कांथल एएफ अलॉय ८३७ रेझिस्टोहम अल्क्रोम वाय फेक्रल अलॉय

कांथल एएफ हा १३००°C (२३७०°F) पर्यंतच्या तापमानात वापरण्यासाठी असलेला एक फेरिटिक लोह-क्रोमियम-ॲल्युमिनियम मिश्रधातू (FeCrAl मिश्रधातू) आहे. हा मिश्रधातू उत्कृष्ट ऑक्सिडेशन प्रतिरोध आणि अतिशय चांगल्या आकार स्थिरतेसाठी ओळखला जातो, ज्यामुळे घटकांचे आयुष्यमान वाढते.

कान-थल एएफचा वापर सामान्यतः औद्योगिक भट्ट्या आणि घरगुती उपकरणांमधील विद्युत हीटिंग घटकांमध्ये केला जातो.

उपकरण उद्योगातील उपयोगांची उदाहरणे म्हणजे टोस्टर, हेअर ड्रायरसाठीचे ओपन मायका एलिमेंट्स, फॅन हीटरसाठीचे मीअँडर आकाराचे एलिमेंट्स आणि रेंजमधील सिरॅमिक ग्लास टॉप हीटरमध्ये फायबर इन्सुलेटिंग मटेरियलवरील ओपन कॉइल एलिमेंट्स म्हणून, बॉइलिंग प्लेट्ससाठीच्या सिरॅमिक हीटरमध्ये, सिरॅमिक हॉबसह कुकिंग प्लेट्ससाठी मोल्डेड सिरॅमिक फायबरवरील कॉइल्स, फॅन हीटरसाठीचे सस्पेंडेड कॉइल एलिमेंट्स, रेडिएटर्स, कन्व्हेक्शन हीटरसाठीचे सस्पेंडेड स्ट्रेट वायर एलिमेंट्स, हॉट एअर गन, रेडिएटर्स, टंबल ड्रायरसाठीचे पोर्क्युपाइन एलिमेंट्स.

सारांश प्रस्तुत अभ्यासात, व्यावसायिक FeCrAl मिश्रधातू (कॅन्थल AF) चे नायट्रोजन वायूमध्ये (4.6) 900 °C आणि 1200 °C तापमानावर ॲनीलिंग करताना होणाऱ्या क्षरणाच्या यंत्रणेचे वर्णन केले आहे. बदलत्या एकूण एक्सपोजर वेळा, तापवण्याचे दर आणि ॲनीलिंग तापमानांसह समतापीय आणि थर्मो-सायक्लिक चाचण्या घेण्यात आल्या. हवा आणि नायट्रोजन वायूमध्ये ऑक्सिडेशन चाचणी थर्मोग्रॅव्हिमेट्रिक विश्लेषणाद्वारे करण्यात आली. सूक्ष्मसंरचनेचे वैशिष्ट्यीकरण स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM-EDX), ऑगर इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (AES) आणि फोकस्ड आयन बीम (FIB-EDX) विश्लेषणाद्वारे केले आहे. निष्कर्षांवरून असे दिसून येते की, क्षरणाची प्रगती AlN फेज कणांनी बनलेल्या स्थानिक पृष्ठभागाखालील नायट्रिडेशन क्षेत्रांच्या निर्मितीद्वारे होते, ज्यामुळे ॲल्युमिनियमची क्रियाशीलता कमी होते आणि ठिसूळपणा व स्फोटन होते. Al-नायट्राइड निर्मिती आणि Al-ऑक्साइड स्केल वाढीच्या प्रक्रिया ॲनीलिंग तापमान आणि तापवण्याच्या दरावर अवलंबून असतात. असे आढळून आले की, कमी ऑक्सिजन आंशिक दाब असलेल्या नायट्रोजन वायूमध्ये ॲनीलिंग करताना FeCrAl मिश्रधातूचे नायट्रिडेशन ही ऑक्सिडेशनपेक्षा जलद प्रक्रिया आहे आणि मिश्रधातूच्या ऱ्हासाचे हेच मुख्य कारण आहे.

