Stop Kanthal AF 837 opornościowy Alchrome Y stop kałowy

Kanthal AF to ferrytyczny stop żelaza, chromu i aluminium (stop FeCrAl) do stosowania w temperaturach do 1300°C (2370°F). Stop charakteryzuje się doskonałą odpornością na utlenianie i bardzo dobrą stabilnością kształtu, co przekłada się na długą żywotność elementu.

Kan-thal AF jest zwykle stosowany w elektrycznych elementach grzejnych w piecach przemysłowych i urządzeniach gospodarstwa domowego.

Przykładami zastosowań w przemyśle urządzeń są elementy z otwartej miki do tosterów, suszarek do włosów, elementy w kształcie meandra do termowentylatorów oraz jako elementy z otwartą cewką na materiale izolacyjnym z włókna, w grzejnikach ze szkła ceramicznego w piecach, w grzejnikach ceramicznych do płyt grzewczych, wężownicach na formowanym włóknie ceramicznym do płyt grzewczych z płytami ceramicznymi, w podwieszanych elementach wężownic do termowentylatorów, w podwieszanych elementach z drutu prostego do grzejników, grzejników konwekcyjnych, w elementach jeżozwierza do opalarki, grzejników, suszarek bębnowych.

Streszczenie W pracy przedstawiono mechanizm korozji komercyjnego stopu FeCrAl (Kanthal AF) podczas wyżarzania w gazowym azocie (4.6) w temperaturach 900°C i 1200°C. Przeprowadzono testy izotermiczne i termocykliczne ze zmiennymi całkowitymi czasami ekspozycji, szybkościami ogrzewania i temperaturami wyżarzania. Test utleniania w powietrzu i azocie przeprowadzono metodą analizy termograwimetrycznej. Mikrostrukturę scharakteryzowano za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM-EDX), spektroskopii elektronów Augera (AES) i analizy zogniskowanej wiązki jonów (FIB-EDX). Wyniki pokazują, że postęp korozji następuje poprzez tworzenie się zlokalizowanych podpowierzchniowych obszarów azotowania, złożonych z cząstek fazy AlN, co zmniejsza aktywność aluminium oraz powoduje kruchość i spalację. Procesy tworzenia azotku Al i wzrostu kamienia tlenkowego Al zależą od temperatury wyżarzania i szybkości ogrzewania. Stwierdzono, że azotowanie stopu FeCrAl jest procesem szybszym niż utlenianie podczas wyżarzania w gazowym azocie przy niskim ciśnieniu cząstkowym tlenu i stanowi główną przyczynę degradacji stopu.

Wprowadzenie Stopy na bazie FeCrAl (Kanthal AF ®) są dobrze znane ze swojej doskonałej odporności na utlenianie w podwyższonych temperaturach. Ta doskonała właściwość związana jest z tworzeniem się na powierzchni stabilnej termodynamicznie zgorzeliny tlenku glinu, która zabezpiecza materiał przed dalszym utlenianiem [1]. Pomimo doskonałych właściwości odporności na korozję, żywotność komponentów wykonanych ze stopów na bazie FeCrAl może być ograniczona, jeśli części są często narażone na cykle termiczne w podwyższonych temperaturach [2]. Jedną z przyczyn jest to, że pierwiastek tworzący zgorzelinę, aluminium, ulega zużyciu w osnowie stopu w obszarze podpowierzchniowym w wyniku powtarzającego się pękania szokowego termicznego i ponownego tworzenia się zgorzeliny tlenku glinu. Jeśli pozostała zawartość aluminium spadnie poniżej stężenia krytycznego, stop nie będzie już w stanie odtworzyć warstwy ochronnej, co spowoduje katastrofalne utlenianie poprzez powstawanie szybko rosnących tlenków na bazie żelaza i chromu [3,4]. W zależności od otaczającej atmosfery i przepuszczalności tlenków powierzchniowych może to ułatwić dalsze wewnętrzne utlenianie lub azotowanie i tworzenie się niepożądanych faz w obszarze podpowierzchniowym [5]. Han i Young wykazali, że w skali tlenku glinu tworzącego stopy Ni Cr Al rozwija się złożony wzór wewnętrznego utleniania i azotowania [6,7] podczas cykli termicznych w podwyższonych temperaturach w atmosferze powietrza, szczególnie w stopach zawierających silne związki tworzące azotki, takie jak Al i Ti [4]. Wiadomo, że łuski tlenku chromu przepuszczają azot, a Cr2N tworzy się albo jako warstwa podłuska, albo jako wewnętrzny osad [8,9]. Można oczekiwać, że efekt ten będzie bardziej dotkliwy w warunkach cykli termicznych, które prowadzą do pękania kamienia tlenkowego i zmniejszają jego skuteczność jako bariery dla azotu [6]. Zachowanie korozyjne jest zatem regulowane przez konkurencję między utlenianiem, które prowadzi do tworzenia się/utrzymywania ochronnego tlenku glinu, a wnikaniem azotu prowadzącym do wewnętrznego azotowania osnowy stopu poprzez tworzenie fazy AlN [6,10], co prowadzi do spalacji w tym obszarze ze względu na większą rozszerzalność cieplną fazy AlN w porównaniu z osnową stopową [9]. Podczas poddawania stopów FeCrAl działaniu wysokich temperatur w atmosferze zawierającej tlen lub inne donory tlenu, takie jak H2O lub CO2, dominującą reakcją jest utlenianie, w wyniku czego tworzy się kamień tlenku glinu, który w podwyższonych temperaturach jest nieprzepuszczalny dla tlenu i azotu i zapewnia ochronę przed ich przedostaniem się do środowiska matryca stopowa. Jednak pod wpływem atmosfery redukcyjnej (N2+H2) i ochronnego pęknięcia łuski tlenku glinu, lokalne utlenianie rozpoczyna się poprzez utworzenie nieochronnych tlenków Cr i Fericha, które zapewniają korzystną ścieżkę dla dyfuzji azotu do matrycy ferrytycznej i tworzenia się fazy AlN [9]. Ochronna (4.6) atmosfera azotowa jest często stosowana w przemysłowych zastosowaniach stopów FeCrAl. Przykładowo grzejniki oporowe w piecach do obróbki cieplnej z ochronną atmosferą azotu są przykładem szerokiego zastosowania stopów FeCrAl w takim środowisku. Autorzy podają, że szybkość utleniania stopów FeCrAlY jest znacznie mniejsza podczas wyżarzania w atmosferze o niskim ciśnieniu cząstkowym tlenu [11]. Celem badań było określenie, czy wyżarzanie w (99,996%) azocie (4.6) (spec. Messer® poziom zanieczyszczeń O2 + H2O < 10 ppm) wpływa na odporność korozyjną stopu FeCrAl (Kanthal AF) i w jakim stopniu zależy to od od temperatury wyżarzania, jej zmian (cykle termiczne) i szybkości nagrzewania.