칸탈 AF 합금 837 저항옴 알크롬 Y 페크랄 합금

칸탈 AF는 최대 1300°C(2370°F)의 온도에서 사용 가능한 페라이트계 철-크롬-알루미늄 합금(FeCrAl 합금)입니다. 이 합금은 탁월한 내산화성과 매우 우수한 형상 안정성을 특징으로 하며, 이로 인해 소자의 수명이 길어집니다.

칸탈 AF는 일반적으로 산업용 용광로 및 가정용 가전제품의 전기 가열 요소에 사용됩니다.

가전 ​​산업 분야에서의 응용 사례로는 토스터, 헤어드라이어용 개방형 운모 발열체, 팬 히터용 미로형 발열체, 레인지용 세라믹 유리 상판 히터의 섬유 절연재 위에 설치된 개방형 코일 발열체, 끓임판용 세라믹 히터, 세라믹 쿡탑용 성형 세라믹 섬유 코일, 팬 히터용 현수형 코일 발열체, 라디에이터, 대류 히터용 현수형 직선 와이어 발열체, 열풍기, 라디에이터, 건조기용 포큐파인 발열체 등이 있습니다.

요약 본 연구에서는 상용 FeCrAl 합금(Kanthal AF)을 질소 가스 분위기에서 900°C 및 1200°C로 열처리할 때 발생하는 부식 메커니즘을 분석하였다(4.6). 다양한 총 노출 시간, 가열 속도 및 열순환 조건에서 등온 및 열순환 시험을 수행하였다. 공기 및 질소 가스 분위기에서의 산화 시험은 열중량 분석(TGA)을 통해 분석하였다. 미세구조는 주사전자현미경(SEM-EDX), 오제 전자 분광법(AES) 및 집속 이온 빔(FIB-EDX) 분석을 통해 분석하였다. 연구 결과, 부식은 AlN 상 입자로 구성된 국부적인 표면 아래 질화 영역 형성을 통해 진행되며, 이는 알루미늄의 활성을 감소시켜 취성 및 박리를 유발하는 것으로 나타났다. 질화알루미늄(AlN) 형성 및 산화알루미늄(AlO₃) 스케일 성장은 열처리 온도와 가열 속도에 따라 달라진다. 낮은 산소 분압의 질소 가스 분위기에서 어닐링하는 동안 FeCrAl 합금의 질화 반응이 산화 반응보다 빠르게 진행되며, 이것이 합금 열화의 주요 원인인 것으로 밝혀졌습니다.

서론 FeCrAl 기반 합금(Kanthal AF®)은 고온에서 우수한 산화 저항성을 갖는 것으로 잘 알려져 있습니다. 이러한 탁월한 특성은 표면에 열역학적으로 안정한 알루미나 스케일이 형성되어 추가적인 산화로부터 재료를 보호하는 것과 관련이 있습니다[1]. 우수한 내식성에도 불구하고, FeCrAl 기반 합금으로 제조된 부품은 고온에서 빈번한 열 순환에 노출될 경우 수명이 제한될 수 있습니다[2]. 그 이유 중 하나는 스케일 형성 원소인 알루미늄이 반복적인 열 충격 균열 및 알루미나 스케일 재형성으로 인해 표면 아래 영역의 합금 기지에서 소모되기 때문입니다. 잔류 알루미늄 함량이 임계 농도 이하로 감소하면 합금은 더 이상 보호 스케일을 재형성할 수 없게 되어 급속히 성장하는 철계 및 크롬계 산화물의 형성에 의한 파괴적인 산화가 발생합니다[3,4]. 주변 분위기 및 표면 산화물의 투과성에 따라 이는 추가적인 내부 산화 또는 질화 및 표면 아래 영역에서 원치 않는 상의 형성을 촉진할 수 있습니다[5]. Han과 Young은 알루미나 스케일을 형성하는 Ni-Cr-Al 합금에서, 특히 Al과 Ti와 같은 강한 질화물 형성 원소를 함유하는 합금의 경우, 고온의 공기 분위기에서 열 순환 동안 내부 산화 및 질화의 복잡한 패턴이 나타난다는 것을 보여주었습니다[6,7,4]. 크롬 산화물 스케일은 질소 투과성이 있는 것으로 알려져 있으며, Cr2N은 스케일 하부층 또는 내부 석출물로 형성됩니다[8,9]. 이러한 현상은 열 순환 조건에서 더욱 심화되어 산화물 스케일에 균열이 발생하고 질소에 대한 방어막으로서의 효과가 감소할 것으로 예상됩니다[6]. 따라서 부식 거동은 보호 알루미나 형성/유지를 유도하는 산화와, AlN 상 형성에 의한 합금 기지의 내부 질화를 유발하는 질소 침투 사이의 경쟁에 의해 좌우됩니다[6,10]. AlN 상은 합금 기지에 비해 열팽창률이 높기 때문에 해당 부위의 박리가 발생합니다[9]. FeCrAl 합금을 산소 또는 H2O나 CO2와 같은 다른 산소 공여체가 있는 분위기에서 고온에 노출시키면 산화가 주된 반응이 되고, 고온에서 산소나 질소에 불투과성인 알루미나 스케일이 형성되어 합금 기지 내로의 침투를 방지합니다. 그러나 환원 분위기(N2+H2)에 노출되면 보호 알루미나 스케일에 균열이 생겨 비보호성 Cr 및 Fe 산화물이 형성되면서 국부적인 산화 파괴가 시작되고, 이는 페라이트 기지 내로 질소가 확산되어 AlN 상이 형성되는 유리한 경로를 제공합니다[9]. 보호 질소 분위기(4.6)는 FeCrAl 합금의 산업적 응용 분야에서 흔히 사용됩니다. 예를 들어, 보호 질소 분위기를 사용하는 열처리로의 저항 히터는 이러한 환경에서 FeCrAl 합금이 널리 사용되는 예입니다. 저자들은 FeCrAlY 합금을 낮은 산소 분압 분위기에서 어닐링할 때 산화 속도가 상당히 느려진다고 보고했습니다[11]. 본 연구의 목적은 (99.996%) 질소(4.6) 가스(Messer® spec. 불순물 수준 O2 + H2O < 10 ppm)에서 어닐링이 FeCrAl 합금(Kanthal AF)의 부식 저항성에 영향을 미치는지 여부와 어닐링 온도, 온도 변화(열 순환) 및 가열 속도에 따라 어느 정도 영향을 미치는지 확인하는 것이었습니다.