Lega Kanthal AF 837 resistohm alcromo Y lega fecrale

Kanthal AF è una lega ferritica di ferro-cromo-alluminio (lega FeCrAl) utilizzabile a temperature fino a 1300 °C (2370 °F). La lega è caratterizzata da un'eccellente resistenza all'ossidazione e da un'ottima stabilità di forma, che si traducono in una lunga durata dell'elemento.

Il Kan-thal AF viene tipicamente utilizzato negli elementi riscaldanti elettrici di forni industriali ed elettrodomestici.

Esempi di applicazioni nell'industria degli elettrodomestici includono elementi in mica a vista per tostapane e asciugacapelli, elementi a meandro per termoventilatori e elementi a spirale aperta su materiale isolante in fibra per piani cottura in vetroceramica, resistenze in ceramica per piastre di ebollizione, serpentine su fibra ceramica stampata per piastre di cottura con piani cottura in ceramica, elementi a spirale sospesi per termoventilatori, elementi a filo dritto sospesi per radiatori e stufe a convezione, elementi a spirale per pistole ad aria calda, radiatori e asciugatrici.

Abstract Nel presente studio viene delineato il meccanismo di corrosione della lega commerciale FeCrAl (Kanthal AF) durante la ricottura in atmosfera di azoto (4.6) a 900 °C e 1200 °C. Sono stati eseguiti test isotermici e termociclici con tempi di esposizione totali, velocità di riscaldamento e temperature di ricottura variabili. Il test di ossidazione in aria e in atmosfera di azoto è stato effettuato mediante analisi termogravimetrica. La microstruttura è stata caratterizzata mediante microscopia elettronica a scansione (SEM-EDX), spettroscopia di elettroni Auger (AES) e analisi con fascio ionico focalizzato (FIB-EDX). I risultati mostrano che la progressione della corrosione avviene attraverso la formazione di regioni di nitrurazione sottosuperficiali localizzate, composte da particelle di fase AlN, che riducono l'attività dell'alluminio e causano fragilità e sfaldamento. I processi di formazione di nitruro di Al e crescita dello strato di ossido di Al dipendono dalla temperatura di ricottura e dalla velocità di riscaldamento. È stato riscontrato che la nitrurazione della lega FeCrAl è un processo più rapido dell'ossidazione durante la ricottura in atmosfera di azoto con bassa pressione parziale di ossigeno e rappresenta la causa principale del degrado della lega.

Introduzione Le leghe a base di FeCrAl (Kanthal AF®) sono note per la loro eccellente resistenza all'ossidazione ad alte temperature. Questa eccellente proprietà è legata alla formazione di uno strato di allumina termodinamicamente stabile sulla superficie, che protegge il materiale da ulteriore ossidazione [1]. Nonostante le superiori proprietà di resistenza alla corrosione, la durata dei componenti realizzati con leghe a base di FeCrAl può essere limitata se le parti sono frequentemente esposte a cicli termici ad alte temperature [2]. Uno dei motivi di ciò è che l'elemento che forma lo strato, l'alluminio, viene consumato nella matrice della lega nella zona sottosuperficiale a causa della ripetuta fessurazione da shock termico e della riformazione dello strato di allumina. Se il contenuto di alluminio rimanente diminuisce al di sotto della concentrazione critica, la lega non è più in grado di riformare lo strato protettivo, con conseguente ossidazione catastrofica dovuta alla formazione di ossidi a base di ferro e cromo in rapida crescita [3,4]. A seconda dell'atmosfera circostante e della permeabilità degli ossidi superficiali, ciò può facilitare un'ulteriore ossidazione o nitrurazione interna e la formazione di fasi indesiderate nella regione sottosuperficiale [5]. Han e Young hanno dimostrato che nelle leghe Ni Cr Al che formano scaglie di allumina, si sviluppa un modello complesso di ossidazione e nitrurazione interna [6,7] durante il ciclo termico ad alte temperature in atmosfera d'aria, soprattutto nelle leghe che contengono forti formatori di nitruri come Al e Ti [4]. È noto che le scaglie di ossido di cromo sono permeabili all'azoto e Cr2 N si forma sia come strato sottosquadro che come precipitato interno [8,9]. Ci si può aspettare che questo effetto sia più grave in condizioni di ciclo termico che portano alla fessurazione della scaglia di ossido e alla riduzione della sua efficacia come barriera all'azoto [6]. Il comportamento alla corrosione è quindi governato dalla competizione tra l'ossidazione, che porta alla formazione/mantenimento dell'allumina protettiva, e l'ingresso di azoto che porta alla nitrurazione interna della matrice della lega mediante la formazione della fase AlN [6,10], che porta alla scheggiatura di quella regione a causa della maggiore espansione termica della fase AlN rispetto alla matrice della lega [9]. Quando le leghe FeCrAl vengono esposte ad alte temperature in atmosfere con ossigeno o altri donatori di ossigeno come H2O o CO2, l'ossidazione è la reazione dominante e si forma uno strato di allumina, che è impermeabile all'ossigeno o all'azoto ad alte temperature e fornisce protezione contro la loro intrusione nella matrice della lega. Ma, se esposte ad atmosfera riducente (N2+H2), e lo strato protettivo di allumina si incrina, inizia un'ossidazione localizzata con la formazione di ossidi di Cr e Ferich non protettivi, che forniscono un percorso favorevole per la diffusione dell'azoto nella matrice ferritica e la formazione della fase AlN [9]. L'atmosfera protettiva di azoto (4.6) è frequentemente utilizzata nell'applicazione industriale delle leghe FeCrAl. Ad esempio, i riscaldatori a resistenza nei forni per il trattamento termico con atmosfera protettiva di azoto sono un esempio dell'ampia applicazione delle leghe FeCrAl in tale ambiente. Gli autori riportano che la velocità di ossidazione delle leghe FeCrAlY è considerevolmente più lenta quando si esegue la ricottura in un'atmosfera con basse pressioni parziali di ossigeno [11]. Lo scopo dello studio era determinare se la ricottura in gas di azoto (99,996%) (4.6) (livello di impurità Messer® spec. O2 + H2O < 10 ppm) influisce sulla resistenza alla corrosione della lega FeCrAl (Kanthal AF) e in che misura dipende dalla temperatura di ricottura, dalla sua variazione (ciclo termico) e dalla velocità di riscaldamento.