कान्थल एएफ मिश्र धातु ८३७ रेजिस्टोम अल्क्रोम वाई फेक्रल मिश्र धातु

कान्थल एएफ एक फेरिटिक आइरन-क्रोमियम-एल्युमिनियम मिश्र धातु (FeCrAl मिश्र धातु) हो जुन १३००°C (२३७०°F) सम्मको तापक्रममा प्रयोग गर्न सकिन्छ। यो मिश्र धातु उत्कृष्ट अक्सिडेशन प्रतिरोध र धेरै राम्रो आकार स्थिरता द्वारा विशेषता हो जसले गर्दा तत्वको आयु लामो हुन्छ।

कान-थल एएफ सामान्यतया औद्योगिक भट्टी र घरेलु उपकरणहरूमा विद्युतीय तताउने तत्वहरूमा प्रयोग गरिन्छ।

उपकरण उद्योगमा प्रयोग हुने उदाहरणहरू टोस्टर, हेयर ड्रायरका लागि खुला अभ्रक तत्वहरू, फ्यान हीटरका लागि घुमाउरो आकारका तत्वहरू र फाइबर इन्सुलेट सामग्रीमा खुला कुण्डल तत्वहरूको रूपमा दायरामा सिरेमिक गिलास टप हीटरहरूमा, उमाल्ने प्लेटहरूको लागि सिरेमिक हीटरहरूमा, सिरेमिक हबहरूसँग खाना पकाउने प्लेटहरूको लागि मोल्डेड सिरेमिक फाइबरमा कुण्डलहरू, फ्यान हीटरहरूको लागि निलम्बित कुण्डल तत्वहरूमा, रेडिएटरहरूको लागि निलम्बित सीधा तार तत्वहरूमा, संवहन हीटरहरू, तातो हावा बन्दुकहरूको लागि पोर्क्युपिन तत्वहरूमा, रेडिएटरहरू, टम्बल ड्रायरहरू हुन्।

सारांश यस अध्ययनमा, नाइट्रोजन ग्यास (४.६) मा ९०० डिग्री सेल्सियस र १२०० डिग्री सेल्सियसमा एनिलिङ गर्दा व्यावसायिक FeCrAl मिश्र धातु (कान्थल AF) को क्षरण संयन्त्रलाई रेखांकित गरिएको छ। कुल एक्सपोजर समय, ताप दर, र एनिलिङ तापमान फरक फरक भएको आइसोथर्मल र थर्मो-चक्रीय परीक्षणहरू गरियो। हावा र नाइट्रोजन ग्यासमा अक्सिडेशन परीक्षण थर्मोग्राभिमेट्रिक विश्लेषणद्वारा गरिएको थियो। माइक्रोस्ट्रक्चर स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (SEM-EDX), औगर इलेक्ट्रोन स्पेक्ट्रोस्कोपी (AES), र केन्द्रित आयन बीम (FIB-EDX) विश्लेषण द्वारा विशेषता हो। परिणामहरूले देखाउँछन् कि क्षरणको प्रगति AlN चरण कणहरू मिलेर बनेको स्थानीयकृत उप-सतह नाइट्रिडेशन क्षेत्रहरूको गठन मार्फत हुन्छ, जसले एल्युमिनियम गतिविधि घटाउँछ र भंगुरता र स्प्यालेसन निम्त्याउँछ। अल-नाइट्राइड गठन र अल-अक्साइड स्केल वृद्धिको प्रक्रियाहरू एनिलिङ तापमान र ताप दरमा निर्भर गर्दछ। कम अक्सिजन आंशिक चाप भएको नाइट्रोजन ग्यासमा एनिलिङ गर्दा FeCrAl मिश्र धातुको नाइट्राइडेशन अक्सिडेशन भन्दा छिटो प्रक्रिया हो र यसले मिश्र धातुको क्षयको मुख्य कारणलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ भन्ने पत्ता लाग्यो।