प्रस्तावना: FeCrAl-आधारित मिश्रधातू (Kanthal AF ®) उच्च तापमानात त्यांच्या उत्कृष्ट ऑक्सिडेशन प्रतिरोधासाठी प्रसिद्ध आहेत. हा उत्कृष्ट गुणधर्म पृष्ठभागावर थर्मोडायनॅमिकली स्थिर ॲल्युमिना स्केलच्या निर्मितीशी संबंधित आहे, जे पदार्थाचे पुढील ऑक्सिडेशनपासून संरक्षण करते [1]. उत्कृष्ट गंज-प्रतिरोधक गुणधर्म असूनही, जर भाग उच्च तापमानात वारंवार थर्मल सायकलिंगच्या संपर्कात आले, तर FeCrAl-आधारित मिश्रधातूंपासून बनवलेल्या घटकांचे आयुष्य मर्यादित होऊ शकते [2]. याचे एक कारण असे आहे की, ॲल्युमिना स्केलच्या वारंवार होणाऱ्या थर्मो-शॉक क्रॅकिंग आणि पुनर्निर्मितीमुळे, स्केल तयार करणारा घटक, ॲल्युमिनियम, पृष्ठभागाखालील भागात मिश्रधातूच्या मॅट्रिक्समध्ये वापरला जातो. जर उर्वरित ॲल्युमिनियमचे प्रमाण एका विशिष्ट मर्यादेपेक्षा कमी झाले, तर मिश्रधातू संरक्षक स्केलची पुनर्निर्मिती करू शकत नाही, ज्यामुळे वेगाने वाढणाऱ्या लोह-आधारित आणि क्रोमियम-आधारित ऑक्साईड्सच्या निर्मितीमुळे विनाशकारी ब्रेकअवे ऑक्सिडेशन होते [3,4]. सभोवतालचे वातावरण आणि पृष्ठभागावरील ऑक्साईड्सच्या पारगम्यतेवर अवलंबून, यामुळे पृष्ठभागाखालील भागात पुढील अंतर्गत ऑक्सिडेशन किंवा नायट्रिडेशन आणि अवांछित टप्प्यांची निर्मिती सुलभ होऊ शकते [5]. हान आणि यंग यांनी दाखवून दिले आहे की, हवेच्या वातावरणात उच्च तापमानावर थर्मल सायकलिंग दरम्यान, ॲल्युमिना स्केल तयार करणाऱ्या Ni Cr Al मिश्रधातूंमध्ये अंतर्गत ऑक्सिडेशन आणि नायट्रिडेशनचा एक जटिल नमुना विकसित होतो [6,7], विशेषतः Al आणि Ti सारखे तीव्र नायट्राइड तयार करणारे घटक असलेल्या मिश्रधातूंमध्ये [4]. क्रोमियम ऑक्साईड स्केल नायट्रोजन-पारगम्य असल्याचे ज्ञात आहे, आणि Cr2N एकतर सब-स्केल थर म्हणून किंवा अंतर्गत अवक्षेप म्हणून तयार होते [8,9]. थर्मल सायकलिंगच्या परिस्थितीत हा परिणाम अधिक गंभीर होण्याची अपेक्षा केली जाऊ शकते, ज्यामुळे ऑक्साईड स्केलला तडे जातात आणि नायट्रोजनसाठी अडथळा म्हणून त्याची परिणामकारकता कमी होते [6]. अशाप्रकारे, गंजण्याची प्रक्रिया ही ऑक्सिडेशन आणि नायट्रोजनच्या प्रवेशातील स्पर्धेवर अवलंबून असते. ऑक्सिडेशनमुळे संरक्षक ॲल्युमिनाची निर्मिती/देखभाल होते, तर नायट्रोजनच्या प्रवेशामुळे AlN फेजच्या निर्मितीद्वारे मिश्रधातूच्या मॅट्रिक्सचे अंतर्गत नायट्रिडेशन होते [6,10]. यामुळे मिश्रधातूच्या मॅट्रिक्सच्या तुलनेत AlN फेजच्या उच्च थर्मल विस्तारामुळे त्या भागाचे स्फोटन होते [9]. जेव्हा FeCrAl मिश्रधातू ऑक्सिजन किंवा H2O किंवा CO2 सारख्या इतर ऑक्सिजन दाता असलेल्या वातावरणात उच्च तापमानाला ठेवले जातात, तेव्हा ऑक्सिडेशन ही प्रमुख प्रतिक्रिया असते आणि ॲल्युमिना स्केल तयार होतो, जो उच्च तापमानात ऑक्सिजन किंवा नायट्रोजनसाठी अभेद्य असतो आणि मिश्रधातूच्या मॅट्रिक्समध्ये त्यांच्या प्रवेशापासून संरक्षण प्रदान करतो. परंतु, जर रिडक्शन वातावरणात (N2+H2) ठेवले, आणि संरक्षक ॲल्युमिना स्केलला तडा गेला, तर गैर-संरक्षक Cr आणि Fe-समृद्ध ऑक्साईडच्या निर्मितीमुळे स्थानिक ब्रेकअवे ऑक्सिडेशन सुरू होते, जे फेरिटिक मॅट्रिक्समध्ये नायट्रोजनच्या प्रसारासाठी आणि AlN फेजच्या निर्मितीसाठी अनुकूल मार्ग प्रदान करतात [9]. संरक्षक (4.6) नायट्रोजन वातावरण FeCrAl मिश्रधातूंच्या औद्योगिक उपयोगात वारंवार वापरले जाते. उदाहरणार्थ, संरक्षक नायट्रोजन वातावरण असलेल्या उष्णता उपचार भट्ट्यांमधील रेझिस्टन्स हीटर्स हे अशा वातावरणात FeCrAl मिश्रधातूंच्या व्यापक वापराचे एक उदाहरण आहे. लेखकांनी नोंदवले आहे की कमी ऑक्सिजन आंशिक दाब असलेल्या वातावरणात ॲनीलिंग केल्यावर FeCrAlY मिश्रधातूंचा ऑक्सिडेशन दर लक्षणीयरीत्या कमी होतो [11]. या अभ्यासाचा उद्देश हा होता की (99.996%) नायट्रोजन (4.6) वायूमध्ये (मेसर® विशिष्ट अशुद्धता पातळी O2 + H2O < 10 ppm) ॲनीलिंग केल्याने FeCrAl मिश्रधातूच्या (कॅन्थल AF) क्षरण प्रतिकारशक्तीवर परिणाम होतो की नाही आणि तो ॲनीलिंग तापमान, त्यातील बदल (थर्मल-सायकलिंग) आणि तापवण्याच्या दरावर कितपत अवलंबून असतो हे निश्चित करणे.