칸탈 AF 합금 837 저항 알크롬 Y 페크랄 합금

칸탈 AF는 최대 1300°C(2370°F)의 온도에서 사용할 수 있는 페라이트계 철-크롬-알루미늄 합금(FeCrAl 합금)입니다. 이 합금은 뛰어난 산화 저항성과 매우 우수한 형상 안정성을 특징으로 하며, 이로 인해 소자 수명이 길어집니다.

칸탈 AF는 일반적으로 산업용 용광로와 가전제품의 전기 가열 요소에 사용됩니다.

가전제품 산업에서의 적용 사례로는 토스터, 헤어드라이어용 오픈 마이카 소자, 팬 히터용 메앤더형 소자, 레인지의 세라믹 유리 탑 히터의 섬유 절연재에 있는 오픈 코일 소자, 끓는 플레이트용 세라믹 히터, 세라믹 호브가 있는 조리 플레이트용 성형 세라믹 섬유 코일, 팬 히터용 현수형 코일 소자, 라디에이터, 대류 히터용 현수형 직선형 와이어 소자, 열풍총, 라디에이터, 회전식 건조기용 고슴도치 소자 등이 있습니다.

초록 본 연구에서는 900°C와 1200°C에서 질소 가스(4.6)에서 어닐링하는 동안 상업용 FeCrAl 합금(Kanthal AF)의 부식 메커니즘을 개략적으로 설명합니다. 총 노출 시간, 가열 속도 및 어닐링 온도를 변화시키면서 등온 및 열 순환 시험을 수행했습니다. 공기 및 질소 가스에서의 산화 시험은 열중량 분석으로 수행했습니다. 미세 구조는 주사 전자 현미경(SEM-EDX), 오제 전자 분광법(AES) 및 집속 이온 빔(FIB-EDX) 분석으로 특성화합니다. 결과에 따르면 부식의 진행은 AlN 상 입자로 구성된 국부적인 표면 아래 질화 영역의 형성을 통해 발생하며, 이는 알루미늄 활성을 감소시키고 취성 및 파쇄를 유발합니다. Al-질화물 형성 및 Al-산화물 스케일 성장 프로세스는 어닐링 온도와 가열 속도에 따라 달라집니다. 질소 가스에서 산소 분압이 낮은 어닐링 과정에서 FeCrAl 합금의 질화는 산화보다 빠른 과정이며 합금 저하의 주요 원인인 것으로 밝혀졌습니다.

서론 FeCrAl 기반 합금(Kanthal AF ®)은 고온에서 뛰어난 내산화성으로 잘 알려져 있습니다. 이 탁월한 특성은 표면에 열역학적으로 안정한 알루미나 스케일이 형성되어 재료를 추가 산화로부터 보호하는 것과 관련이 있습니다[1]. 우수한 내식성에도 불구하고 FeCrAl 기반 합금으로 제조된 부품은 고온에서 열 사이클링에 자주 노출될 경우 수명이 제한될 수 있습니다[2]. 그 이유 중 하나는 스케일 형성 원소인 알루미늄이 반복적인 열충격 균열 및 알루미나 스케일의 개질로 인해 합금 매트릭스의 하부 표면 영역에서 소모되기 때문입니다. 남아 있는 알루미늄 함량이 임계 농도 이하로 감소하면 합금은 더 이상 보호 스케일을 개질할 수 없게 되어 빠르게 성장하는 철 기반 및 크롬 기반 산화물이 형성되어 파괴적인 분리 산화가 발생합니다[3,4]. 주변 분위기와 표면 산화물의 투과성에 따라 이는 추가적인 내부 산화 또는 질화 및 하부 표면 영역에 원치 않는 상의 형성을 촉진할 수 있습니다[5]. Han과 Young은 알루미나 스케일을 형성하는 Ni Cr Al 합금에서 공기 분위기에서 고온의 열 사이클링 동안 복잡한 내부 산화 및 질화 패턴이 발생한다는 것을 보여주었습니다[6,7]. 특히 Al과 Ti와 같은 강한 질화물 형성자를 포함하는 합금에서 그렇습니다[4]. 크롬 산화물 스케일은 질소 투과성으로 알려져 있으며 Cr2 N은 하위 스케일 층이나 내부 침전물로 형성됩니다[8,9]. 이 효과는 산화 스케일 균열을 유발하고 질소 장벽으로서의 효과를 감소시키는 열 사이클링 조건에서 더 심각할 것으로 예상할 수 있습니다[6]. 따라서 부식 거동은 보호 알루미나 형성/유지로 이어지는 산화와 AlN 상 형성에 의한 합금 매트릭스의 내부 질화로 이어지는 질소 침투 간의 경쟁에 의해 결정됩니다[6,10]. 이는 합금 매트릭스에 비해 AlN 상의 더 높은 열 팽창으로 인해 해당 영역의 파쇄로 이어집니다[9]. FeCrAl 합금을 산소 또는 H2O, CO2와 같은 다른 산소 공여체가 있는 고온 분위기에 노출시키면 산화가 지배적인 반응이며, 알루미나 스케일이 형성됩니다. 이 스케일은 고온에서 산소나 질소를 통과시키지 않고 합금 기지 내로의 침투를 방지합니다. 그러나 환원 분위기(N2+H2)에 노출되고 보호성 알루미나 스케일 균열이 발생하면 비보호성 Cr 및 Ferich 산화물이 형성되어 국소적인 이탈 산화가 시작되며, 이는 페라이트 기지로의 질소 확산 및 AlN 상 형성에 유리한 경로를 제공합니다[9]. 보호성(4.6) 질소 분위기는 FeCrAl 합금의 산업적 응용 분야에서 자주 사용됩니다. 예를 들어, 보호성 질소 분위기가 있는 열처리로의 저항 히터는 이러한 환경에서 FeCrAl 합금이 널리 사용되는 예입니다. 저자들은 낮은 산소 분압의 분위기에서 어닐링할 때 FeCrAlY 합금의 산화 속도가 상당히 느리다고 보고했습니다[11]. 본 연구의 목적은 (99.996%) 질소(4.6) 가스(Messer® 사양 불순물 수준 O2 + H2O < 10 ppm)에서의 어닐링이 FeCrAl 합금(Kanthal AF)의 내식성에 영향을 미치는지, 그리고 이것이 어닐링 온도, 변화(열 사이클) 및 가열 속도에 어느 정도 의존하는지 확인하는 것입니다.