Kanthal AF alloy 837 resistohm alchrome Y fecral alloy

Kanthal AF — это ферритный железо-хром-алюминиевый сплав (сплав FeCrAl), предназначенный для использования при температурах до 1300 °C (2370 °F). Сплав характеризуется превосходной стойкостью к окислению и очень хорошей стабильностью формы, что обеспечивает длительный срок службы элементов.

Кантал АФ 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, а также открытые спиральные элементы на волокнистом изоляционном материале в керамических стеклокерамических нагревателях для плит, керамические нагреватели для конфорок, спирали на формованном керамическом волокне для варочных панелей с керамическими конфорками, подвесные спиральные элементы для тепловентиляторов, подвесные прямые проволочные элементы для радиаторов, конвекционных нагревателей, элементы в форме иглобрюха для фенов, радиаторов, сушильных машин.

Аннотация В настоящем исследовании описан механизм коррозии коммерческого сплава FeCrAl (Kanthal AF) при отжиге в азоте (4.6) при 900 °C и 1200 °C. Были проведены изотермические и термоциклические испытания с различными значениями общего времени воздействия, скорости нагрева и температуры отжига. Испытания на окисление в воздухе и азоте проводились методом термогравиметрического анализа. Микроструктура исследовалась с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM-EDX), оже-электронной спектроскопии (AES) и анализа сфокусированным ионным пучком (FIB-EDX). Результаты показывают, что развитие коррозии происходит за счет образования локализованных подповерхностных нитрированных областей, состоящих из частиц фазы AlN, что снижает активность алюминия и вызывает охрупчивание и отслаивание. Процессы образования нитрида алюминия и роста оксидной пленки алюминия зависят от температуры отжига и скорости нагрева. Было установлено, что азотирование сплава FeCrAl происходит быстрее, чем окисление при отжиге в атмосфере азота с низким парциальным давлением кислорода, и является основной причиной 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 из оксида алюминия на поверхности, которая защищает материал от дальнейшего окисления [1]. Несмотря на превосходные коррозионные свойства, срок службы компонентов, изготовленных из сплавов на основе FeCrAl, может быть ограничен, если детали часто подвергаются термическим циклам при повышенных температурах [2]. Одна из причин этого заключается в том, что элемент, образующий окалину, алюминий, расходуется в матрице сплава в приповерхностной области из-за многократного термошокового растрескивания и повторного образования окалины из оксида алюминия. Если оставшееся содержание алюминия снижается ниже критической концентрации, сплав больше не может восстанавливать защитную окалину, что приводит к катастрофическому отрывному окислению с образованием быстрорастущих оксидов на основе железа и хрома [3,4]. В зависимости от окружающей атмосферы и проницаемости поверхностных оксидов это может способствовать дальнейшему внутреннему окислению или нитридированию и образованию нежелательных фаз в приповерхностной области [5]. Хан и Янг показали, что в сплавах NiCrAl, образующих окалину из оксида алюминия, в процессе термического циклирования при повышенных температурах в воздушной атмосфере развивается сложная картина внутреннего окисления и нитридирования [6,7], особенно в сплавах, содержащих сильные нитридообразователи, такие как Al и Ti [4]. Известно, что окалина оксида хрома проницаема для азота, и Cr2N образуется либо в виде подслоя окалины, либо в виде внутреннего осадка [8,9]. Этот эффект, как ожидается, будет более выраженным в условиях термического циклирования, что приводит к растрескиванию окалины 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 из оксида алюминия, и проникновением азота, приводящим к внутреннему нитридированию матрицы сплава путем образования фазы AlN [6,10], что приводит к отслаиванию этой области из-за большего 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, доминирующей реакцией является окисление, и образуется оксид алюминия, непроницаемый для кислорода или азота при повышенных температурах и обеспечивающий защиту от их проникновения в матрицу сплава. Но при воздействии восстановительной атмосферы (N2+H2) и растрескивании защитного оксида алюминия начинается локальное отрывное окисление с образованием незащищенных оксидов хрома и феррита, которые обеспечивают благоприятный путь для диффузии азота в ферритную матрицу и образования фазы AlN [9]. Защитная (4.6) азотная атмосфера часто применяется в промышленном применении сплавов FeCrAl. Например, резистивные нагреватели в печах термообработки с защитной азотной атмосферой являются примером широкого применения сплавов FeCrAl в такой среде. Авторы сообщают, что скорость окисления сплавов FeCrAlY значительно ниже при отжиге в атмосфере с низким парциальным давлением кислорода [11]. Целью исследования было определить, влияет ли отжиг в азоте (99,996%) (4,6) (спецификация Messer®, уровень примеси 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.