કંથલ AF એલોય 837 રેઝિસ્ટઓહ્મ આલ્કોમ વાય ફેક્રલ એલોય

કંથલ AF એ ફેરિટિક આયર્ન-ક્રોમિયમ-એલ્યુમિનિયમ એલોય (FeCrAl એલોય) છે જે 1300°C (2370°F) સુધીના તાપમાને ઉપયોગ માટે યોગ્ય છે. આ એલોય ઉત્તમ ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર અને ખૂબ જ સારી ફોર્મ સ્થિરતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે જેના પરિણામે લાંબા તત્વનું જીવન મળે છે.

કાન-થલ એએફનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે ઔદ્યોગિક ભઠ્ઠીઓ અને ઘરગથ્થુ ઉપકરણોમાં ઇલેક્ટ્રિકલ હીટિંગ તત્વોમાં થાય છે.

ઉપકરણ ઉદ્યોગમાં ઉપયોગના ઉદાહરણોમાં ટોસ્ટર, હેર ડ્રાયર્સ માટે ખુલ્લા અભ્રક તત્વો, પંખા હીટર માટે વાંકડિયા આકારના તત્વો અને રેન્જમાં સિરામિક ગ્લાસ ટોપ હીટરમાં ફાઇબર ઇન્સ્યુલેટીંગ મટિરિયલ પર ખુલ્લા કોઇલ તત્વો, ઉકળતા પ્લેટો માટે સિરામિક હીટરમાં, સિરામિક હોબ્સ સાથે રસોઈ પ્લેટો માટે મોલ્ડેડ સિરામિક ફાઇબર પર કોઇલ, પંખા હીટર માટે સસ્પેન્ડેડ કોઇલ તત્વો, રેડિએટર્સ માટે સસ્પેન્ડેડ સીધા વાયર તત્વો, કન્વેક્શન હીટર, હોટ એર ગન, રેડિએટર્સ, ટમ્બલ ડ્રાયર્સ માટે પોર્ક્યુપિન તત્વોનો સમાવેશ થાય છે.

સારાંશ વર્તમાન અભ્યાસમાં, 900 °C અને 1200 °C પર નાઇટ્રોજન ગેસ (4.6) માં એનલીંગ દરમિયાન વાણિજ્યિક FeCrAl એલોય (કંથાલ AF) ના કાટ પદ્ધતિની રૂપરેખા આપવામાં આવી છે. કુલ એક્સપોઝર સમય, ગરમી દર અને એનલીંગ તાપમાનમાં વિવિધતા સાથે આઇસોથર્મલ અને થર્મો-સાયક્લિક પરીક્ષણો કરવામાં આવ્યા હતા. હવા અને નાઇટ્રોજન ગેસમાં ઓક્સિડેશન પરીક્ષણ થર્મોગ્રાવિમેટ્રિક વિશ્લેષણ દ્વારા હાથ ધરવામાં આવ્યું હતું. માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરને સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (SEM-EDX), ઓગર ઇલેક્ટ્રોન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (AES), અને ફોકસ્ડ આયન બીમ (FIB-EDX) વિશ્લેષણ દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવ્યું છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે કાટની પ્રગતિ સ્થાનિક સબસર્ફેસ નાઇટ્રિડેશન પ્રદેશોની રચના દ્વારા થાય છે, જે AlN ફેઝ કણોથી બનેલા હોય છે, જે એલ્યુમિનિયમ પ્રવૃત્તિ ઘટાડે છે અને એમ્બ્રિટલમેન્ટ અને સ્પેલેશનનું કારણ બને છે. અલ-નાઇટ્રાઇડ રચના અને અલ-ઓક્સાઇડ સ્કેલ વૃદ્ધિની પ્રક્રિયાઓ એનલીંગ તાપમાન અને ગરમી દર પર આધાર રાખે છે. એવું જાણવા મળ્યું કે ઓછા ઓક્સિજન આંશિક દબાણવાળા નાઇટ્રોજન ગેસમાં એનિલિંગ દરમિયાન FeCrAl એલોયનું નાઇટ્રિડેશન ઓક્સિડેશન કરતાં ઝડપી પ્રક્રિયા છે અને તે એલોયના અધોગતિનું મુખ્ય કારણ છે.

