カンタルAF合金837レジストオームアルクロムY鉄合金

Kanthal AFは、最高1300℃（2370°F）までの温度で使用できるフェライト系鉄・クロム・アルミニウム合金（FeCrAl合金）です。この合金は優れた耐酸化性と非常に良好な形状安定性を特徴としており、長寿命を実現します。

Kan-thal AF は、主に工業炉や家庭用電化製品の電気加熱要素に使用されます。

家電業界での応用例としては、トースターやヘアドライヤー用のオープンマイカ要素、ファンヒーター用の蛇行形状要素、レンジのセラミックガラストップヒーター内の繊維絶縁材上のオープンコイル要素、ボイリングプレート用のセラミックヒーター、セラミックコンロ付き調理プレート用の成型セラミックファイバー上のコイル、ファンヒーター用の吊り下げコイル要素、ラジエーターや対流ヒーター用の吊り下げ直線ワイヤー要素、熱風ガン、ラジエーター、回転式乾燥機用のポーキュパイン要素などがあります。

要約 本研究では、市販の FeCrAl 合金 (Kanthal AF) を窒素ガス (4.6) 中、900 °C および 1200 °C で焼鈍処理したときの腐食メカニズムについて概説する。総曝露時間、加熱速度、焼鈍温度を変化させた等温および熱サイクル試験を実施した。空気および窒素ガス中での酸化試験は、熱重量分析により実施した。微細構造は、走査型電子顕微鏡 (SEM-EDX)、オージェ電子分光法 (AES)、および集束イオンビーム (FIB-EDX) 分析により特徴付けられる。結果は、腐食の進行は、アルミニウムの活性を低下させ、脆化と剥離を引き起こす、AlN 相粒子で構成される局所的な表面下の窒化領域の形成によって起こることを示している。Al 窒化物の形成と Al 酸化物スケールの成長プロセスは、焼鈍温度と加熱速度に依存する。低酸素分圧の窒素ガス中での焼鈍処理中、FeCrAl 合金の窒化は酸化よりも速いプロセスであり、合金劣化の主な原因であることが分かりました。

はじめに FeCrAl ベースの合金 (Kanthal AF ®) は、高温での優れた耐酸化性でよく知られています。この優れた特性は、熱力学的に安定したアルミナスケールが表面に形成されることに関係しており、これが材料をそれ以上の酸化から保護します [1]。優れた耐腐食性にもかかわらず、FeCrAl ベースの合金で製造された部品が高温での熱サイクルに頻繁にさらされる場合、その寿命は制限される可能性があります [2]。その理由の 1 つは、スケール形成元素であるアルミニウムが、アルミナスケールの熱衝撃による亀裂と再形成の繰り返しにより、合金マトリックスの表面下領域で消費されるためです。残留アルミニウム含有量が臨界濃度を下回ると、合金は保護スケールを再形成できなくなり、急速に成長する鉄ベースおよびクロムベースの酸化物の形成による壊滅的な分離酸化が発生します [3,4]。周囲の雰囲気と表面酸化物の透過性によっては、これがさらなる内部酸化や窒化を促進し、表面下領域に望ましくない相を形成する可能性があります [5]。Han と Young は、アルミナスケールを形成する Ni Cr Al 合金では、高温での空気雰囲気での熱サイクル中に、複雑な内部酸化と窒化のパターンが発生することを示しました [6,7]。特に、Al や Ti などの強力な窒化物形成剤を含む合金ではその傾向が顕著です [4]。酸化クロムスケールは窒素透過性があることが知られており、Cr2 N がスケール下層または内部析出物として形成されます [8,9]。この影響は、熱サイクル条件下ではさらに深刻になると予想され、酸化スケールの亀裂を引き起こし、窒素バリアとしての有効性が低下します [6]。このように、腐食挙動は、保護的なアルミナの形成/維持につながる酸化と、合金マトリックスの内部窒化によるAlN相の形成[6,10]につながる窒素の侵入との競合によって支配されます。AlN相は合金マトリックスと比較して熱膨張率が高いため、その領域は剥離します[9]。FeCrAl合金を酸素、またはH2OやCO2などの他の酸素供与性雰囲気下で高温にさらすと、酸化が支配的な反応となり、高温でも酸素や窒素を透過しないアルミナスケールが形成され、合金マトリックスへの侵入を防ぎます。しかし、還元雰囲気（N2+H2）にさらし、保護的なアルミナスケールに亀裂が生じると、非保護性のCr酸化物とFerich酸化物の形成による局所的な剥離酸化が始まり、これがフェライトマトリックスへの窒素拡散とAlN相の形成に好ましい経路を提供します[9]。保護的な（4.6）窒素雰囲気は、FeCrAl合金の工業用途で頻繁に使用されています。例えば、保護窒素雰囲気下での熱処理炉の抵抗ヒーターは、FeCrAl合金がそのような環境で広く使用されている例です。著者らは、FeCrAlY合金の酸化速度は、酸素分圧の低い雰囲気で焼鈍処理すると著しく低下することを報告しています[11]。本研究の目的は、（99.996%）窒素（4.6）ガス（Messer®仕様の不純物レベルO2 + H2O < 10 ppm）での焼鈍処理がFeCrAl合金（Kanthal AF）の耐食性に影響を与えるかどうか、またそれが焼鈍温度、その変化（熱サイクル）、および加熱速度にどの程度依存するかを明らかにすることです。