Сплав Kanthal AF 837, резистивный алхромовый сплав Y, фекральный сплав

Kanthal AF — это ферритный железохромоалюминиевый сплав (FeCrAl), предназначенный для использования при температурах до 1300°C (2370°F). Этот сплав отличается превосходной стойкостью к окислению и очень хорошей формоустойчивостью, что обеспечивает длительный срок службы элемента.

Kan-thal AF обычно используется в электрических нагревательных элементах промышленных печей и бытовой техники.

Примерами применения в бытовой технике являются открытые слюдяные элементы для тостеров, фенов, элементы меандровой формы для тепловентиляторов и открытые спиральные элементы на волокнистом изоляционном материале в керамических нагревателях со стеклокерамической поверхностью в плитах, керамические нагреватели для варочных панелей, спирали на формованном керамическом волокне для варочных панелей с керамическими конфорками, подвесные спиральные элементы для тепловентиляторов, подвесные прямые проволочные элементы для радиаторов, конвекционных нагревателей, дикобразные элементы для термофенов, радиаторов, сушилок барабанного типа.

Аннотация В настоящем исследовании описан механизм коррозии коммерческого сплава FeCrAl (Kanthal AF) во время отжига в газообразном азоте (4.6) при 900 °C и 1200 °C. Были проведены изотермические и термоциклические испытания с различным общим временем выдержки, скоростями нагрева и температурами отжига. Испытание на окисление на воздухе и газообразном азоте проводилось с помощью термогравиметрического анализа. Микроструктура охарактеризована с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM-EDX), электронной оже-спектроскопии (AES) и анализа сфокусированного ионного пучка (FIB-EDX). Результаты показывают, что развитие коррозии происходит через образование локализованных подповерхностных областей нитрации, состоящих из частиц фазы AlN, что снижает активность алюминия и вызывает охрупчивание и откол. Процессы образования нитрида Al и роста окалины оксида Al зависят от температуры отжига и скорости нагрева. Было установлено, что азотирование сплава FeCrAl является более быстрым процессом, чем окисление при отжиге в среде азота с низким парциальным давлением кислорода, и представляет собой основную причину деградации сплава.

Введение Сплавы на основе FeCrAl (Kanthal AF ®) хорошо известны своей превосходной стойкостью к окислению при повышенных температурах. Это превосходное свойство связано с образованием термодинамически стабильной окалины оксида алюминия на поверхности, которая защищает материал от дальнейшего окисления [1]. Несмотря на превосходные свойства коррозионной стойкости, срок службы компонентов, изготовленных из сплавов на основе FeCrAl, может быть ограничен, если детали часто подвергаются термоциклированию при повышенных температурах [2]. Одна из причин этого заключается в том, что окалинообразующий элемент, алюминий, расходуется в матрице сплава в подповерхностной области из-за повторяющегося термошокового растрескивания и реформинга окалины оксида алюминия. Если остаточное содержание алюминия уменьшается ниже критической концентрации, сплав больше не может реформировать защитную окалину, что приводит к катастрофическому прорывному окислению за счет образования быстро растущих оксидов на основе железа и хрома [3,4]. В зависимости от окружающей атмосферы и проницаемости поверхностных оксидов это может способствовать дальнейшему внутреннему окислению или азотированию и образованию нежелательных фаз в подповерхностной области [5]. Хан и Янг показали, что в сплавах Ni-Cr-Al, образующих окалину из оксида алюминия, развивается сложная картина внутреннего окисления и азотирования [6,7] во время термоциклирования при повышенных температурах в воздушной атмосфере, особенно в сплавах, содержащих сильные нитридообразователи, такие как Al и Ti [4]. Известно, что окалина из оксида хрома проницаема для азота, и Cr2N образуется либо в виде подокалиевого слоя, либо в виде внутреннего осадка [8,9]. Можно ожидать, что этот эффект будет более сильным в условиях термоциклирования, которые приводят к растрескиванию окалины из оксида и снижению ее эффективности в качестве барьера для азота [6]. Таким образом, коррозионное поведение определяется конкуренцией между окислением, которое приводит к образованию/поддержанию защитной оксидной пленки, и проникновением азота, которое приводит к внутренней нитрации матрицы сплава путем образования фазы AlN [6,10], что приводит к скалыванию этой области из-за более высокого термического расширения фазы AlN по сравнению с матрицей сплава [9]. При воздействии на сплавы FeCrAl высоких температур в атмосферах с кислородом или другими донорами кислорода, такими как H2O или CO2, окисление является доминирующей реакцией, и образуется окалина оксида алюминия, которая непроницаема для кислорода или азота при повышенных температурах и обеспечивает защиту от их проникновения в матрицу сплава. Но если воздействовать на восстановительную атмосферу (N2+H2), и защитная окалина оксида алюминия растрескивается, начинается локальное окисление с образованием не защитных оксидов Cr и Ferich, которые обеспечивают благоприятный путь для диффузии азота в ферритную матрицу и образования фазы AlN [9]. Защитная (4.6) азотная атмосфера часто применяется при промышленном применении сплавов FeCrAl. Например, резистивные нагреватели в термических печах с защитной азотной атмосферой являются примером широкого применения сплавов FeCrAl в такой среде. Авторы сообщают, что скорость окисления сплавов FeCrAlY значительно снижается при отжиге в атмосфере с низким парциальным давлением кислорода [11]. Целью исследования было определить, влияет ли отжиг в среде азота (99,996%) (4,6%) (содержание примесей O₂ + H₂O < 10 ppm по спецификации Messer®) на коррозионную стойкость сплава FeCrAl (Kanthal AF) и в какой степени это зависит от температуры отжига, ее изменения (термоциклирования) и скорости нагрева.