Kanthal AF alaşımı 837 resistohm alchrome Y fecral alaşımı

Kanthal AF, 1300°C'ye (2370°F) kadar sıcaklıklarda kullanılabilen ferritik bir demir-krom-alüminyum alaşımıdır (FeCrAl alaşımı). Alaşım, mükemmel oksidasyon direnci ve çok iyi şekil stabilitesi ile karakterize edilir ve bu da uzun eleman ömrü sağlar.

Kan-thal AF, genellikle endüstriyel fırınlarda ve ev aletlerinde kullanılan elektrikli ısıtma elemanlarında kullanılır.

Ev aletleri sektöründeki uygulama örnekleri arasında tost makineleri ve saç kurutma makineleri için açık mika elemanlar, fanlı ısıtıcılar için kıvrımlı şekilli elemanlar, fırınlardaki seramik cam üstü ısıtıcılarda elyaf yalıtım malzemesi üzerinde açık bobin elemanlar, kaynatma plakaları için seramik ısıtıcılar, seramik ocaklı pişirme plakaları için kalıplanmış seramik elyaf üzerine bobinler, fanlı ısıtıcılar için askılı bobin elemanlar, radyatörler ve konveksiyonlu ısıtıcılar için askılı düz tel elemanlar, sıcak hava tabancaları, radyatörler ve çamaşır kurutma makineleri için dikenli elemanlar yer almaktadır.

Özet Bu çalışmada, ticari FeCrAl alaşımının (Kanthal AF) 900 °C ve 1200 °C'de azot gazı (4.6) ortamında tavlama sırasındaki korozyon mekanizması özetlenmiştir. Değişken toplam maruz kalma süreleri, ısıtma hızları ve tavlama sıcaklıkları ile izotermal ve termo-döngüsel testler yapılmıştır. Hava ve azot gazında oksidasyon testi termogravimetrik analiz ile gerçekleştirilmiştir. Mikro yapı, taramalı elektron mikroskobu (SEM-EDX), Auger elektron spektroskopisi (AES) ve odaklanmış iyon demeti (FIB-EDX) analizi ile karakterize edilmiştir. Sonuçlar, korozyonun ilerlemesinin, alüminyum aktivitesini azaltan ve kırılganlığa ve pul pul dökülmeye neden olan AlN faz parçacıklarından oluşan lokalize yüzey altı nitrürleşme bölgelerinin oluşumu yoluyla gerçekleştiğini göstermektedir. Al-nitrür oluşumu ve Al-oksit tabakası büyüme süreçleri, tavlama sıcaklığına ve ısıtma hızına bağlıdır. Azot gazı ortamında düşük oksijen kısmi basıncıyla yapılan tavlama işlemi sırasında FeCrAl alaşımının nitrürleşmesinin oksidasyondan daha hızlı bir süreç olduğu ve alaşım bozulmasının ana nedeni olduğu tespit edilmiştir.

Giriş FeCrAl bazlı alaşımlar (Kanthal AF ®), yüksek sıcaklıklarda üstün oksidasyon direnciyle bilinir. Bu mükemmel özellik, malzemenin daha fazla oksidasyona karşı korunmasını sağlayan, yüzeyde termodinamik olarak kararlı alümina tabakasının oluşumuyla ilgilidir [1]. Üstün korozyon direnci özelliklerine rağmen, FeCrAl bazlı alaşımlardan üretilen bileşenlerin ömrü, parçalar yüksek sıcaklıklarda sık sık termal döngüye maruz kalırsa sınırlı olabilir [2]. Bunun nedenlerinden biri, tabaka oluşturan element olan alüminyumun, tekrarlanan termal şok çatlaması ve alümina tabakasının yeniden oluşumu nedeniyle yüzey altı bölgesindeki alaşım matrisinde tüketilmesidir. Kalan alüminyum içeriği kritik konsantrasyonun altına düşerse, alaşım artık koruyucu tabakayı yeniden oluşturamaz ve bu da hızla büyüyen demir bazlı ve krom bazlı oksitlerin oluşumuyla felaket bir kopma oksidasyonuna yol açar [3,4]. Çevredeki atmosfere ve yüzey oksitlerinin geçirgenliğine bağlı olarak, bu durum daha fazla iç oksidasyonu veya nitrürleşmeyi ve yüzey altı bölgesinde istenmeyen fazların oluşumunu kolaylaştırabilir [5]. Han ve Young, alümina tabakası oluşturan Ni Cr Al alaşımlarında, özellikle Al ve Ti gibi güçlü nitrür oluşturucular içeren alaşımlarda [4], hava atmosferinde yüksek sıcaklıklarda termal döngü sırasında karmaşık bir iç oksidasyon ve nitrürleme modelinin geliştiğini göstermiştir [6,7]. Krom oksit tabakalarının nitrojen geçirgen olduğu ve Cr2 N'nin ya alt tabaka tabakası ya da iç çökelti olarak oluştuğu bilinmektedir [8,9]. Bu etkinin, oksit tabakasının çatlamasına ve nitrojen bariyeri olarak etkinliğinin azalmasına yol açan termal döngü koşulları altında daha şiddetli olması beklenir [6]. Korozyon davranışı bu nedenle, koruyucu alümina oluşumuna/korunmasına yol açan oksidasyon ile alaşım matrisinin AlN fazı oluşumuyla iç nitrürlenmesine yol açan nitrojen girişi arasındaki rekabet tarafından yönetilir [6,10], bu da AlN fazının alaşım matrisine göre daha yüksek termal genleşmesi nedeniyle o bölgenin pul pul dökülmesine yol açar [9]. FeCrAl alaşımları oksijen veya H2O veya CO2 gibi diğer oksijen vericileri içeren ortamlarda yüksek sıcaklıklara maruz bırakıldığında, baskın reaksiyon oksidasyondur ve yüksek sıcaklıklarda oksijen veya nitrojene geçirimsiz olan ve bunların alaşım matrisine nüfuz etmesine karşı koruma sağlayan alümina tabakası oluşur. Ancak, indirgeyici atmosfere (N2+H2) maruz kaldığında ve koruyucu alümina tabakası çatladığında, koruyucu olmayan Cr ve demirce zengin oksitlerin oluşumuyla yerel bir kopma oksidasyonu başlar; bu da ferritik matrise nitrojen difüzyonu ve AlN fazının oluşumu için uygun bir yol sağlar [9]. Koruyucu (4.6) nitrojen atmosferi, FeCrAl alaşımlarının endüstriyel uygulamalarında sıklıkla kullanılır. Örneğin, koruyucu nitrojen atmosferine sahip ısıl işlem fırınlarındaki dirençli ısıtıcılar, FeCrAl alaşımlarının bu tür bir ortamda yaygın olarak kullanılmasının bir örneğidir. Yazarlar, FeCrAlY alaşımlarının oksidasyon hızının, düşük oksijen kısmi basınçlarına sahip bir atmosferde tavlandığında önemli ölçüde daha yavaş olduğunu bildirmektedir [11]. Bu çalışmanın amacı, (%99,996) azot (4,6) gazında (Messer® spesifikasyonuna göre O2 + H2O safsızlık seviyesi < 10 ppm) tavlamanın FeCrAl alaşımının (Kanthal AF) korozyon direncini etkileyip etkilemediğini ve bunun tavlama sıcaklığına, sıcaklık değişimine (termal döngü) ve ısıtma hızına ne ölçüde bağlı olduğunu belirlemektir.