โลหะผสม Kanthal AF 837 ตัวต้านทานโอห์ม alchrome Y fecral
Kanthal AF เป็นโลหะผสมเฟอร์ริติกเหล็ก-โครเมียม-อะลูมิเนียม (FeCrAl) สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงถึง 1,300°C (2,370°F) โลหะผสมนี้มีคุณสมบัติต้านทานการเกิดออกซิเดชันได้ดีเยี่ยมและมีเสถียรภาพทางรูปทรงที่ดีเยี่ยม ส่งผลให้มีอายุการใช้งานยาวนาน
Kan-thal AF มักใช้ในองค์ประกอบความร้อนไฟฟ้าในเตาอุตสาหกรรมและเครื่องใช้ในบ้าน
ตัวอย่างการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องใช้ไฟฟ้า ได้แก่ องค์ประกอบไมก้าแบบเปิดสำหรับเครื่องปิ้งขนมปัง ไดร์เป่าผม องค์ประกอบรูปทรงคดเคี้ยวสำหรับเครื่องทำความร้อนพัดลม และองค์ประกอบคอยล์แบบเปิดบนวัสดุฉนวนใยแก้วในเครื่องทำความร้อนด้านบนกระจกเซรามิกในเตา ในเครื่องทำความร้อนเซรามิกสำหรับแผ่นต้ม คอยล์บนใยเซรามิกขึ้นรูปสำหรับแผ่นทำอาหารที่มีเตาเซรามิก ในองค์ประกอบคอยล์แบบแขวนสำหรับเครื่องทำความร้อนพัดลม ในองค์ประกอบลวดตรงแบบแขวนสำหรับหม้อน้ำ เครื่องทำความร้อนแบบพาความร้อน ในองค์ประกอบเม่นสำหรับปืนลมร้อน หม้อน้ำ และเครื่องอบผ้า
บทคัดย่อ ในการศึกษานี้ ได้สรุปกลไกการกัดกร่อนของโลหะผสม FeCrAl เชิงพาณิชย์ (Kanthal AF) ระหว่างการอบอ่อนในก๊าซไนโตรเจน (4.6) ที่อุณหภูมิ 900 องศาเซลเซียส และ 1200 องศาเซลเซียส ได้ทำการทดสอบแบบไอโซเทอร์มอลและเทอร์โมไซคลิก โดยพิจารณาจากระยะเวลาสัมผัสทั้งหมด อัตราความร้อน และอุณหภูมิการอบอ่อนที่แตกต่างกัน การทดสอบออกซิเดชันในอากาศและก๊าซไนโตรเจนดำเนินการด้วยการวิเคราะห์เทอร์โมกราวิเมตริก โครงสร้างจุลภาคแสดงด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM-EDX) สเปกโทรสโกปีอิเล็กตรอนแบบออเกอร์ (AES) และการวิเคราะห์ลำแสงไอออนโฟกัส (FIB-EDX) ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าการกัดกร่อนเกิดขึ้นจากการก่อตัวของบริเวณไนไตรเดชันใต้ผิวดินเฉพาะที่ ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคเฟส AlN ซึ่งลดกิจกรรมของอะลูมิเนียมและทำให้เกิดการเปราะและการแตกเป็นเสี่ยง กระบวนการเกิด Al-nitride และการเติบโตของตะกรัน Al-oxide ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการอบอ่อนและอัตราการให้ความร้อน พบว่าไนไตรด์ของโลหะผสม FeCrAl เป็นกระบวนการที่เร็วกว่าการออกซิเดชันระหว่างการอบในก๊าซไนโตรเจนที่มีความดันบางส่วนของออกซิเจนต่ำ และถือเป็นสาเหตุหลักของการเสื่อมสภาพของโลหะผสม
บทนำ โลหะผสม FeCrAl (Kanthal AF ®) เป็นที่รู้จักกันดีในด้านความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่เหนือกว่าที่อุณหภูมิสูง คุณสมบัติอันยอดเยี่ยมนี้เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของตะกรันอะลูมินาที่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์บนพื้นผิว ซึ่งช่วยปกป้องวัสดุจากการออกซิเดชันเพิ่มเติม [1] แม้จะมีคุณสมบัติความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่า แต่อายุการใช้งานของส่วนประกอบที่ผลิตจากโลหะผสม FeCrAl อาจมีจำกัดหากชิ้นส่วนเหล่านั้นถูกสัมผัสกับการเปลี่ยนแปลงทางความร้อนที่อุณหภูมิสูงบ่อยครั้ง [2] หนึ่งในเหตุผลคือ อะลูมิเนียม ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ก่อให้เกิดตะกรัน