कंथल एएफ मिश्र धातु 837 रेझिस्टोम अल्क्रोम वाई फेक्रल मिश्र धातु

कंथल एएफ हे फेरिटिक आयर्न-क्रोमियम-अ‍ॅल्युमिनियम मिश्रधातू (FeCrAl मिश्रधातू) आहे जे १३००°C (२३७०°F) पर्यंत तापमानात वापरता येते. या मिश्रधातूमध्ये उत्कृष्ट ऑक्सिडेशन प्रतिरोधकता आणि खूप चांगली फॉर्म स्थिरता असते ज्यामुळे घटकांचे आयुष्य दीर्घकाळ टिकते.

कान-थल एएफ सामान्यतः औद्योगिक भट्टी आणि घरगुती उपकरणांमध्ये विद्युत तापवण्याच्या घटकांमध्ये वापरला जातो.

उपकरण उद्योगातील अनुप्रयोगांची उदाहरणे म्हणजे टोस्टर, हेअर ड्रायरसाठी ओपन अभ्रक घटक, फॅन हीटरसाठी वाकड्या आकाराच्या घटकांमध्ये आणि रेंजमधील सिरेमिक ग्लास टॉप हीटरमध्ये फायबर इन्सुलेटिंग मटेरियलवर ओपन कॉइल घटक म्हणून, उकळत्या प्लेट्ससाठी सिरेमिक हीटरमध्ये, सिरेमिक हॉब्ससह स्वयंपाक प्लेट्ससाठी मोल्डेड सिरेमिक फायबरवरील कॉइलमध्ये, फॅन हीटरसाठी सस्पेंडेड कॉइल एलिमेंट्समध्ये, रेडिएटर्ससाठी सस्पेंडेड स्ट्रेट वायर एलिमेंट्समध्ये, कन्व्हेक्शन हीटरमध्ये, हॉट एअर गन, रेडिएटर्स, टम्बल ड्रायरसाठी पोर्क्युपिन एलिमेंट्समध्ये.

सारांश या अभ्यासात, ९०० °C आणि १२०० °C तापमानावर नायट्रोजन वायू (४.६) मध्ये अॅनिलिंग दरम्यान व्यावसायिक FeCrAl मिश्रधातू (कंथल AF) ची गंज यंत्रणा रेखाटली आहे. एकूण एक्सपोजर वेळा, हीटिंग रेट आणि अॅनिलिंग तापमानात बदल असलेल्या आयसोथर्मल आणि थर्मो-सायक्लिक चाचण्या करण्यात आल्या. थर्मोग्रॅव्हिमेट्रिक विश्लेषणाद्वारे हवा आणि नायट्रोजन वायूमध्ये ऑक्सिडेशन चाचणी करण्यात आली. मायक्रोस्ट्रक्चर स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM-EDX), ऑगर इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (AES) आणि फोकस्ड आयन बीम (FIB-EDX) विश्लेषणाद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहे. परिणाम दर्शवितात की गंजची प्रगती AlN फेज कणांनी बनलेल्या स्थानिकीकृत उप-पृष्ठभाग नायट्रिडेशन क्षेत्रांच्या निर्मितीद्वारे होते, ज्यामुळे अॅल्युमिनियम क्रियाकलाप कमी होतो आणि भंग आणि स्पॅलेशन होते. अल-नायट्राइड निर्मिती आणि अल-ऑक्साइड स्केल वाढीच्या प्रक्रिया अॅनिलिंग तापमान आणि हीटिंग रेटवर अवलंबून असतात. कमी ऑक्सिजन आंशिक दाब असलेल्या नायट्रोजन वायूमध्ये अॅनिलिंग दरम्यान FeCrAl मिश्रधातूचे नायट्रिडेशन ही ऑक्सिडेशनपेक्षा जलद प्रक्रिया असल्याचे आढळून आले आणि ते मिश्रधातूच्या ऱ्हासाचे मुख्य कारण आहे.

