Kanthal AF อัลลอยด์ 837 ตัวต้านทานโอห์ม alchrome Y fecral อัลลอยด์

Kanthal AF เป็นโลหะผสมเฟอร์ริติกเหล็ก-โครเมียม-อลูมิเนียม (โลหะผสม FeCrAl) สำหรับใช้งานที่อุณหภูมิสูงถึง 1300°C (2370°F) โลหะผสมมีคุณลักษณะต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดีเยี่ยมและความเสถียรของรูปแบบที่ดีมาก ส่งผลให้องค์ประกอบมีอายุการใช้งานยาวนาน

โดยทั่วไป Kan-thal AF ใช้ในองค์ประกอบความร้อนไฟฟ้าในเตาเผาอุตสาหกรรมและเครื่องใช้ในบ้าน

ตัวอย่างการใช้งานในอุตสาหกรรมเครื่องใช้ไฟฟ้า ได้แก่ ส่วนประกอบไมก้าแบบเปิดสำหรับเครื่องปิ้งขนมปัง เครื่องเป่าผม ส่วนประกอบรูปทรงคดเคี้ยวสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบพัดลม และเป็นส่วนประกอบคอยล์แบบเปิดบนวัสดุฉนวนไฟเบอร์ในเครื่องทำความร้อนด้านบนกระจกเซรามิกในช่วงต่างๆ ในเครื่องทำความร้อนเซรามิกสำหรับจานต้ม ขดลวด บนเส้นใยเซรามิกขึ้นรูปสำหรับจานปรุงอาหารที่มีเตาเซรามิก ในส่วนประกอบคอยล์แบบแขวนสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบพัดลม ในส่วนประกอบลวดตรงแบบแขวนสำหรับเครื่องทำความร้อน เครื่องทำความร้อนแบบพาความร้อน ในส่วนประกอบของเม่นสำหรับปืนลมร้อน เครื่องทำความร้อน และเครื่องอบผ้า

บทคัดย่อ ในการศึกษานี้ มีการสรุปกลไกการกัดกร่อนของโลหะผสม FeCrAl เชิงพาณิชย์ (Kanthal AF) ในระหว่างการหลอมในก๊าซไนโตรเจน (4.6) ที่อุณหภูมิ 900 °C และ 1200 °C ทำการทดสอบไอโซเทอร์มอลและเทอร์โมไซคลิกด้วยเวลาสัมผัสทั้งหมด อัตราการให้ความร้อน และอุณหภูมิการอบอ่อนที่แตกต่างกัน การทดสอบออกซิเดชันในอากาศและก๊าซไนโตรเจนดำเนินการโดยการวิเคราะห์ทางเทอร์โมกราวิเมตริก โครงสร้างจุลภาคมีลักษณะเฉพาะด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM-EDX), ออเกอร์อิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี (AES) และการวิเคราะห์ลำแสงไอออนโฟกัส (FIB-EDX) ผลการวิจัยพบว่าการลุกลามของการกัดกร่อนเกิดขึ้นผ่านการก่อตัวของบริเวณไนไตรเดชันใต้ผิวดินที่มีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่น ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคเฟส AlN ซึ่งจะลดการทำงานของอะลูมิเนียมและทำให้เกิดการเปราะและการแตกเป็นเสี่ยง กระบวนการสร้างอัล-ไนไตรด์และการเติบโตของระดับอัลออกไซด์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการหลอมและอัตราการให้ความร้อน พบว่าไนไตรเดชันของโลหะผสม FeCrAl เป็นกระบวนการที่เร็วกว่าการเกิดออกซิเดชันระหว่างการหลอมในก๊าซไนโตรเจนที่มีความดันย่อยออกซิเจนต่ำ และเป็นสาเหตุหลักของการย่อยสลายโลหะผสม