ถูกกัดกร่อนในเมทริกซ์ของโลหะผสมในพื้นที่ใต้ผิวดินเนื่องจากการแตกร้าวจากแรงกระแทกและการเกิดตะกรันอะลูมินาซ้ำๆ หากปริมาณอะลูมิเนียมที่เหลืออยู่ลดลงต่ำกว่าความเข้มข้นวิกฤต โลหะผสมจะไม่สามารถสร้างตะกรันป้องกันได้อีกต่อไป ส่งผลให้เกิดการออกซิเดชันแบบแยกตัวอย่างรุนแรงจากการเกิดออกไซด์ของเหล็กและโครเมียมที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว [3,4] ขึ้นอยู่กับบรรยากาศโดยรอบและความสามารถในการซึมผ่านของออกไซด์บนพื้นผิว สิ่งนี้สามารถเอื้อต่อการออกซิเดชันภายในหรือไนไตรเดชันเพิ่มเติม และการก่อตัวของเฟสที่ไม่ต้องการในบริเวณใต้ผิวดิน [5] ฮันและยังแสดงให้เห็นว่าในโลหะผสมนิกเกิล โครเมียม และอัลฟา ที่มีตะกรันเป็นอะลูมินา รูปแบบการเกิดออกซิเดชันภายในและไนไตรเดชันที่ซับซ้อนเกิดขึ้น [6,7] ระหว่างวัฏจักรความร้อนที่อุณหภูมิสูงในบรรยากาศอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโลหะผสมที่มีสารก่อไนไตรด์ที่แข็งแกร่ง เช่น Al และ Ti [4] ตะกรันโครเมียมออกไซด์เป็นที่ทราบกันว่าสามารถซึมผ่านไนโตรเจนได้ และ Cr2 N ก่อตัวเป็นชั้นย่อยของตะกรันหรือเป็นตะกอนภายใน [8,9] คาดว่าผลกระทบนี้จะรุนแรงมากขึ้นภายใต้สภาวะวัฏจักรความร้อน ซึ่งนำไปสู่การแตกร้าวของตะกรันออกไซด์และลดประสิทธิภาพในการเป็นเกราะป้องกันไนโตรเจน [6] พฤติกรรมการกัดกร่อนจึงถูกควบคุมโดยการแข่งขันระหว่างออกซิเดชัน ซึ่งนำไปสู่การก่อ/รักษาอะลูมินาเพื่อป้องกัน และการแทรกซึมของไนโตรเจน ซึ่งนำไปสู่การไนไตรเดชันภายในของเมทริกซ์โลหะผสมโดยการก่อตัวของเฟส AlN [6,10] ซึ่งนำไปสู่การแตกกระจายของบริเวณนั้นเนื่องจากการขยายตัวทางความร้อนของเฟส AlN ที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับเมทริกซ์โลหะผสม [9] เมื่อโลหะผสม FeCrAl สัมผัสกับอุณหภูมิสูงในบรรยากาศที่มีออกซิเจนหรือสารให้ออกซิเจนอื่นๆ เช่น H2O หรือ CO2 ปฏิกิริยาออกซิเดชันจะเป็นปฏิกิริยาหลัก และจะเกิดตะกรันอะลูมินา ซึ่งไม่สามารถผ่านออกซิเจนหรือไนโตรเจนได้เมื่ออุณหภูมิสูง และช่วยป้องกันการแทรกซึมของตะกรันเข้าไปในเมทริกซ์โลหะผสม แต่หากสัมผัสกับบรรยากาศรีดักชัน (N2+H2) และรอยแตกร้าวจากตะกรันอะลูมินาเพื่อป้องกัน การเกิดออกซิเดชันแบบแยกส่วนเฉพาะที่เริ่มต้นด้วยการก่อตัวของออกไซด์ของโครเมียมและเฟอริกที่ไม่ป้องกัน ซึ่งเป็นเส้นทางที่เหมาะสมสำหรับการแพร่กระจายของไนโตรเจนเข้าสู่เมทริกซ์เฟอร์ริติกและการก่อตัวของเฟส AlN [9] บรรยากาศไนโตรเจนป้องกัน (4.6) มักถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมโลหะผสม FeCrAl ยกตัวอย่างเช่น เครื่องทำความร้อนแบบต้านทานในเตาเผาความร้อนที่มีบรรยากาศไนโตรเจนป้องกันเป็นตัวอย่างหนึ่งของการใช้งานโลหะผสม FeCrAl อย่างแพร่หลายในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ ผู้เขียนรายงานว่าอัตราการออกซิเดชันของโลหะผสม FeCrAlY ช้าลงอย่างมากเมื่ออบอ่อนในบรรยากาศที่มีความดันย่อยของออกซิเจนต่ำ [11] วัตถุประสงค์ของการศึกษาคือเพื่อตรวจสอบว่าการอบอ่อนในก๊าซไนโตรเจน (99.996%) (4.6) (Messer® spec. ระดับสิ่งเจือปน O2 + H2O < 10 ppm) ส่งผลต่อความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสม FeCrAl (Kanthal AF) หรือไม่ และขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการอบอ่อน ความแปรผัน (วงจรความร้อน) และอัตราการให้ความร้อนในระดับใด
150 0000 2421