कंथल एएफ मिश्र धातु 837 रेसिस्टोहम एल्क्रोम वाई फेक्रल मिश्र धातु

कंथल एएफ एक फेरिटिक आयरन-क्रोमियम-एल्यूमीनियम मिश्र धातु (FeCrAl मिश्र धातु) है जिसका उपयोग 1300°C (2370°F) तक के तापमान पर किया जा सकता है। यह मिश्र धातु उत्कृष्ट ऑक्सीकरण प्रतिरोध और बहुत अच्छी आकार स्थिरता के लिए जानी जाती है, जिसके परिणामस्वरूप इसका जीवनकाल लंबा होता है।

कान-थल एएफ का उपयोग आमतौर पर औद्योगिक भट्टियों और घरेलू उपकरणों में विद्युत तापन तत्वों में किया जाता है।

घरेलू उपकरण उद्योग में इसके अनुप्रयोगों के उदाहरणों में टोस्टर और हेयर ड्रायर के लिए ओपन माइका तत्व, फैन हीटर के लिए मेन्डर आकार के तत्व, रेंज में सिरेमिक ग्लास टॉप हीटर में फाइबर इन्सुलेटिंग सामग्री पर ओपन कॉइल तत्व, बॉइलिंग प्लेट के लिए सिरेमिक हीटर, सिरेमिक हॉब के साथ कुकिंग प्लेट के लिए मोल्डेड सिरेमिक फाइबर पर कॉइल, फैन हीटर के लिए सस्पेंडेड कॉइल तत्व, रेडिएटर और कन्वेक्शन हीटर के लिए सस्पेंडेड स्ट्रेट वायर तत्व, हॉट एयर गन, रेडिएटर और टम्बल ड्रायर के लिए पोर्क्यूपाइन तत्व शामिल हैं।

सारांश: प्रस्तुत अध्ययन में, 900°C और 1200°C पर नाइट्रोजन गैस (4.6) में एनीलिंग के दौरान वाणिज्यिक FeCrAl मिश्र धातु (कंथल AF) के संक्षारण तंत्र का वर्णन किया गया है। विभिन्न कुल एक्सपोज़र समय, तापन दर और एनीलिंग तापमानों के साथ समतापी और ऊष्मा-चक्रीय परीक्षण किए गए। वायु और नाइट्रोजन गैस में ऑक्सीकरण परीक्षण थर्मोग्रैविमेट्रिक विश्लेषण द्वारा किए गए। सूक्ष्म संरचना का लक्षण वर्णन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM-EDX), ऑगर इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (AES) और फोकस्ड आयन बीम (FIB-EDX) विश्लेषण द्वारा किया गया। परिणामों से पता चलता है कि संक्षारण की प्रगति AlN चरण कणों से बने स्थानीयकृत उपसतह नाइट्राइडेशन क्षेत्रों के निर्माण के माध्यम से होती है, जो एल्यूमीनियम की सक्रियता को कम करता है और भंगुरता और छिलन का कारण बनता है। एल-नाइट्राइड निर्माण और एल-ऑक्साइड स्केल वृद्धि की प्रक्रियाएं एनीलिंग तापमान और तापन दर पर निर्भर करती हैं। यह पाया गया कि कम ऑक्सीजन आंशिक दबाव वाली नाइट्रोजन गैस में एनीलिंग के दौरान FeCrAl मिश्र धातु का नाइट्राइडेशन ऑक्सीकरण की तुलना में एक तेज प्रक्रिया है और मिश्र धातु के क्षरण का मुख्य कारण है।

