Kanthal AF შენადნობი 837 რეზისტორომის ალქრომული Y ფეკრალის შენადნობი

Kanthal AF არის ფერიტული რკინა-ქრომ-ალუმინის შენადნობი (FeCrAl შენადნობი), რომელიც გამოიყენება 1300°C (2370°F)-მდე ტემპერატურაზე. შენადნობი ხასიათდება შესანიშნავი დაჟანგვისადმი მდგრადობით და ძალიან კარგი ფორმის სტაბილურობით, რაც იწვევს ელემენტის ხანგრძლივ ექსპლუატაციას.

კან-ტალი AF, როგორც წესი, გამოიყენება ელექტრო გამათბობელ ელემენტებში სამრეწველო ღუმელებსა და საყოფაცხოვრებო ტექნიკაში.

საყოფაცხოვრებო ტექნიკის ინდუსტრიაში გამოყენების მაგალითებია ღია ქარსის ელემენტები ტოსტერებისთვის, თმის საშრობებისთვის, მეანდრის ფორმის ელემენტები ვენტილატორიანი გამათბობლებისთვის და ღია სპირალური ელემენტები ბოჭკოვანი იზოლაციის მასალაზე კერამიკული მინის ზედაპირიანი გამათბობლებისთვის ქურებში, კერამიკულ გამათბობლებში მოსახარშ ფირფიტებისთვის, სპირალებში ჩამოსხმული კერამიკული ბოჭკოვანი სამზარეულოს ფირფიტებისთვის კერამიკული ქურებით, ჩამოკიდებულ სპირალურ ელემენტებში ვენტილატორიანი გამათბობლებისთვის, ჩამოკიდებულ სწორ მავთულის ელემენტებში რადიატორებისთვის, კონვექციური გამათბობლებისთვის, ზღარბის ფორმის ელემენტებში ცხელი ჰაერის პისტოლეტებისთვის, რადიატორებისთვის, საშრობებისთვის.

რეზიუმე ამ კვლევაში აღწერილია კომერციული FeCrAl შენადნობის (Kanthal AF) კოროზიის მექანიზმი აზოტის აირისებრ გაზში (4.6) გამოწვის დროს 900°C და 1200°C ტემპერატურაზე. ჩატარდა იზოთერმული და თერმოციკლური ტესტები სხვადასხვა სრული ექსპოზიციის დროით, გაცხელების სიჩქარით და გამოწვის ტემპერატურით. ჰაერსა და აზოტის აირისებრ ჟანგვის ტესტი ჩატარდა თერმოგრავიმეტრიული ანალიზით. მიკროსტრუქტურა ხასიათდება სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპიით (SEM-EDX), აუჟეს ელექტრონული სპექტროსკოპიით (AES) და ფოკუსირებული იონური სხივის (FIB-EDX) ანალიზით. შედეგები აჩვენებს, რომ კოროზიის პროგრესირება ხდება ლოკალიზებული მიწისქვეშა ნიტრიდაციის რეგიონების წარმოქმნით, რომლებიც შედგება AlN ფაზის ნაწილაკებისგან, რაც ამცირებს ალუმინის აქტივობას და იწვევს მსხვრევადობას და დაფქვას. Al-ნიტრიდის წარმოქმნის და Al-ოქსიდის ნადების ზრდის პროცესები დამოკიდებულია გამოწვის ტემპერატურასა და გაცხელების სიჩქარეზე. აღმოჩნდა, რომ FeCrAl შენადნობის ნიტრიდაცია უფრო სწრაფი პროცესია, ვიდრე დაჟანგვა გამოწვის დროს აზოტის აირში დაბალი ჟანგბადის პარციალური წნევის მქონე და წარმოადგენს შენადნობის დეგრადაციის მთავარ მიზეზს.

