Сплав Kanthal AF 837, резистом, алхром Y, фекальный сплав

Kanthal AF — это ферритный сплав железа, хрома и алюминия (сплав FeCrAl), предназначенный для использования при температурах до 1300°C (2370°F). Сплав характеризуется превосходной стойкостью к окислению и очень хорошей стабильностью формы, что приводит к длительному сроку службы элемента.

Kan-thal AF обычно используется в электрических нагревательных элементах в промышленных печах и бытовой технике.

Примером применения в приборостроении являются открытые слюдяные элементы для тостеров, фенов, элементы меандровой формы для тепловентиляторов и элементы открытой змеевики на волокнистом изоляционном материале в нагревателях с керамической поверхностью в плитах, в керамических нагревателях для варочных плит, змеевиках. на формованном керамическом волокне для кухонных плит с керамическими варочными панелями, в подвесных змеевиковых элементах для тепловентиляторов, в подвесных элементах с прямой проволокой для радиаторов, конвекционных обогревателей, в дикобразных элементах для фенов, радиаторов, сушильных машин.

Аннотация В настоящей работе изложен механизм коррозии промышленного сплава FeCrAl (Kanthal AF) при отжиге в газообразном азоте (4.6) при 900 °C и 1200 °C. Были проведены изотермические и термоциклические испытания с различным суммарным временем выдержки, скоростью нагрева и температурой отжига. Испытания на окисление на воздухе и в газообразном азоте проводились методом термогравиметрического анализа. Микроструктура характеризуется методами сканирующей электронной микроскопии (SEM-EDX), электронной оже-спектроскопии (AES) и анализа сфокусированным ионным пучком (FIB-EDX). Результаты показывают, что развитие коррозии происходит за счет образования локализованных подповерхностных областей азотирования, состоящих из частиц фазы AlN, что снижает активность алюминия и вызывает охрупчивание и открашивание. Процессы образования нитрида Al и роста окалины оксида Al зависят от температуры отжига и скорости нагрева. Установлено, что нитридирование сплава FeCrAl является более быстрым процессом, чем окисление при отжиге в газообразном азоте 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 на поверхности термодинамически стабильной окалины оксида алюминия, защищающей 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]. Одной из причин этого является то, что элемент, образующий окалину, алюминий, расходуется в матрице сплава в приповерхностной области вследствие многократного термошокового растрескивания и риформинга окалины оксида алюминия. Если оставшееся содержание алюминия уменьшится ниже критической концентрации, сплав больше не сможет реформировать защитную окалину, что приведет к катастрофическому отрывному окислению с образованием 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 приповерхностной области [5]. Хан и Янг показали, что в окалине оксида алюминия, образующей сплавы Ni Cr Al, развивается сложная картина внутреннего окисления и азотирования [6,7] во время термоциклирования при повышенных температурах в воздушной атмосфере, особенно в сплавах, которые содержат сильные нитридобразователи, такие как Al и Ти [4]. Известно, что отложения оксида хрома азотпроницаемы, и Cr2 N образуется либо в виде подокалийного слоя, либо в виде внутреннего осадка [8,9]. Можно ожидать, что этот эффект будет более серьезным в условиях термоциклирования, которые приводят к растрескиванию оксидной окалины и снижению ее эффективности в качестве барьера для азота [6]. Таким образом, коррозионное поведение определяется конкуренцией между окислением, которое приводит к образованию/поддержанию защитного оксида алюминия, и проникновением азота, приводящим к внутреннему азотированию матрицы сплава за счет образования фазы AlN [6,10], что приводит к отколу Эта область обусловлена ​​более высоким тепловым расширением фазы AlN по сравнению с матрицей сплава [9]. При воздействии высоких температур на сплавы FeCrAl в атмосфере с кислородом или другими донорами кислорода, такими как H2O или CO2, преобладающей реакцией является окисление, при этом образуется глиноземная окалина, которая при повышенных температурах непроницаема для кислорода или азота и обеспечивает защиту от их проникновения в матрица сплава. Но при воздействии восстановительной атмосферы (N2+H2) и растрескивании защитной окалины оксида алюминия начинается локальное отрывное окисление с образованием незащитных оксидов Cr и Ferich, которые обеспечивают благоприятный путь для диффузии азота в ферритную матрицу и образования фазы AlN [9]. Защитную атмосферу азота (4.6) часто применяют при промышленном применении сплавов FeCrAl. Например, примером широкого применения сплавов FeCrAl в такой среде являются нагреватели сопротивления в печах термической обработки с защитной атмосферой азота. Авторы сообщают, что скорость окисления сплавов FeCrAlY существенно замедляется при отжиге в атмосфере с низким парциальным давлением кислорода [11]. Целью исследования было определить, влияет ли отжиг в (99,996%) газе азоте (4.6) (уровень примеси по спецификации Messer® O2 + H2O < 10 ppm) на коррозионную стойкость сплава FeCrAl (Kanthal AF) и в какой степени это зависит от температуры отжига, ее изменения (термоциклирования) и скорости нагрева.