja pintaoksidien läpäisevyydestä riippuen tämä voi edistää lisähapettumista tai nitrausta ja ei-toivottujen faasien muodostumista pinnan alla olevalla alueella [5]. Han ja Young ovat osoittaneet, että alumiinioksidikerrostumia muodostavissa NiCrAl-seoksissa kehittyy monimutkainen sisäisen hapettumisen ja nitrauksen kuvio [6,7] lämpösyklien aikana korotetuissa lämpötiloissa ilmakehässä, erityisesti seoksissa, jotka sisältävät vahvoja nitridinmuodostajia, kuten Al ja Ti [4]. Kromioksidikerrostumien tiedetään läpäisevän typpeä, ja Cr2N muodostuu joko alikerroksena tai sisäisenä sakkana [8,9]. Tämän vaikutuksen voidaan odottaa olevan vakavampi lämpösyklien olosuhteissa, jotka johtavat oksidikerrostuman halkeiluun ja heikentävät sen tehokkuutta typen esteenä [6]. Korroosiokäyttäytymistä säätelee siten kilpailu hapettumisen, joka johtaa suojaavan alumiinioksidin muodostumiseen/ylläpitoon, ja typen sisäänpääsyn, joka johtaa seosmatriisin sisäiseen nitraukseen AlN-faasin muodostumisen kautta [6,10], välillä, mikä johtaa kyseisen alueen lohkeiluun AlN-faasin suuremman lämpölaajenemisen vuoksi verrattuna seosmatriisiin [9]. Kun FeCrAl-seokset altistetaan korkeille lämpötiloille ilmakehässä, jossa on happea tai muita hapen luovuttajia, kuten H2O:ta tai CO2:ta, hapettuminen on hallitseva reaktio, ja muodostuu alumiinioksidikerrosta, joka on läpäisemätön hapelle tai typelle korotetuissa lämpötiloissa ja suojaa niitä tunkeutumiselta seosmatriisiin. Mutta jos se altistetaan pelkistävälle ilmakehälle (N2+H2) ja suojaavalle alumiinioksidikerrokselle muodostuu halkeama, paikallinen irtautumishapettuminen alkaa muodostamalla suojaamattomia Cr- ja Ferich-oksideja, jotka tarjoavat suotuisan reitin typen diffuusiolle ferriittiseen matriisiin ja AlN-faasin muodostumiselle [9]. Suojaavaa (4.6) typpiatmosfääriä käytetään usein FeCrAl-seosten teollisessa käytössä. Esimerkiksi lämpökäsittelyuunien vastuslämmittimet, joissa on suojaava typpiatmosfääri, ovat esimerkki FeCrAl-seosten laajalle levinneestä käytöstä tällaisessa ympäristössä. Kirjoittajat raportoivat, että FeCrAlY-seosten hapettumisnopeus on huomattavasti hitaampi, kun ne hehkutetaan ilmakehässä, jossa on alhainen hapen osapaine [11]. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, vaikuttaako hehkutus (99,996 %) typpikaasussa (4,6) (Messer®-epäpuhtauspitoisuus O2 + H2O < 10 ppm) FeCrAl-seoksen (Kanthal AF) korroosionkestävyyteen ja missä määrin se riippuu hehkutuslämpötilasta, sen vaihtelusta (lämpösyklit) ja lämmitysnopeudesta.