Kanthal AF sulam 837 resistohm alkroom Y fekraal sulam

Kanthal AF on ferriitne raua-kroom-alumiiniumi sulam (FeCrAl sulam), mida kasutatakse temperatuuridel kuni 1300 °C (2370 °F). Sulamile on iseloomulik suurepärane oksüdatsioonikindlus ja väga hea vormistabiilsus, mis tagab elemendi pika eluea.

Kan-thal AF-i kasutatakse tavaliselt tööstusahjude ja kodumasinate elektrilistes kütteelementides.

Näited rakendustest kodumasinate tööstuses on rösterite ja föönide avatud vilgukivist elementides, ventilaatorkütteseadmete meanderkujulistes elementides ja avatud mähisega elementidena kiudisolatsioonimaterjalil pliitide keraamilistes klaaskütteseadmetes, keeduplaatide keraamilistes kütteseadmetes, vormitud keraamilisel kiul põhinevates mähistes keraamiliste pliidiplaatide jaoks, ventilaatorkütteseadmete rippuvates mähisega elementides, radiaatorite rippuvates sirgetest traatidest elementides, konvektsioonkütteseadmetes, kuumaõhupüstolite, radiaatorite ja kuivatite okaspuude elementides.

Kokkuvõte Käesolevas uuringus kirjeldatakse kaubandusliku FeCrAl sulami (Kanthal AF) korrosioonimehhanismi lämmastikgaasis (4.6) lõõmutamise ajal temperatuuril 900 °C ja 1200 °C. Viidi läbi isotermilised ja termotsüklilised katsed erinevate kokkupuuteaegade, kuumutamiskiiruste ja lõõmutustemperatuuridega. Oksüdatsioonikatse õhus ja lämmastikgaasis viidi läbi termogravimeetrilise analüüsi abil. Mikrostruktuuri iseloomustatakse skaneeriva elektronmikroskoopia (SEM-EDX), Augeri elektronspektroskoopia (AES) ja fokuseeritud ioonkiire (FIB-EDX) analüüsi abil. Tulemused näitavad, et korrosiooni progresseerumine toimub AlN-faasi osakestest koosnevate lokaliseeritud pinnaaluste nitridatsioonipiirkondade moodustumise kaudu, mis vähendab alumiiniumi aktiivsust ning põhjustab haprust ja killumist. Al-nitriidi moodustumise ja Al-oksiidi katlakivi kasvu protsessid sõltuvad lõõmutustemperatuurist ja kuumutamiskiirusest. Leiti, et FeCrAl sulami nitrideerimine on kiirem protsess kui oksüdeerimine madala hapniku osarõhuga lämmastikgaasis lõõmutamise ajal ning on sulami lagunemise peamine põhjus.

Sissejuhatus FeCrAl-põhised sulamid (Kanthal AF ®) on tuntud oma suurepärase oksüdatsioonikindluse poolest kõrgetel temperatuuridel. See suurepärane omadus on seotud termodünaamiliselt stabiilse alumiiniumoksiidi kattekihi moodustumisega pinnale, mis kaitseb materjali edasise oksüdeerumise eest [1]. Vaatamata suurepärastele korrosioonikindlusomadustele võib FeCrAl-põhistest sulamitest valmistatud komponentide eluiga olla piiratud, kui detailid puutuvad sageli kokku termiliste tsüklitega kõrgetel temperatuuridel [2]. Üks põhjustest on see, et kattekihti moodustav element alumiinium tarbitakse sulami maatriksis pinna-aluses piirkonnas korduva termošoki pragunemise ja alumiiniumoksiidi kattekihi ümberkujunemise tõttu. Kui järelejäänud alumiiniumisisaldus väheneb alla kriitilise kontsentratsiooni, ei saa sulam enam kaitsvat kattekihti ümber kujundada, mille tulemuseks on katastroofiline eralduv oksüdatsioon kiiresti kasvavate raua- ja kroomipõhiste oksiidide moodustumise kaudu [3,4]. Sõltuvalt ümbritsevast atmosfäärist ja pinnaoksiidide läbilaskvusest võib see soodustada edasist sisemist oksüdeerumist või nitrideerumist ja soovimatute faaside teket pinna-aluses piirkonnas [5]. Han ja Young on näidanud, et alumiiniumoksiidi skaalat moodustavates NiCrAl sulamites tekib õhuatmosfääris kõrgetel temperatuuridel termilise tsükleerimise ajal keeruline sisemise oksüdatsiooni ja nitriidimise muster [6,7], eriti sulamites, mis sisaldavad tugevaid nitriidimoodustajaid nagu Al ja Ti [4]. Kroomoksiidi skaalad on teadaolevalt lämmastikku läbilaskvad ja Cr2N moodustub kas alamkihina või sisemise sadena [8,9]. See efekt võib olla termilise tsükleerimise tingimustes, mis viivad oksiidi skaala pragunemiseni ja vähendavad selle efektiivsust lämmastiku barjäärina [6], tugevam. Seega reguleerib korrosioonikäitumist konkurents oksüdatsiooni, mis viib kaitsva alumiiniumoksiidi moodustumiseni/säilitamiseni, ja lämmastiku sissetungi vahel, mis viib sulami maatriksi sisemise nitriidimiseni AlN-faasi moodustumise kaudu [6,10], mis viib selle piirkonna killustumiseni AlN-faasi suurema soojuspaisumise tõttu võrreldes sulami maatriksiga [9]. Kui FeCrAl-sulameid töödeldakse kõrge temperatuuriga hapniku või muude hapnikudoonorite, näiteks H2O või CO2, atmosfääris, kus on hapnik või muud hapnikudoonorid, näiteks H2O või CO2, on domineerivaks reaktsiooniks oksüdeerumine ning moodustub alumiiniumoksiidi katlakivi, mis on kõrgetel temperatuuridel hapniku või lämmastiku suhtes mitteläbilaskev ja pakub kaitset nende sissetungimise eest sulami maatriksisse. Kuid redutseeriva atmosfääri (N2+H2) käes, kus alumiiniumoksiidi katlakivi praguneb, algab lokaalne eralduv oksüdeerumine mittekaitsvate Cr- ja Ferichi oksiidide moodustumisega, mis pakuvad soodsat teed lämmastiku difusiooniks ferriitmaatriksisse ja AlN-faasi moodustumiseks [9]. Kaitsvat (4.6) lämmastikuatmosfääri kasutatakse sageli FeCrAl-sulamite tööstuslikus rakendamises. Näiteks on kaitsva lämmastikuatmosfääriga kuumutusahjude takistusküttekehad näide FeCrAl-sulamite laialdasest kasutamisest sellises keskkonnas. Autorid teatavad, et FeCrAlY-sulamite oksüdeerumiskiirus on madala hapniku osarõhuga atmosfääris kuumutamisel oluliselt aeglasem [11]. Uuringu eesmärk oli kindlaks teha, kas lõõmutamine lämmastikgaasis (99,996%) (4,6) (Messer® spetsifikatsiooniga lisandite tase O2 + H2O < 10 ppm) mõjutab FeCrAl sulami (Kanthal AF) korrosioonikindlust ning mil määral see sõltub lõõmutustemperatuurist, selle varieerumisest (termotsükkel) ja kuumutamiskiirusest.