Aliaj Kanthal AF 837 rezistohm alcrom Y aliaj fecral

Kanthal AF este un aliaj feritic de fier-crom-aluminiu (aliaj FeCrAl) pentru utilizare la temperaturi de până la 1300°C (2370°F). Aliajul se caracterizează printr-o rezistență excelentă la oxidare și o stabilitate foarte bună a formei, rezultând o durată lungă de viață a elementului.

Kan-thal AF este utilizat de obicei în elementele electrice de încălzire din cuptoarele industriale și electrocasnice.

Exemple de aplicații în industria electrocasnicelor sunt elementele deschise din mică pentru prăjitoare de pâine, uscătoare de păr, elementele în formă de meandru pentru aeroterme cu ventilator și elementele cu serpentine deschise pe material izolator din fibre în încălzitoare ceramice cu blat din sticlă în aragaze, în încălzitoare ceramice pentru plite de fierbere, serpentine pe fibră ceramică turnată pentru plite de gătit cu plite ceramice, în elemente suspendate cu serpentine pentru aeroterme, în elemente suspendate din sârmă dreaptă pentru calorifere, încălzitoare cu convecție, în elemente tip porc spinos pentru pistoale cu aer cald, calorifere, uscătoare de rufe.

Rezumat În prezentul studiu, este prezentat mecanismul de coroziune al aliajului comercial FeCrAl (Kanthal AF) în timpul recoacerii în azot gazos (4.6) la 900 °C și 1200 °C. Au fost efectuate teste izoterme și termociclice cu timpi totali de expunere, rate de încălzire și temperaturi de recoacere variabile. Testele de oxidare în aer și azot gazos au fost efectuate prin analiză termogravimetrică. Microstructura este caracterizată prin microscopie electronică cu scanare (SEM-EDX), spectroscopie electronică Auger (AES) și analiză cu fascicul de ioni focalizat (FIB-EDX). Rezultatele arată că progresia coroziunii are loc prin formarea unor regiuni de nitrurare localizate sub suprafață, compuse din particule de fază AlN, ceea ce reduce activitatea aluminiului și provoacă fragilizare și spalare. Procesele de formare a nitrurii de Al și de creștere a crustei de oxid de Al depind de temperatura de recoacere și de viteza de încălzire. S-a constatat că nitridarea aliajului FeCrAl este un proces mai rapid decât oxidarea în timpul recoacerii în azot gazos cu presiune parțială scăzută a oxigenului și reprezintă principala cauză a degradării aliajului.

Introducere Aliajele pe bază de FeCrAl (Kanthal AF ®) sunt bine cunoscute pentru rezistența lor superioară la oxidare la temperaturi ridicate. Această proprietate excelentă este legată de formarea de crustă de alumină stabilă termodinamic la suprafață, care protejează materialul împotriva oxidării ulterioare [1]. În ciuda proprietăților superioare de rezistență la coroziune, durata de viață a componentelor fabricate din aliaje pe bază de FeCrAl poate fi limitată dacă piesele sunt expuse frecvent la cicluri termice la temperaturi ridicate [2]. Unul dintre motivele pentru aceasta este că elementul care formează crusta, aluminiul, este consumat în matricea aliajului în zona subterană din cauza fisurării și reformării repetate prin șocuri termice a crustei de alumină. Dacă conținutul de aluminiu rămas scade sub concentrația critică, aliajul nu mai poate reforma crusta protectoare, rezultând o oxidare catastrofală prin formarea de oxizi pe bază de fier și crom cu creștere rapidă [3,4]. În funcție de atmosfera înconjurătoare și de permeabilitatea oxizilor de suprafață, acest lucru poate facilita oxidarea internă sau nitridarea ulterioară și formarea de faze nedorite în regiunea subterană [5]. Han și Young au demonstrat că în aliajele Ni-Cr-Al care formează crusta de alumină, se dezvoltă un model complex de oxidare internă și nitridare [6,7] în timpul ciclului termic la temperaturi ridicate în atmosferă de aer, în special în aliajele care conțin formatori puternici de nitruri, cum ar fi Al și Ti [4]. Crusta de oxid de crom este cunoscută ca fiind permeabilă la azot, iar Cr2N se formează fie ca un strat subcrustă, fie ca precipitat intern [8,9]. Se poate aștepta ca acest efect să fie mai sever în condiții de ciclare termică, ceea ce duce la fisurarea crustei de oxid și la reducerea eficacității acesteia ca barieră la azot [6]. Comportamentul la coroziune este astfel guvernat de competiția dintre oxidare, care duce la formarea/menținerea aluminei protectoare, și pătrunderea azotului, care duce la nitridarea internă a matricei aliajului prin formarea fazei AlN [6,10], ceea ce duce la spalarea acelei regiuni datorită expansiunii termice mai mari a fazei AlN în comparație cu matricea aliajului [9]. La expunerea aliajelor FeCrAl la temperaturi ridicate în atmosfere cu oxigen sau alți donori de oxigen, cum ar fi H2O sau CO2, oxidarea este reacția dominantă și se formează crustă de alumină, impermeabilă la oxigen sau azot la temperaturi ridicate și care oferă protecție împotriva pătrunderii acestora în matricea aliajului. Însă, dacă sunt expuse la o atmosferă de reducere (N2+H2) și la o fisură protectoare a crustei de alumină, începe o oxidare locală prin formarea de oxizi de Cr și Ferich neprotectivi, care oferă o cale favorabilă pentru difuzia azotului în matricea feritică și formarea fazei AlN [9]. Atmosfera protectoare de azot (4.6) este frecvent utilizată în aplicațiile industriale ale aliajelor FeCrAl. De exemplu, încălzitoarele cu rezistență din cuptoarele de tratament termic cu atmosferă protectoare de azot sunt un exemplu de aplicare pe scară largă a aliajelor FeCrAl într-un astfel de mediu. Autorii raportează că rata de oxidare a aliajelor FeCrAlY este considerabil mai lentă la recoacere într-o atmosferă cu presiuni parțiale scăzute de oxigen [11]. Scopul studiului a fost de a determina dacă recoacerea în azot gazos (99,996%) (4,6) (nivel de impurități O2 + H2O conform specificațiilor Messer® < 10 ppm) afectează rezistența la coroziune a aliajului FeCrAl (Kanthal AF) și în ce măsură aceasta depinde de temperatura de recoacere, de variația acesteia (ciclare termică) și de viteza de încălzire.