บทนำ โลหะผสมที่มี FeCrAl (Kanthal AF ®) เป็นที่รู้จักกันดีในด้านความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่เหนือกว่าที่อุณหภูมิสูง คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมนี้เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของสเกลอลูมินาที่มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์บนพื้นผิว ซึ่งช่วยปกป้องวัสดุจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม [1] แม้จะมีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่า อายุการใช้งานของส่วนประกอบที่ผลิตจากโลหะผสมที่มี FeCrAl ก็สามารถถูกจำกัดได้ หากชิ้นส่วนสัมผัสกับวงจรความร้อนที่อุณหภูมิสูงบ่อยครั้ง [2] เหตุผลประการหนึ่งก็คือองค์ประกอบการขึ้นรูปตะกรัน ซึ่งก็คืออะลูมิเนียม ถูกใช้ในเมทริกซ์อัลลอยด์ในพื้นที่ใต้ผิวดิน เนื่องจากการแตกร้าวด้วยความร้อนซ้ำแล้วซ้ำเล่าของตะกรันอลูมินา หากปริมาณอะลูมิเนียมที่เหลือลดลงต่ำกว่าความเข้มข้นวิกฤต โลหะผสมจะไม่สามารถปฏิรูประดับการป้องกันได้อีกต่อไป ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันที่แยกตัวออกจากกันอย่างรุนแรงโดยการก่อตัวของออกไซด์ที่มีธาตุเหล็กและโครเมียมที่เติบโตอย่างรวดเร็ว [3,4] ขึ้นอยู่กับบรรยากาศโดยรอบและการซึมผ่านของออกไซด์ของพื้นผิว สิ่งนี้สามารถเอื้อต่อการเกิดออกซิเดชันหรือไนไตรเดชันภายในเพิ่มเติม และการก่อตัวของเฟสที่ไม่ต้องการในบริเวณใต้ผิวดิน [5] Han และ Young ได้แสดงให้เห็นว่าในระดับอลูมินาที่ก่อตัวโลหะผสม Ni Cr Al รูปแบบที่ซับซ้อนของการเกิดออกซิเดชันและไนไตรเดชันภายในพัฒนาขึ้น [6,7] ในระหว่างการหมุนเวียนด้วยความร้อนที่อุณหภูมิสูงขึ้นในบรรยากาศอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโลหะผสมที่มีสารก่อรูปไนไตรด์ที่รุนแรงเช่น Al และติ [4] เป็นที่รู้กันว่าเกล็ดโครเมียมออกไซด์สามารถซึมผ่านของไนโตรเจนได้ และ Cr2 N ก่อตัวเป็นชั้นย่อยหรือเป็นตะกอนภายใน [8,9] ผลกระทบนี้คาดว่าจะรุนแรงมากขึ้นภายใต้สภาวะการหมุนเวียนด้วยความร้อน ซึ่งนำไปสู่การแตกร้าวของตะกรันออกไซด์ และลดประสิทธิภาพในการเป็นอุปสรรคต่อไนโตรเจน [6] พฤติกรรมการกัดกร่อนจึงถูกควบคุมโดยการแข่งขันระหว่างออกซิเดชัน ซึ่งนำไปสู่การสร้าง/การบำรุงรักษาอลูมินาในการป้องกัน และการซึมของไนโตรเจนที่นำไปสู่การไนไตรเดชันภายในของเมทริกซ์โลหะผสมโดยการก่อตัวของเฟส AlN [6,10] ซึ่งนำไปสู่การแตกเป็นเสี่ยงของ บริเวณนั้นเนื่องจากการขยายตัวทางความร้อนที่สูงขึ้นของเฟส AlN เมื่อเปรียบเทียบกับเมทริกซ์อัลลอยด์ [9] เมื่อเปิดเผยโลหะผสม FeCrAl กับอุณหภูมิสูงในบรรยากาศที่มีออกซิเจนหรือผู้บริจาคออกซิเจนอื่นๆ เช่น H2O หรือ CO2 ปฏิกิริยาออกซิเดชันคือปฏิกิริยาที่มีอิทธิพลเหนือกว่า และเกิดเกล็ดอลูมินา ซึ่งออกซิเจนหรือไนโตรเจนไม่สามารถซึมผ่านได้ที่อุณหภูมิสูงขึ้น และให้การป้องกันจากการบุกรุกเข้าไปใน เมทริกซ์อัลลอยด์ แต่หากสัมผัสกับบรรยากาศที่ลดลง (N2+H2) และรอยแตกของตะกรันอลูมินาที่ป้องกัน การเกิดออกซิเดชันที่แยกออกเฉพาะที่เริ่มต้นจากการก่อตัวของ Cr และ Ferich ออกไซด์ที่ไม่ป้องกัน ซึ่งให้เส้นทางที่ดีสำหรับการแพร่กระจายของไนโตรเจนเข้าไปในเมทริกซ์เฟอร์ริติกและการก่อตัว ของเฟส AlN [9] บรรยากาศไนโตรเจนแบบป้องกัน (4.6) มักถูกนำไปใช้ในการใช้งานทางอุตสาหกรรมของโลหะผสม FeCrAl ตัวอย่างเช่น เครื่องทำความร้อนแบบต้านทานในเตาบำบัดความร้อนที่มีบรรยากาศป้องกันไนโตรเจนเป็นตัวอย่างหนึ่งของการใช้โลหะผสม FeCrAl อย่างแพร่หลายในสภาพแวดล้อมดังกล่าว ผู้เขียนรายงานว่าอัตราการออกซิเดชันของโลหะผสม FeCrAlY จะช้าลงอย่างมากเมื่อทำการหลอมในบรรยากาศที่มีความดันย่อยของออกซิเจนต่ำ [11] การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อตรวจสอบว่าการอบอ่อนในก๊าซไนโตรเจน (99.996%) (4.6) (ระดับสิ่งเจือปนตามข้อกำหนดของ Messer® O2 + H2O < 10 ppm) ส่งผลต่อความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสม FeCrAl (Kanthal AF) หรือไม่ และขึ้นอยู่กับขอบเขตมากน้อยเพียงใด อุณหภูมิในการหลอม ความแปรผัน (การหมุนเวียนความร้อน) และอัตราการให้ความร้อน