Kanthal AF-Legierung 837 Resistohm Alchrome Y Fecral-Legierung

Kanthal AF ist eine ferritische Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung (FeCrAl-Legierung) für den Einsatz bei Temperaturen bis 1300 °C (2370 °F). Die Legierung zeichnet sich durch eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit und eine sehr gute Formstabilität aus, was zu einer langen Lebensdauer der Elemente führt.

Kan-thal AF wird typischerweise in elektrischen Heizelementen in Industrieöfen und Haushaltsgeräten verwendet.

Anwendungsbeispiele in der Haushaltsgeräteindustrie sind offene Glimmerelemente für Toaster, Haartrockner, mäanderförmige Elemente für Heizlüfter und als offene Spulenelemente auf Faserisoliermaterial in Glaskeramik-Heizplatten in Herden, in Keramikheizungen für Kochplatten und Spulen auf geformter Keramikfaser für Kochplatten mit Cerankochfeldern, in hängenden Spulenelementen für Heizlüfter, in hängenden geraden Drahtelementen für Heizkörper, Konvektionsheizgeräte, in Stachelschweinelementen für Heißluftpistolen, Heizkörper, Wäschetrockner.

Zusammenfassung In der vorliegenden Studie wird der Korrosionsmechanismus einer kommerziellen FeCrAl-Legierung (Kanthal AF) während des Glühens in Stickstoffgas (4.6) bei 900 °C und 1200 °C beschrieben. Es wurden isotherme und thermozyklische Tests mit unterschiedlichen Gesamteinwirkungszeiten, Heizraten und Glühtemperaturen durchgeführt. Der Oxidationstest in Luft und Stickstoffgas wurde mittels thermogravimetrischer Analyse durchgeführt. Die Mikrostruktur wird durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM-EDX), Auger-Elektronenspektroskopie (AES) und fokussierte Ionenstrahlanalyse (FIB-EDX) charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass das Fortschreiten der Korrosion durch die Bildung lokalisierter Nitridierungsbereiche unter der Oberfläche erfolgt, die aus AlN-Phasenpartikeln bestehen, was die Aluminiumaktivität verringert und Versprödung und Abplatzung verursacht. Die Prozesse der Al-Nitrid-Bildung und des Al-Oxid-Zunderwachstums hängen von der Glühtemperatur und der Heizrate ab. Es wurde festgestellt, dass die Nitrierung der FeCrAl-Legierung ein schnellerer Prozess ist als die Oxidation beim Glühen in einem Stickstoffgas mit niedrigem Sauerstoffpartialdruck und die Hauptursache für den Legierungsabbau darstellt.

Einleitung Legierungen auf FeCrAl-Basis (Kanthal AF®) sind bekannt für ihre hervorragende Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen. Diese hervorragende Eigenschaft hängt mit der Bildung einer thermodynamisch stabilen Aluminiumoxidschicht auf der Oberfläche zusammen, die das Material vor weiterer Oxidation schützt [1]. Trotz überlegener Korrosionsbeständigkeitseigenschaften kann die Lebensdauer der aus FeCrAl-basierten Legierungen hergestellten Komponenten begrenzt sein, wenn die Teile häufig thermischen Wechseln bei erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind [2]. Einer der Gründe dafür ist, dass das zunderbildende Element Aluminium in der Legierungsmatrix im Untergrundbereich aufgrund der wiederholten Thermoschockrisse und Neubildung des Aluminiumoxid-Zunders verbraucht wird. Wenn der verbleibende Aluminiumgehalt unter die kritische Konzentration sinkt, kann die Legierung den Schutzbelag nicht mehr neu bilden, was zu einer katastrophalen Losbrechoxidation durch die Bildung schnell wachsender Oxide auf Eisen- und Chrombasis führt [3,4]. Abhängig von der umgebenden Atmosphäre und der Permeabilität der Oberflächenoxide kann dies eine weitere interne Oxidation oder Nitridierung und die Bildung unerwünschter Phasen im Untergrundbereich begünstigen [5]. Han und Young haben gezeigt, dass sich in Aluminiumoxid-Zunder bildenden Ni-Cr-Al-Legierungen ein komplexes Muster innerer Oxidation und Nitrierung entwickelt [6,7] während thermischer Wechselwirkungen bei erhöhten Temperaturen in einer Luftatmosphäre, insbesondere in Legierungen, die starke Nitridbildner wie Al enthalten und Ti [4]. Chromoxidablagerungen sind bekanntermaßen stickstoffdurchlässig und Cr2 N bildet sich entweder als Unterschicht oder als interner Niederschlag [8,9]. Es ist zu erwarten, dass dieser Effekt unter thermischen Wechselbedingungen schwerwiegender ist, was zur Rissbildung von Oxidablagerungen führt und deren Wirksamkeit als Barriere für Stickstoff verringert [6]. Das Korrosionsverhalten wird somit durch die Konkurrenz zwischen Oxidation, die zur Bildung/Erhaltung des schützenden Aluminiumoxids führt, und Stickstoffeinbruch bestimmt, der zur inneren Nitridierung der Legierungsmatrix durch Bildung der AlN-Phase führt [6,10], was zur Abplatzung von führt Dieser Bereich ist auf die höhere thermische Ausdehnung der AlN-Phase im Vergleich zur Legierungsmatrix zurückzuführen [9]. Wenn FeCrAl-Legierungen hohen Temperaturen in Atmosphären mit Sauerstoff oder anderen Sauerstoffspendern wie H2O oder CO2 ausgesetzt werden, ist Oxidation die vorherrschende Reaktion und es bildet sich Aluminiumoxidbelag, der bei erhöhten Temperaturen für Sauerstoff oder Stickstoff undurchlässig ist und einen Schutz gegen deren Eindringen in die Atmosphäre bietet Legierungsmatrix. Wenn es jedoch einer Reduktionsatmosphäre (N2+H2) und einem schützenden Aluminiumoxidzunder ausgesetzt wird, kommt es zu einer lokalen Abspaltungsoxidation durch die Bildung von nicht schützenden Cr- und Ferich-Oxiden, die einen günstigen Weg für die Stickstoffdiffusion in die ferritische Matrix und Bildung bieten der AlN-Phase [9]. Bei der industriellen Anwendung von FeCrAl-Legierungen wird häufig die Stickstoffschutzatmosphäre (4.6) eingesetzt. Beispielsweise sind Widerstandsheizungen in Wärmebehandlungsöfen mit einer schützenden Stickstoffatmosphäre ein Beispiel für die weit verbreitete Anwendung von FeCrAl-Legierungen in einer solchen Umgebung. Die Autoren berichten, dass die Oxidationsrate der FeCrAlY-Legierungen beim Glühen in einer Atmosphäre mit niedrigen Sauerstoffpartialdrücken erheblich langsamer ist [11]. Ziel der Studie war es festzustellen, ob das Glühen in (99,996 %) Stickstoffgas (4,6) (Messer® spez. Verunreinigungsgrad O2 + H2O < 10 ppm) die Korrosionsbeständigkeit der FeCrAl-Legierung (Kanthal AF) beeinflusst und inwieweit dies davon abhängt von der Glühtemperatur, ihrer Variation (Wärmewechsel) und der Heizrate.