परिचय FeCrAl-आधारित मिश्र धातुहरू (Kanthal AF ®) उच्च तापक्रममा तिनीहरूको उत्कृष्ट अक्सिडेशन प्रतिरोधको लागि प्रख्यात छन्। यो उत्कृष्ट गुण सतहमा थर्मोडायनामिक रूपमा स्थिर एल्युमिना स्केलको गठनसँग सम्बन्धित छ, जसले सामग्रीलाई थप अक्सिडेशनबाट जोगाउँछ [1]। उच्च जंग प्रतिरोध गुणहरूको बावजुद, FeCrAl-आधारित मिश्र धातुहरूबाट निर्मित घटकहरूको जीवनकाल सीमित हुन सक्छ यदि भागहरू बारम्बार उच्च तापक्रममा थर्मल साइकल चलाउने सम्पर्कमा आउँछन् [2]। यसको एउटा कारण यो हो कि स्केल बनाउने तत्व, एल्युमिनियम, एल्युमिना स्केलको बारम्बार थर्मो-शक क्र्याकिंग र सुधारको कारणले उप-सतह क्षेत्रमा मिश्र धातु म्याट्रिक्समा खपत हुन्छ। यदि बाँकी एल्युमिनियम सामग्री महत्वपूर्ण सांद्रता भन्दा कम भयो भने, मिश्र धातुले अब सुरक्षात्मक स्केललाई सुधार गर्न सक्दैन, जसको परिणामस्वरूप द्रुत रूपमा बढ्दो फलाम-आधारित र क्रोमियम-आधारित अक्साइडहरूको गठनद्वारा विनाशकारी ब्रेकअवे अक्सिडेशन हुन्छ [3,4]। वरपरको वातावरण र सतह अक्साइडहरूको पारगम्यतामा निर्भर गर्दै यसले थप आन्तरिक अक्सिडेशन वा नाइट्राइडेशन र उप-सतह क्षेत्रमा अवांछित चरणहरूको गठनलाई सहज बनाउन सक्छ [5]। हान र यंगले देखाएका छन् कि Ni Cr Al मिश्र धातुहरू बनाउने एल्युमिना स्केलमा, हावाको वायुमण्डलमा उच्च तापक्रममा थर्मल साइकल चलाउने क्रममा आन्तरिक अक्सिडेशन र नाइट्रिडेशनको जटिल ढाँचा [6,7] विकसित हुन्छ, विशेष गरी Al र Ti जस्ता बलियो नाइट्राइड फारमहरू भएका मिश्र धातुहरूमा [4]। क्रोमियम अक्साइड स्केलहरू नाइट्रोजन पारगम्य हुन जानिन्छ, र Cr2 N या त उप-स्केल तहको रूपमा वा आन्तरिक अवक्षेपणको रूपमा बन्छ [8,9]। यो प्रभाव थर्मल साइकल चलाउने अवस्थाहरूमा बढी गम्भीर हुने अपेक्षा गर्न सकिन्छ जसले अक्साइड स्केल क्र्याकिङ र नाइट्रोजनको लागि बाधाको रूपमा यसको प्रभावकारिता घटाउँछ [6]। यसरी क्षरण व्यवहार अक्सिडेशन बीचको प्रतिस्पर्धाद्वारा नियन्त्रित हुन्छ, जसले सुरक्षात्मक एल्युमिना गठन/रखरखाव निम्त्याउँछ, र नाइट्रोजन प्रवेशले AlN चरण [6,10] को गठन गरेर मिश्र धातु म्याट्रिक्सको आन्तरिक नाइट्रिडेशन निम्त्याउँछ, जसले मिश्र धातु म्याट्रिक्स [9] को तुलनामा AlN चरणको उच्च थर्मल विस्तारको कारणले त्यो क्षेत्रको स्प्यालेसन निम्त्याउँछ। अक्सिजन वा H2O वा CO2 जस्ता अन्य अक्सिजन दाताहरू भएको वायुमण्डलमा उच्च तापक्रममा FeCrAl मिश्र धातुहरूलाई पर्दा, अक्सिडेशन प्रमुख प्रतिक्रिया हो, र एल्युमिना स्केल बन्छ, जुन उच्च तापक्रममा अक्सिजन वा नाइट्रोजनको लागि अभेद्य हुन्छ र मिश्र धातु म्याट्रिक्समा तिनीहरूको घुसपैठ विरुद्ध सुरक्षा प्रदान गर्दछ। तर, यदि रिडक्सन वायुमण्डल (N2+H2), र सुरक्षात्मक एल्युमिना स्केल क्र्याकको सम्पर्कमा आयो भने, गैर-सुरक्षात्मक Cr र Ferich अक्साइडहरूको गठनबाट स्थानीय ब्रेकअवे अक्सिडेशन सुरु हुन्छ, जसले फेरिटिक म्याट्रिक्समा नाइट्रोजन प्रसार र AlN चरण [9] को गठनको लागि अनुकूल मार्ग प्रदान गर्दछ। FeCrAl मिश्र धातुहरूको औद्योगिक अनुप्रयोगमा सुरक्षात्मक (4.6) नाइट्रोजन वातावरण बारम्बार लागू गरिन्छ। उदाहरणका लागि, सुरक्षात्मक नाइट्रोजन वातावरण भएका ताप उपचार भट्टीहरूमा प्रतिरोधी हीटरहरू यस्तो वातावरणमा FeCrAl मिश्र धातुहरूको व्यापक प्रयोगको उदाहरण हुन्। लेखकहरूले रिपोर्ट गर्छन् कि कम अक्सिजन आंशिक दबाब भएको वातावरणमा एनिल गर्दा FeCrAlY मिश्र धातुहरूको अक्सिडेशन दर धेरै ढिलो हुन्छ [11]। अध्ययनको उद्देश्य (९९.९९६%) नाइट्रोजन (४.६) ग्यास (मेसर® स्पेक। अशुद्धता स्तर O2 + H2O < १० पीपीएम) मा एनिलिङले FeCrAl मिश्र धातु (कान्थल AF) को जंग प्रतिरोधलाई असर गर्छ कि गर्दैन र यो कति हदसम्म एनिलिङ तापमान, यसको भिन्नता (थर्मल-साइक्लिङ), र ताप दरमा निर्भर गर्दछ भनेर निर्धारण गर्नु थियो।