alliage Kanthal AF 837 résistanceohm alchrome Y alliage fécal

Le Kanthal AF est un alliage ferritique de fer-chrome-aluminium (alliage FeCrAl) destiné à une utilisation à des températures allant jusqu'à 1 300 °C (2 370 °F). Cet alliage se caractérise par une excellente résistance à l'oxydation et une très bonne stabilité dimensionnelle, ce qui lui confère une longue durée de vie.

Le Kan-thal AF est généralement utilisé dans les éléments chauffants électriques des fours industriels et des appareils électroménagers.

Exemples d'applications dans l'industrie des appareils électroménagers : éléments en mica ouverts pour grille-pain et sèche-cheveux, éléments en forme de méandre pour radiateurs soufflants et éléments à serpentin ouvert sur matériau isolant en fibre pour plaques de cuisson en vitrocéramique, éléments chauffants en céramique pour plaques à ébullition, serpentins sur fibre céramique moulée pour plaques de cuisson avec plaques vitrocéramiques, éléments à serpentin suspendus pour radiateurs soufflants, éléments à fil droit suspendus pour radiateurs et convecteurs, éléments en forme de porc-épic pour pistolets à air chaud, radiateurs et sèche-linge.

Résumé La présente étude décrit le mécanisme de corrosion de l'alliage commercial FeCrAl (Kanthal AF) lors d'un recuit sous azote (4.6) à 900 °C et 1200 °C. Des essais isothermes et thermocycliques ont été réalisés avec différentes durées d'exposition, vitesses de chauffage et températures de recuit. L'oxydation sous air et sous azote a été évaluée par analyse thermogravimétrique. La microstructure a été caractérisée par microscopie électronique à balayage (MEB-EDX), spectroscopie d'électrons Auger (AES) et analyse par faisceau d'ions focalisé (FIB-EDX). Les résultats montrent que la corrosion progresse par la formation de zones de nitruration sous-jacentes localisées, composées de particules de phase AlN, ce qui réduit l'activité de l'aluminium et provoque fragilisation et écaillage. Les processus de formation de nitrure d'aluminium et de croissance de la couche d'oxyde d'aluminium dépendent de la température et de la vitesse de chauffage du recuit. Il a été constaté que la nitruration de l'alliage FeCrAl est un processus plus rapide que l'oxydation lors du recuit sous atmosphère d'azote à faible pression partielle d'oxygène et représente la principale cause de la dégradation de l'alliage.

Les alliages à base de FeCrAl (Kanthal AF®) sont reconnus pour leur excellente résistance à l'oxydation à haute température. Cette propriété remarquable est liée à la formation d'une couche d'alumine thermodynamiquement stable en surface, qui protège le matériau contre l'oxydation ultérieure [1]. Malgré cette résistance supérieure à la corrosion, la durée de vie des composants fabriqués à partir d'alliages à base de FeCrAl peut être limitée si les pièces sont fréquemment soumises à des cycles thermiques à haute température [2]. Ceci s'explique notamment par la consommation de l'aluminium, élément constitutif de la couche d'alumine, dans la matrice de l'alliage en sous-surface, due aux chocs thermiques répétés et à la reformation de cette couche. Si la teneur en aluminium restante descend en dessous d'une concentration critique, l'alliage ne peut plus reformer la couche protectrice, ce qui entraîne une oxydation catastrophique par formation d'oxydes à base de fer et de chrome à croissance rapide [3,4]. Selon l'atmosphère environnante et la perméabilité des oxydes de surface, ce phénomène peut favoriser une oxydation ou une nitruration interne, ainsi que la formation de phases indésirables en sous-surface [5]. Han et Young ont montré que, dans les alliages Ni-Cr-Al formant une couche d'alumine, un processus complexe d'oxydation et de nitruration internes se développe [6,7] lors de cycles thermiques à haute température sous atmosphère d'air, notamment dans les alliages contenant des éléments fortement nitrurants comme l'aluminium et le titane [4]. Les couches d'oxyde de chrome sont perméables à l'azote, et Cr₂N se forme soit sous forme de sous-couche, soit sous forme de précipité interne [8,9]. Cet effet est susceptible d'être accentué lors des cycles thermiques, qui entraînent la fissuration de la couche d'oxyde et réduisent son efficacité en tant que barrière à l'azote [6]. Le comportement à la corrosion est ainsi régi par la compétition entre l'oxydation, qui conduit à la formation et au maintien d'une couche protectrice d'alumine, et la pénétration d'azote, qui provoque la nitruration interne de la matrice de l'alliage par formation de la phase AlN [6,10]. Cette nitruration interne entraîne l'écaillage de la zone affectée en raison de la dilatation thermique plus importante de la phase AlN par rapport à celle de la matrice de l'alliage [9]. Lorsqu'on expose des alliages FeCrAl à des températures élevées sous atmosphères oxygénées ou contenant d'autres donneurs d'oxygène comme H₂O ou CO₂, l'oxydation devient la réaction prédominante. Une couche d'alumine se forme, imperméable à l'oxygène et à l'azote à haute température, protégeant ainsi la matrice de l'alliage de leur pénétration. Cependant, sous atmosphère réductrice (N₂ + H₂), la couche d'alumine protectrice se fissure, amorçant une oxydation localisée par formation d'oxydes riches en chrome et en fer non protecteurs. Ces oxydes favorisent la diffusion de l'azote dans la matrice ferritique et la formation de la phase AlN [9]. L'atmosphère protectrice d'azote (4,6) est fréquemment utilisée dans les applications industrielles des alliages FeCrAl. Par exemple, les résistances chauffantes des fours de traitement thermique sous atmosphère protectrice d'azote illustrent l'utilisation répandue de ces alliages dans ce type d'environnement. Les auteurs indiquent que la vitesse d'oxydation des alliages FeCrAlY est considérablement ralentie lors d'un recuit sous atmosphère à faible pression partielle d'oxygène [11]. L'objectif de l'étude était de déterminer si le recuit dans un gaz d'azote (99,996 %) (4,6) (niveau d'impuretés Messer® spec. O2 + H2O < 10 ppm) affecte la résistance à la corrosion de l'alliage FeCrAl (Kanthal AF) et dans quelle mesure il dépend de la température de recuit, de sa variation (cyclage thermique) et de la vitesse de chauffage.