Aliatge Kanthal AF 837 resistòhm alcrom Y aliatge fecral

Kanthal AF és un aliatge ferrític de ferro-crom-alumini (aliatge FeCrAl) per a ús a temperatures de fins a 1300 °C (2370 °F). L'aliatge es caracteritza per una excel·lent resistència a l'oxidació i una molt bona estabilitat de forma, la qual cosa resulta en una llarga vida útil de l'element.

El Kan-thal AF s'utilitza normalment en elements de calefacció elèctrics en forns industrials i electrodomèstics.

Exemples d'aplicacions en la indústria dels electrodomèstics són els elements de mica oberts per a torradores, assecadors de cabells, els elements en forma de meandre per a escalfadors de ventilador i els elements de serpentina oberta sobre material aïllant de fibra en escalfadors de vitroceràmica en fogons, els escalfadors de ceràmica per a plaques de cocció, les bobines sobre fibra ceràmica emmotllada per a plaques de cocció amb vitroceràmica, els elements de serpentina suspesos per a escalfadors de ventilador, els elements de filferro recte suspesos per a radiadors, escalfadors de convecció, els elements de porc espí per a pistoles d'aire calent, els radiadors i les assecadores.

Resum En aquest estudi, es descriu el mecanisme de corrosió de l'aliatge comercial FeCrAl (Kanthal AF) durant el recuit en nitrogen gasós (4.6) a 900 °C i 1200 °C. Es van realitzar proves isotèrmiques i termocícliques amb temps d'exposició totals, velocitats d'escalfament i temperatures de recuit variables. Les proves d'oxidació en aire i nitrogen gasós es van dur a terme mitjançant anàlisi termogravimètrica. La microestructura es caracteritza mitjançant microscòpia electrònica de rastreig (SEM-EDX), espectroscòpia electrònica Auger (AES) i anàlisi de feix d'ions enfocat (FIB-EDX). Els resultats mostren que la progressió de la corrosió té lloc mitjançant la formació de regions de nitridació subsuperficials localitzades, compostes per partícules de fase AlN, cosa que redueix l'activitat de l'alumini i provoca fragilització i espal·lació. Els processos de formació de nitrid d'Al i creixement de l'escala d'òxid d'Al depenen de la temperatura de recuit i la velocitat d'escalfament. Es va trobar que la nitridació de l'aliatge FeCrAl és un procés més ràpid que l'oxidació durant el recuit en un gas nitrogen amb baixa pressió parcial d'oxigen i representa la principal causa de la degradació de l'aliatge.

Introducció Els aliatges basats en FeCrAl (Kanthal AF ®) són coneguts per la seva resistència superior a l'oxidació a temperatures elevades. Aquesta excel·lent propietat està relacionada amb la formació d'incrustacions d'alúmina termodinàmicament estables a la superfície, que protegeixen el material contra una oxidació posterior [1]. Malgrat les propietats superiors de resistència a la corrosió, la vida útil dels components fabricats amb aliatges basats en FeCrAl pot ser limitada si les peces s'exposen freqüentment a cicles tèrmics a temperatures elevades [2]. Una de les raons d'això és que l'element formador d'incrustacions, l'alumini, es consumeix a la matriu de l'aliatge a la zona del subsòl a causa de les repetides esquerdes i reformacions per xoc tèrmic de les incrustacions d'alúmina. Si el contingut d'alumini restant disminueix per sota de la concentració crítica, l'aliatge ja no pot reformar les incrustacions protectores, cosa que provoca una oxidació catastròfica per ruptura per formació d'òxids de ferro i crom de creixement ràpid [3,4]. Depenent de l'atmosfera circumdant i la permeabilitat dels òxids superficials, això pot facilitar una major oxidació interna o nitridació i la formació de fases no desitjades a la regió del subsòl [5]. Han i Young han demostrat que en els aliatges de Ni-Cr-Al que formen incrustacions d'alúmina, es desenvolupa un patró complex d'oxidació i nitridació internes [6,7] durant els cicles tèrmics a temperatures elevades en una atmosfera d'aire, especialment en aliatges que contenen formadors de nitrids forts com l'Al i el Ti [4]. Se sap que les incrustacions d'òxid de crom són permeables al nitrogen, i el Cr2N es forma com una subcapa o com a precipitat intern [8,9]. Es pot esperar que aquest efecte sigui més greu en condicions de cicle tèrmic, cosa que provoca esquerdes per les incrustacions d'òxid i redueix la seva eficàcia com a barrera al nitrogen [6]. El comportament de la corrosió es regeix, doncs, per la competència entre l'oxidació, que condueix a la formació/manteniment protector d'alúmina, i l'entrada de nitrogen que condueix a la nitridació interna de la matriu de l'aliatge mitjançant la formació de la fase AlN [6,10], cosa que condueix a l'espal·lació d'aquesta regió a causa d'una major expansió tèrmica de la fase AlN en comparació amb la matriu de l'aliatge [9]. Quan s'exposen aliatges de FeCrAl a altes temperatures en atmosferes amb oxigen o altres donants d'oxigen com ara H2O o CO2, l'oxidació és la reacció dominant i es forma una capa d'alúmina, que és impermeable a l'oxigen o al nitrogen a temperatures elevades i proporciona protecció contra la seva intrusió a la matriu de l'aliatge. Però, si s'exposa a una atmosfera de reducció (N2+H2) i a una esquerda protectora de la capa d'alúmina, comença una oxidació local per ruptura amb la formació d'òxids de Cr i Ferich no protectors, que proporcionen una via favorable per a la difusió de nitrogen a la matriu ferrítica i la formació de la fase AlN [9]. L'atmosfera protectora de nitrogen (4.6) s'aplica amb freqüència en l'aplicació industrial dels aliatges de FeCrAl. Per exemple, els escalfadors de resistència en forns de tractament tèrmic amb una atmosfera protectora de nitrogen són un exemple de l'aplicació generalitzada dels aliatges de FeCrAl en aquest entorn. Els autors informen que la velocitat d'oxidació dels aliatges de FeCrAlY és considerablement més lenta quan es recuit en una atmosfera amb baixes pressions parcials d'oxigen [11]. L'objectiu de l'estudi era determinar si el recuit en nitrogen (99,996%) gasós (4,6) (nivell d'impureses d'O2 + H2O segons les especificacions de Messer®) afecta la resistència a la corrosió de l'aliatge FeCrAl (Kanthal AF) i en quina mesura depèn de la temperatura de recuit, la seva variació (cicle tèrmic) i la velocitat d'escalfament.