سبيكة كانثال ايه اف 837 مقاومة أوم من الكروم Y سبيكة برازية

كانثال إيه إف (Kanthal AF) سبيكة حديدية من الكروم والألومنيوم (FeCrAl) تُستخدم في درجات حرارة تصل إلى 1300 درجة مئوية (2370 درجة فهرنهايت). تتميز هذه السبيكة بمقاومة ممتازة للأكسدة وثبات شكلي ممتاز، مما يُطيل عمر العنصر.

يستخدم Kan-thal AF عادة في عناصر التسخين الكهربائية في الأفران الصناعية والأجهزة المنزلية.

ومن أمثلة التطبيقات في صناعة الأجهزة عناصر الميكا المفتوحة لمحامص الخبز ومجففات الشعر، وفي العناصر ذات الشكل المتعرج لسخانات المروحة وعناصر الملف المفتوح على مادة العزل بالألياف في سخانات الزجاج الخزفي في المواقد، وفي سخانات السيراميك للأطباق المغلية، والملفات على ألياف السيراميك المصبوبة لأطباق الطهي مع مواقد السيراميك، وفي عناصر الملف المعلقة لسخانات المروحة، وفي عناصر الأسلاك المستقيمة المعلقة للمشعات، وسخانات الحمل الحراري، وفي عناصر القنفذ لبنادق الهواء الساخن والمشعات ومجففات الملابس.

ملخص في هذه الدراسة، تم توضيح آلية تآكل سبيكة FeCrAl التجارية (Kanthal AF) أثناء التلدين في غاز النيتروجين (4.6) عند 900 درجة مئوية و1200 درجة مئوية. تم إجراء اختبارات متساوية الحرارة ودورية حرارية مع أوقات تعرض إجمالية مختلفة ومعدلات تسخين ودرجات حرارة التلدين. تم إجراء اختبار الأكسدة في الهواء وغاز النيتروجين عن طريق التحليل الوزني الحراري. يتميز التركيب المجهري من خلال المجهر الإلكتروني الماسح (SEM-EDX) ومطيافية أوجيه الإلكترونية (AES) وتحليل شعاع الأيونات المركزة (FIB-EDX). تُظهر النتائج أن تقدم التآكل يحدث من خلال تكوين مناطق نيتريد موضعية تحت السطح، تتكون من جسيمات طور AlN، مما يقلل من نشاط الألومنيوم ويسبب التقصف والتفتت. تعتمد عمليات تكوين نيتريد الألومنيوم ونمو مقياس أكسيد الألومنيوم على درجة حرارة التلدين ومعدل التسخين. وجد أن نترتة سبيكة FeCrAl هي عملية أسرع من الأكسدة أثناء التلدين في غاز النيتروجين مع ضغط جزئي منخفض للأكسجين وتمثل السبب الرئيسي لتدهور السبائك.

مقدمة تشتهر السبائك القائمة على FeCrAl (Kanthal AF ®) بمقاومتها الفائقة للأكسدة في درجات الحرارة المرتفعة. ترتبط هذه الخاصية الممتازة بتكوين مقياس الألومينا المستقر ديناميكيًا حراريًا على السطح، مما يحمي المادة من المزيد من الأكسدة [1]. وعلى الرغم من خصائص مقاومة التآكل الفائقة، يمكن أن يكون عمر المكونات المصنعة من السبائك القائمة على FeCrAl محدودًا إذا تعرضت الأجزاء بشكل متكرر للدورة الحرارية في درجات حرارة مرتفعة [2]. أحد أسباب ذلك هو أن عنصر تكوين المقياس، الألومنيوم، يستهلك في مصفوفة السبائك في المنطقة تحت السطحية بسبب التشقق المتكرر للصدمات الحرارية وإعادة تشكيل مقياس الألومينا. إذا انخفض محتوى الألومنيوم المتبقي عن التركيز الحرج، فلن تتمكن السبائك من إعادة تشكيل المقياس الواقي، مما يؤدي إلى أكسدة انفصالية كارثية عن طريق تكوين أكاسيد سريعة النمو قائمة على الحديد والكروم [3،4]. اعتمادًا على الغلاف الجوي المحيط ونفاذية أكاسيد السطح، يمكن أن يسهل ذلك المزيد من الأكسدة الداخلية أو النترتة وتكوين مراحل غير مرغوب فيها في المنطقة تحت السطحية [5]. أظهر هان ويونغ أنه في سبائك Ni Cr Al المكونة لمقياس الألومينا، يتطور نمط معقد من الأكسدة الداخلية والنترتة [6،7] أثناء الدورة الحرارية في درجات حرارة مرتفعة في الغلاف الجوي، وخاصة في السبائك التي تحتوي على مُشكلات نيتريد قوية مثل Al و Ti [4]. من المعروف أن قشور أكسيد الكروم نفاذة للنيتروجين، ويتشكل Cr2 N إما كطبقة فرعية للمقياس أو كراسب داخلي [8،9]. يمكن توقع أن يكون هذا التأثير أكثر حدة في ظل ظروف الدورة الحرارية التي تؤدي إلى تشقق مقياس الأكسيد وتقليل فعاليته كحاجز للنيتروجين [6]. وبالتالي، فإن سلوك التآكل يحكمه التنافس بين الأكسدة، مما يؤدي إلى تكوين/صيانة الألومينا الواقية، ودخول النيتروجين مما يؤدي إلى النترتة الداخلية لمصفوفة السبائك عن طريق تكوين طور AlN [6،10]، مما يؤدي إلى تفتيت تلك المنطقة بسبب التمدد الحراري العالي لطور AlN مقارنة بمصفوفة السبائك [9]. عند تعريض سبائك FeCrAl لدرجات حرارة عالية في أجواء تحتوي على الأكسجين أو مانحي أكسجين آخرين مثل H2O أو CO2، تكون الأكسدة هي التفاعل السائد، ويتشكل مقياس الألومينا، وهو غير منفذ للأكسجين أو النيتروجين عند درجات حرارة مرتفعة ويوفر الحماية ضد تسللهما إلى مصفوفة السبائك. ولكن، إذا تعرض لجو الاختزال (N2 + H2)، وشق مقياس الألومينا الواقي، يبدأ أكسدة الانفصال المحلي بتكوين أكاسيد Cr وFerich غير الواقية، والتي توفر مسارًا مناسبًا لانتشار النيتروجين في المصفوفة الحديدية وتكوين طور AlN [9]. يُستخدم الغلاف الجوي الواقي للنيتروجين (4.6) بكثرة في التطبيقات الصناعية لسبائك FeCrAl. على سبيل المثال، تُعد سخانات المقاومة في أفران المعالجة الحرارية ذات الغلاف الجوي الواقي للنيتروجين مثالاً على الاستخدام الواسع النطاق لسبائك FeCrAl في مثل هذه البيئة. أفاد الباحثون أن معدل أكسدة سبائك FeCrAlY يكون أبطأ بكثير عند التلدين في جو ذي ضغوط جزئية منخفضة للأكسجين [11]. كان الهدف من الدراسة تحديد ما إذا كان التلدين في غاز النيتروجين (4.6) (99.996%) (مستوى شوائب Messer® O2 + H2O < 10 جزء في المليون) يؤثر على مقاومة التآكل لسبائك FeCrAl (Kanthal AF) وإلى أي مدى يعتمد ذلك على درجة حرارة التلدين وتغيراته (الدورة الحرارية) ومعدل التسخين.