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 form kararlılığı ile karakterize edilir ve bu da uzun eleman ömrü sağlar.

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

Beyaz eşya endüstrisindeki uygulama örnekleri arasında; tost makineleri, saç kurutma makineleri için açık mika elemanlar, fanlı ısıtıcılar için meandr şekilli elemanlar, seramik cam üstlü ocak ısıtıcılarında elyaf yalıtım malzemesi üzerinde açık bobin elemanlar, kaynatma plakaları için seramik ısıtıcılar, seramik ocaklı pişirme plakaları için kalıplanmış seramik elyaf üzerindeki bobinler, fanlı ısıtıcılar için askılı bobin elemanlar, radyatörler, konveksiyon ısıtıcılar için askılı düz telli elemanlar, sıcak hava tabancaları, radyatörler, çamaşır kurutma makineleri için kirpi elemanlar yer alır.

Özet Bu çalışmada, ticari FeCrAl alaşımının (Kanthal AF) 900 °C ve 1200 °C'de azot gazında (4.6) tavlanması sırasında korozyon mekanizması özetlenmiştir. Değişen toplam maruz kalma süreleri, ısıtma oranları ve tavlama sıcaklıkları ile izotermal ve termo-döngüsel testler gerçekleştirilmiştir. 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 parçalanmaya neden olan AlN faz parçacıklarından oluşan yerelleştirilmiş yeraltı nitrürleme bölgelerinin oluşumu yoluyla gerçekleştiğini göstermektedir. Al-nitrür oluşumu ve Al-oksit ölçek büyümesi süreçleri tavlama sıcaklığına ve ısıtma oranına bağlıdır. FeCrAl alaşımının nitrürlenmesinin, düşük oksijen kısmi basıncında azot gazı içerisinde tavlama sırasında oksidasyondan daha hızlı bir işlem olduğu ve alaşım bozulmasının ana nedenini oluşturduğu bulunmuştur.

Giriş FeCrAl esaslı alaşımlar (Kanthal AF ®), yüksek sıcaklıklarda üstün oksidasyon dirençleriyle bilinir. Bu mükemmel özellik, yüzeyde termodinamik olarak kararlı alümina tortusunun oluşumuyla ilişkilidir ve bu da malzemeyi daha fazla oksidasyona karşı korur [1]. Üstün korozyon direnci özelliklerine rağmen, FeCrAl esaslı alaşımlardan üretilen bileşenlerin ömrü, parçalar yüksek sıcaklıklarda sık sık termal döngüye maruz kalırsa sınırlı olabilir [2]. Bunun nedenlerinden biri, tortu oluşturan element olan alüminyumun, tekrarlanan termo-şok çatlaması ve alümina tortusunun yeniden oluşması nedeniyle alaşım matrisinde yeraltı bölgesinde tüketilmesidir. Kalan alüminyum içeriği kritik konsantrasyonun altına düşerse, alaşım artık koruyucu tortuyu yeniden oluşturamaz ve bu da hızla büyüyen demir ve krom bazlı oksitlerin oluşumuyla feci bir kopma oksidasyonuna neden olur [3,4]. Çevreleyen atmosfere ve yüzey oksitlerinin geçirgenliğine bağlı olarak, bu durum daha fazla iç oksidasyonu veya nitrürlenmeyi ve yeraltı bölgesinde istenmeyen fazların oluşumunu kolaylaştırabilir [5]. Han ve Young, alümina ölçeğinde oluşan Ni Cr Al alaşımlarında, özellikle Al ve Ti gibi güçlü nitrür oluşturucular içeren alaşımlarda, hava atmosferinde yüksek sıcaklıklarda termal döngü sırasında karmaşık bir iç oksidasyon ve nitrürleme deseninin geliştiğini göstermiştir [6,7]. Krom oksit ölçeklerinin azot geçirgen olduğu ve Cr2 N'nin alt ölçek tabakası veya iç çökelti olarak oluştuğu bilinmektedir [8,9]. Bu etkinin, oksit ölçeği çatlamasına ve azota karşı bir bariyer olarak etkinliğini azaltmasına yol açan termal döngü koşulları altında daha şiddetli olması beklenebilir [6]. Korozyon davranışı bu nedenle, koruyucu alümina oluşumuna/korunmasına yol açan oksidasyon ile alaşım matrisinin iç nitrürlenmesine yol açan azot girişi arasındaki rekabet tarafından yönetilir ve AlN fazının oluşumu [6,10], bu da alaşım matrisine kıyasla AlN fazının daha yüksek termal genleşmesi nedeniyle o bölgenin parçalanmasına yol açar [9]. FeCrAl alaşımları oksijen veya H2O veya CO2 gibi diğer oksijen vericileri içeren atmosferlerde yüksek sıcaklıklara maruz bırakıldığında, oksidasyon baskın reaksiyon olur ve yüksek sıcaklıklarda oksijen veya azota geçirimsiz olan ve alaşım matrisine girmelerine karşı koruma sağlayan alümina ölçeği oluşur. Ancak, indirgeme atmosferine (N2+H2) maruz bırakılırsa ve koruyucu alümina ölçeği çatlağı oluşursa, koruyucu olmayan Cr ve Ferich oksitlerinin oluşumuyla yerel bir kopma oksidasyonu başlar ve bu da ferritik matrise azot difüzyonu ve AlN fazının oluşumu için uygun bir yol sağlar [9]. Koruyucu (4.6) azot atmosferi, FeCrAl alaşımlarının endüstriyel uygulamalarında sıklıkla uygulanır. Örneğin, koruyucu azot atmosferli ısıl işlem fırınlarındaki direnç ısıtıcıları, FeCrAl alaşımlarının böyle bir ortamda yaygın olarak uygulanmasına bir örnektir. Yazarlar, FeCrAlY alaşımlarının oksidasyon hızının düşük oksijen kısmi basınçlı bir atmosferde tavlandığında önemli ölçüde daha yavaş olduğunu bildirmektedir [11]. Çalışmanın amacı, (%99,996) azot (4,6) gazında (Messer® spesifikasyon safsızlık seviyesi O2 + H2O < 10 ppm) tavlamanın FeCrAl alaşımının (Kanthal AF) korozyon direncini etkileyip etkilemediğini ve bunun tavlama sıcaklığına, onun değişimine (ısıl döngü) ve ısıtma hızına ne ölçüde bağlı olduğunu belirlemektir.