შესავალი FeCrAl-ზე დაფუძნებული შენადნობები (Kanthal AF ®) ცნობილია მაღალ ტემპერატურაზე დაჟანგვისადმი მაღალი მდგრადობით. ეს შესანიშნავი თვისება დაკავშირებულია ზედაპირზე თერმოდინამიკურად სტაბილური ალუმინის ნადების წარმოქმნასთან, რაც იცავს მასალას შემდგომი დაჟანგვისგან [1]. კოროზიისადმი მაღალი მდგრადობის თვისებების მიუხედავად, FeCrAl-ზე დაფუძნებული შენადნობებიდან დამზადებული კომპონენტების სიცოცხლის ხანგრძლივობა შეიძლება შეიზღუდოს, თუ ნაწილები ხშირად ექვემდებარება თერმულ ციკლს მაღალ ტემპერატურაზე [2]. ამის ერთ-ერთი მიზეზი ის არის, რომ ნადების წარმომქმნელი ელემენტი, ალუმინი, მოიხმარება შენადნობის მატრიცაში ზედაპირქვეშა არეში ალუმინის ნადების განმეორებითი თერმოშოკური ბზარების და რეფორმირების გამო. თუ დარჩენილი ალუმინის შემცველობა კრიტიკულ კონცენტრაციაზე დაბლა ეცემა, შენადნობს აღარ შეუძლია დამცავი ნადების რეფორმირება, რაც იწვევს კატასტროფულ მოწყვეტით დაჟანგვას სწრაფად მზარდი რკინისა და ქრომის ოქსიდების წარმოქმნით [3,4]. გარემომცველი ატმოსფეროსა და ზედაპირული ოქსიდების გამტარიანობიდან გამომდინარე, ამან შეიძლება ხელი შეუწყოს შემდგომ შიდა დაჟანგვას ან ნიტრიდაციას და არასასურველი ფაზების წარმოქმნას ზედაპირქვეშა არეში [5]. ჰანმა და იანგმა აჩვენეს, რომ NiCrAl შენადნობებში, რომლებიც წარმოქმნიან NiCrAl შენადნობებს, თერმული ციკლის დროს ჰაერის ატმოსფეროში მომატებულ ტემპერატურაზე, განსაკუთრებით შენადნობებში, რომლებიც შეიცავს ძლიერ ნიტრიდის წარმომქმნელებს, როგორიცაა Al და Ti [4], ვითარდება შინაგანი დაჟანგვისა და ნიტრიდაციის რთული ნიმუში [6,7]. ცნობილია, რომ ქრომის ოქსიდის ნადები აზოტის გამტარია და Cr2N წარმოიქმნება როგორც ქვენადების ფენა, ასევე შიდა ნალექი [8,9]. ეს ეფექტი, სავარაუდოდ, უფრო მკაცრი იქნება თერმული ციკლის პირობებში, რაც იწვევს ოქსიდის ნადების ბზარებს და ამცირებს მის ეფექტურობას, როგორც აზოტის ბარიერის [6]. ამრიგად, კოროზიის ქცევა განისაზღვრება დაჟანგვას შორის კონკურენციით, რაც იწვევს დამცავ ალუმინის წარმოქმნას/შენარჩუნებას, და აზოტის შეღწევას, რაც იწვევს შენადნობის მატრიცის შიდა ნიტრიდაციას AlN ფაზის წარმოქმნით [6,10], რაც იწვევს ამ რეგიონის დაშლას AlN ფაზის უფრო მაღალი თერმული გაფართოების გამო შენადნობის მატრიცასთან შედარებით [9]. როდესაც FeCrAl შენადნობები მაღალ ტემპერატურაზეა ჟანგბადის ან სხვა ჟანგბადის დონორების, როგორიცაა H2O ან CO2, ატმოსფეროში, დომინანტური რეაქციაა დაჟანგვა და წარმოიქმნება ალუმინის ნადები, რომელიც მაღალ ტემპერატურაზე არ არის გამტარი ჟანგბადის ან აზოტის მიმართ და უზრუნველყოფს დაცვას შენადნობის მატრიცაში მათი შეღწევისგან. თუმცა, თუ ექვემდებარება აღდგენის ატმოსფეროს (N2+H2) და დამცავ ალუმინის ნადების ბზარს, იწყება ადგილობრივი მოწყვეტითი დაჟანგვა არადამცავი Cr და Ferich ოქსიდების წარმოქმნით, რომლებიც ხელსაყრელ გზას უქმნიან აზოტის დიფუზიას ფერიტურ მატრიცაში და AlN ფაზის წარმოქმნას [9]. დამცავი (4.6) აზოტის ატმოსფერო ხშირად გამოიყენება FeCrAl შენადნობების სამრეწველო გამოყენებაში. მაგალითად, დამცავი აზოტის ატმოსფეროს მქონე თერმული დამუშავების ღუმელებში წინააღმდეგობის გამათბობლები FeCrAl შენადნობების ფართოდ გამოყენების მაგალითია ასეთ გარემოში. ავტორები იუწყებიან, რომ FeCrAlY შენადნობების დაჟანგვის სიჩქარე მნიშვნელოვნად ნელია დაბალი ჟანგბადის ნაწილობრივი წნევის ატმოსფეროში გახურებისას [11]. კვლევის მიზანი იყო იმის დადგენა, მოქმედებს თუ არა (99.996%) აზოტოვან (4.6) აირში (Messer®-ის სპეციფიკაციის მინარევების დონე O2 + H2O < 10 ppm) გამოწვა FeCrAl შენადნობის (Kanthal AF) კოროზიისადმი მდგრადობაზე და რამდენად არის ეს დამოკიდებული გამოწვის ტემპერატურაზე, მის ცვალებადობაზე (თერმული ციკლი) და გაცხელების სიჩქარეზე.