परिचय FeCrAl आधारित मिश्रधातु (कंथल AF ®) उच्च तापमान पर अपने उत्कृष्ट ऑक्सीकरण प्रतिरोध के लिए जाने जाते हैं। यह उत्कृष्ट गुण सतह पर ऊष्मागतिक रूप से स्थिर एल्यूमिना परत के निर्माण से संबंधित है, जो सामग्री को आगे ऑक्सीकरण से बचाती है [1]। उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध गुणों के बावजूद, FeCrAl आधारित मिश्रधातुओं से निर्मित घटकों का जीवनकाल सीमित हो सकता है यदि पुर्जे बार-बार उच्च तापमान पर ऊष्मीय चक्रण के संपर्क में आते हैं [2]। इसका एक कारण यह है कि परत बनाने वाला तत्व, एल्यूमीनियम, एल्यूमिना परत के बार-बार ऊष्मा-झटके से टूटने और पुनर्निर्माण के कारण उपसतह क्षेत्र में मिश्रधातु मैट्रिक्स में खपत हो जाता है। यदि शेष एल्यूमीनियम की मात्रा महत्वपूर्ण सांद्रता से नीचे गिर जाती है, तो मिश्रधातु अब सुरक्षात्मक परत का पुनर्निर्माण नहीं कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप तेजी से बढ़ते लौह-आधारित और क्रोमियम-आधारित ऑक्साइड के निर्माण द्वारा विनाशकारी ब्रेकअवे ऑक्सीकरण होता है [3,4]। आसपास के वातावरण और सतह ऑक्साइड की पारगम्यता के आधार पर, यह आगे आंतरिक ऑक्सीकरण या नाइट्राइडेशन और उपसतह क्षेत्र में अवांछित चरणों के निर्माण को बढ़ावा दे सकता है [5]। हान और यंग ने दिखाया है कि एल्यूमिना स्केल बनाने वाले Ni Cr Al मिश्र धातुओं में, उच्च तापमान पर वायु वातावरण में ऊष्मीय चक्रण के दौरान आंतरिक ऑक्सीकरण और नाइट्राइडेशन का एक जटिल पैटर्न विकसित होता है [6,7], विशेष रूप से उन मिश्र धातुओं में जिनमें Al और Ti जैसे प्रबल नाइट्राइड निर्माता होते हैं [4]। क्रोमियम ऑक्साइड स्केल नाइट्रोजन पारगम्य होते हैं, और Cr2N या तो उप-स्केल परत के रूप में या आंतरिक अवक्षेप के रूप में बनता है [8,9]। ऊष्मीय चक्रण की स्थितियों में यह प्रभाव अधिक गंभीर होने की उम्मीद की जा सकती है, जिससे ऑक्साइड स्केल में दरारें पड़ जाती हैं और नाइट्रोजन के लिए अवरोधक के रूप में इसकी प्रभावशीलता कम हो जाती है [6]। इस प्रकार संक्षारण व्यवहार ऑक्सीकरण और नाइट्रोजन प्रवेश के बीच प्रतिस्पर्धा द्वारा नियंत्रित होता है। ऑक्सीकरण से सुरक्षात्मक एल्यूमिना का निर्माण/रखरखाव होता है, जबकि नाइट्रोजन प्रवेश से AlN चरण के निर्माण द्वारा मिश्र धातु मैट्रिक्स का आंतरिक नाइट्राइडेशन होता है [6,10], जिससे मिश्र धातु मैट्रिक्स की तुलना में AlN चरण के उच्च ऊष्मीय विस्तार के कारण उस क्षेत्र का विखंडन होता है [9]। जब FeCrAl मिश्र धातुओं को ऑक्सीजन या अन्य ऑक्सीजन दाताओं जैसे H2O या CO2 युक्त वातावरण में उच्च तापमान पर रखा जाता है, तो ऑक्सीकरण प्रमुख अभिक्रिया होती है और एल्यूमिना परत बनती है, जो उच्च तापमान पर ऑक्सीजन या नाइट्रोजन के लिए अभेद्य होती है और मिश्र धातु मैट्रिक्स में उनके प्रवेश से सुरक्षा प्रदान करती है। लेकिन, यदि अपचायक वातावरण (N2+H2) में रखा जाए और सुरक्षात्मक एल्यूमिना परत में दरार आ जाए, तो गैर-सुरक्षात्मक Cr और Fe-युक्त ऑक्साइड के निर्माण से स्थानीय ऑक्सीकरण शुरू हो जाता है, जो नाइट्रोजन को फेरिटिक मैट्रिक्स में विसरित होने और AlN चरण के निर्माण के लिए अनुकूल मार्ग प्रदान करता है [9]। सुरक्षात्मक (4.6) नाइट्रोजन वातावरण का उपयोग FeCrAl मिश्र धातुओं के औद्योगिक अनुप्रयोग में अक्सर किया जाता है। उदाहरण के लिए, सुरक्षात्मक नाइट्रोजन वातावरण वाले ऊष्मा उपचार भट्टियों में प्रतिरोध हीटर, ऐसे वातावरण में FeCrAl मिश्र धातुओं के व्यापक अनुप्रयोग का एक उदाहरण हैं। लेखकों का कहना है कि कम ऑक्सीजन आंशिक दाब वाले वातावरण में एनीलिंग करने पर FeCrAlY मिश्र धातुओं की ऑक्सीकरण दर काफी धीमी हो जाती है [11]। इस अध्ययन का उद्देश्य यह निर्धारित करना था कि (99.996%) नाइट्रोजन (4.6) गैस (मेसर® विनिर्देश अशुद्धता स्तर O2 + H2O < 10 ppm) में एनीलिंग FeCrAl मिश्र धातु (कंथल AF) के संक्षारण प्रतिरोध को प्रभावित करती है या नहीं और यह किस हद तक एनीलिंग तापमान, इसके परिवर्तन (थर्मल-साइक्लिंग) और हीटिंग दर पर निर्भर करती है।