પરિચય FeCrAl - આધારિત એલોય (Kanthal AF ®) ઊંચા તાપમાને તેમના શ્રેષ્ઠ ઓક્સિડેશન પ્રતિકાર માટે જાણીતા છે. આ ઉત્તમ ગુણધર્મ સપાટી પર થર્મોડાયનેમિકલી સ્થિર એલ્યુમિના સ્કેલની રચના સાથે સંબંધિત છે, જે સામગ્રીને વધુ ઓક્સિડેશન સામે રક્ષણ આપે છે [1]. શ્રેષ્ઠ કાટ પ્રતિકાર ગુણધર્મો હોવા છતાં, FeCrAl - આધારિત એલોયમાંથી ઉત્પાદિત ઘટકોનું જીવનકાળ મર્યાદિત થઈ શકે છે જો ભાગો વારંવાર ઊંચા તાપમાને થર્મલ સાયકલિંગના સંપર્કમાં આવે છે [2]. આનું એક કારણ એ છે કે એલ્યુમિના સ્કેલના વારંવાર થર્મો-શોક ક્રેકીંગ અને રિફોર્મિંગને કારણે સ્કેલ બનાવનાર તત્વ, એલ્યુમિનિયમ, સબસર્ફેસ વિસ્તારમાં એલોય મેટ્રિક્સમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે. જો બાકીની એલ્યુમિનિયમ સામગ્રી નિર્ણાયક સાંદ્રતાથી નીચે ઘટે છે, તો એલોય હવે રક્ષણાત્મક સ્કેલને સુધારી શકતું નથી, જેના પરિણામે ઝડપથી વિકસતા આયર્ન-આધારિત અને ક્રોમિયમ-આધારિત ઓક્સાઇડની રચના દ્વારા વિનાશક બ્રેકઅવે ઓક્સિડેશન થાય છે [3,4]. આસપાસના વાતાવરણ અને સપાટી ઓક્સાઇડની અભેદ્યતા પર આધાર રાખીને આ વધુ આંતરિક ઓક્સિડેશન અથવા નાઇટ્રિડેશન અને સબસર્ફેસ ક્ષેત્રમાં અનિચ્છનીય તબક્કાઓની રચનાને સરળ બનાવી શકે છે [5]. હાન અને યંગે દર્શાવ્યું છે કે Ni Cr Al એલોય બનાવતા એલ્યુમિના સ્કેલમાં, હવાના વાતાવરણમાં ઊંચા તાપમાને થર્મલ સાયકલિંગ દરમિયાન આંતરિક ઓક્સિડેશન અને નાઇટ્રિડેશનનો એક જટિલ પેટર્ન [6,7] વિકસે છે, ખાસ કરીને Al અને Ti જેવા મજબૂત નાઇટ્રાઇડ ફોર્મર્સ ધરાવતા એલોયમાં [4]. ક્રોમિયમ ઓક્સાઇડ સ્કેલ નાઇટ્રોજન પારગમ્ય હોવાનું જાણીતું છે, અને Cr2 N કાં તો સબ-સ્કેલ સ્તર તરીકે અથવા આંતરિક અવક્ષેપ તરીકે રચાય છે [8,9]. થર્મલ સાયકલિંગ પરિસ્થિતિઓમાં આ અસર વધુ ગંભીર હોવાની અપેક્ષા રાખી શકાય છે જે ઓક્સાઇડ સ્કેલ ક્રેકીંગ તરફ દોરી જાય છે અને નાઇટ્રોજન માટે અવરોધ તરીકે તેની અસરકારકતા ઘટાડે છે [6]. આમ, કાટનું વર્તન ઓક્સિડેશન વચ્ચેની સ્પર્ધા દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે, જે રક્ષણાત્મક એલ્યુમિના રચના/જાળવણી તરફ દોરી જાય છે, અને નાઇટ્રોજન પ્રવેશ AlN તબક્કા [6,10] ની રચના દ્વારા એલોય મેટ્રિક્સના આંતરિક નાઇટ્રિડેશન તરફ દોરી જાય છે, જે એલોય મેટ્રિક્સ [9] ની તુલનામાં AlN તબક્કાના ઉચ્ચ થર્મલ વિસ્તરણને કારણે તે પ્રદેશના સ્પેલેશન તરફ દોરી જાય છે. જ્યારે FeCrAl એલોયને ઓક્સિજન અથવા H2O અથવા CO2 જેવા અન્ય ઓક્સિજન દાતાઓવાળા વાતાવરણમાં ઊંચા તાપમાને ખુલ્લા કરવામાં આવે છે, ત્યારે ઓક્સિડેશન મુખ્ય પ્રતિક્રિયા હોય છે, અને એલ્યુમિના સ્કેલ રચાય છે, જે ઊંચા તાપમાને ઓક્સિજન અથવા નાઇટ્રોજન માટે અભેદ્ય હોય છે અને એલોય મેટ્રિક્સમાં તેમના ઘૂસણખોરી સામે રક્ષણ પૂરું પાડે છે. પરંતુ, જો રિડક્શન વાતાવરણ (N2+H2) અને રક્ષણાત્મક એલ્યુમિના સ્કેલ ક્રેકના સંપર્કમાં આવે છે, તો સ્થાનિક બ્રેકઅવે ઓક્સિડેશન બિન-રક્ષણાત્મક Cr અને ફેરિચ ઓક્સાઇડના નિર્માણ દ્વારા શરૂ થાય છે, જે ફેરિટિક મેટ્રિક્સમાં નાઇટ્રોજન પ્રસરણ અને AlN તબક્કા [9] ની રચના માટે અનુકૂળ માર્ગ પૂરો પાડે છે. FeCrAl એલોયના ઔદ્યોગિક ઉપયોગમાં રક્ષણાત્મક (4.6) નાઇટ્રોજન વાતાવરણ વારંવાર લાગુ પડે છે. ઉદાહરણ તરીકે, રક્ષણાત્મક નાઇટ્રોજન વાતાવરણ સાથે ગરમી સારવાર ભઠ્ઠીઓમાં પ્રતિકારક હીટર આવા વાતાવરણમાં FeCrAl એલોયના વ્યાપક ઉપયોગનું ઉદાહરણ છે. લેખકો અહેવાલ આપે છે કે ઓછા ઓક્સિજન આંશિક દબાણવાળા વાતાવરણમાં એનિલિંગ કરતી વખતે FeCrAlY એલોયનો ઓક્સિડેશન દર નોંધપાત્ર રીતે ધીમો હોય છે [11]. આ અભ્યાસનો ઉદ્દેશ્ય એ નક્કી કરવાનો હતો કે (99.996%) નાઇટ્રોજન (4.6) ગેસ (મેસર® સ્પેક. અશુદ્ધિ સ્તર O2 + H2O < 10 ppm) માં એનિલિંગ FeCrAl એલોય (કંથલ AF) ના કાટ પ્રતિકારને અસર કરે છે કે નહીં અને તે કેટલી હદ સુધી એનિલિંગ તાપમાન, તેના ભિન્નતા (થર્મલ-સાયકલિંગ) અને ગરમી દર પર આધાર રાખે છે.