परिचय FeCrAl-आधारित मिश्रधातू (कंथल AF®) उच्च तापमानात त्यांच्या उत्कृष्ट ऑक्सिडेशन प्रतिरोधनासाठी प्रसिद्ध आहेत. हा उत्कृष्ट गुणधर्म पृष्ठभागावर थर्मोडायनामिकली स्थिर अॅल्युमिना स्केलच्या निर्मितीशी संबंधित आहे, जो पुढील ऑक्सिडेशनपासून सामग्रीचे संरक्षण करतो [1]. उत्कृष्ट गंज प्रतिरोधक गुणधर्म असूनही, FeCrAl-आधारित मिश्रधातूंपासून बनवलेल्या घटकांचे आयुष्यमान मर्यादित असू शकते जर भाग वारंवार उच्च तापमानात थर्मल सायकलिंगच्या संपर्कात आले तर [2]. याचे एक कारण म्हणजे स्केल तयार करणारा घटक, अॅल्युमिनियम, वारंवार थर्मो-शॉक क्रॅकिंग आणि अॅल्युमिना स्केलच्या सुधारणामुळे उपपृष्ठ क्षेत्रातील मिश्रधातू मॅट्रिक्समध्ये वापरला जातो. जर उर्वरित अॅल्युमिनियम सामग्री गंभीर एकाग्रतेपेक्षा कमी झाली, तर मिश्रधातू यापुढे संरक्षणात्मक स्केलमध्ये सुधारणा करू शकत नाही, परिणामी वेगाने वाढणाऱ्या लोह-आधारित आणि क्रोमियम-आधारित ऑक्साइडच्या निर्मितीमुळे विनाशकारी ब्रेकअवे ऑक्सिडेशन होते [3,4]. सभोवतालच्या वातावरणावर आणि पृष्ठभागाच्या ऑक्साइडच्या पारगम्यतेवर अवलंबून हे पुढील अंतर्गत ऑक्सिडेशन किंवा नायट्रिडेशन आणि उपपृष्ठभागाच्या क्षेत्रात अवांछित टप्प्यांची निर्मिती सुलभ करू शकते [5]. हान आणि यंग यांनी दाखवून दिले आहे की Ni Cr Al मिश्रधातू बनवणाऱ्या अॅल्युमिना स्केलमध्ये, हवेच्या वातावरणात उच्च तापमानावर थर्मल सायकलिंग दरम्यान अंतर्गत ऑक्सिडेशन आणि नायट्रिडेशनचा एक जटिल नमुना विकसित होतो [6,7], विशेषतः Al आणि Ti सारख्या मजबूत नायट्राइड फॉर्मर्स असलेल्या मिश्रधातूंमध्ये [4]. क्रोमियम ऑक्साइड स्केल नायट्रोजन पारगम्य म्हणून ओळखले जातात आणि Cr2 N एकतर उप-स्केल थर म्हणून किंवा अंतर्गत अवक्षेपण म्हणून तयार होतात [8,9]. थर्मल सायकलिंग परिस्थितीत हा परिणाम अधिक तीव्र असण्याची अपेक्षा केली जाऊ शकते ज्यामुळे ऑक्साइड स्केल क्रॅक होतात आणि नायट्रोजनला अडथळा म्हणून त्याची प्रभावीता कमी होते [6]. अशा प्रकारे गंज वर्तन ऑक्सिडेशनमधील स्पर्धेद्वारे नियंत्रित केले जाते, ज्यामुळे संरक्षणात्मक अॅल्युमिना निर्मिती/देखभाल होते आणि नायट्रोजन प्रवेशामुळे AlN फेज [6,10] तयार होऊन मिश्रधातू मॅट्रिक्सचे अंतर्गत नायट्रिडेशन होते, ज्यामुळे मिश्रधातू मॅट्रिक्सच्या तुलनेत AlN फेजच्या उच्च थर्मल विस्तारामुळे त्या प्रदेशाचे स्पॅलेशन होते [9]. ऑक्सिजन असलेल्या वातावरणात किंवा H2O किंवा CO2 सारख्या इतर ऑक्सिजन दात्यांच्या संपर्कात असताना, ऑक्सिडेशन ही प्रमुख प्रतिक्रिया असते आणि अॅल्युमिना स्केल तयार होते, जे भारदस्त तापमानात ऑक्सिजन किंवा नायट्रोजनसाठी अभेद्य असते आणि अॅल्युमिना स्केल तयार होते. परंतु, रिडक्शन वातावरण (N2+H2) आणि संरक्षक अॅल्युमिना स्केल क्रॅकच्या संपर्कात आल्यास, गैर-संरक्षणात्मक Cr आणि Ferich ऑक्साइड तयार होऊन स्थानिक ब्रेकअवे ऑक्सिडेशन सुरू होते, जे फेरिटिक मॅट्रिक्समध्ये नायट्रोजन प्रसार आणि AlN फेज तयार करण्यासाठी अनुकूल मार्ग प्रदान करते [9]. FeCrAl मिश्रधातूंच्या औद्योगिक वापरात संरक्षक (4.6) नायट्रोजन वातावरण वारंवार वापरले जाते. उदाहरणार्थ, संरक्षक नायट्रोजन वातावरण असलेल्या उष्णता उपचार भट्टीतील प्रतिरोधक हीटर्स अशा वातावरणात FeCrAl मिश्रधातूंच्या व्यापक वापराचे उदाहरण आहेत. लेखकांनी नोंदवले आहे की कमी ऑक्सिजन आंशिक दाब असलेल्या वातावरणात अॅनिलिंग करताना FeCrAlY मिश्रधातूंचा ऑक्सिडेशन दर खूपच कमी असतो [11]. या अभ्यासाचे उद्दिष्ट (९९.९९६%) नायट्रोजन (४.६) वायू (मेसर® स्पेक. अशुद्धता पातळी O2 + H2O < १० पीपीएम) मध्ये अॅनिलिंग केल्याने FeCrAl मिश्रधातू (कँथल AF) च्या गंज प्रतिकारावर परिणाम होतो का आणि ते अॅनिलिंग तापमान, त्याचे फरक (थर्मल-सायकलिंग) आणि हीटिंग रेटवर किती प्रमाणात अवलंबून असते हे निर्धारित करणे होते.