Inhalt:
Betriebsdauer
Oxidationseigenschaften
Korrosionsbeständigkeit
Maximale Drahttemperaturen als Funktion des Drahtdurchmessers bei Betrieb an der Luft
Betriebsdauer
Die Lebensdauer der Heizwiderstandslegierung hängt von einer Reihe von Faktoren ab, darunter die wichtigsten:
- Temperatur
- Temperaturwechsel
- Kontamination
- Legierungszusammensetzung
- Spurenelemente und Verunreinigungen
- Drahtdurchmesser
- Oberflächenzustand
- Atmosphäre
- Mechanische Belastung
- Methode der Regulierung
Da diese für jede Anwendung einzigartig sind, ist es schwierig, allgemeine Leitlinien für die Lebenserwartungen zu geben. Nachfolgend finden Sie Empfehlungen zu einigen wichtigen Designfaktoren.
Oxidationseigenschaften
Beim Erhitzen bilden Heizwiderstandslegierungen auf ihrer Oberfläche eine Oxidschicht, die die weitere Oxidation des Materials verlangsamt. Um diese Funktion zu erfüllen, muss die Oxidschicht dicht sein und der Diffusion von Gasen und Metallionen widerstehen. Außerdem muss sie dünn sein und bei Temperaturschwankungen am Metall haften. Die schützende Oxidschicht auf Kanthal®-Legierungen, die bei Temperaturen über 1000 °C (1830 °F) entsteht, besteht hauptsächlich aus Aluminiumoxid (Al2O3). Die Farbe ist hellgrau, während die Oxidfarbe bei niedrigeren Temperaturen (unter 1000 °C (1830 °F)) dunkler wird. Die Aluminiumoxidschicht verfügt über ausgezeichnete elektrische Isoliereigenschaften und eine gute chemische Beständigkeit gegenüber den meisten Verbindungen.
Das auf Nikrothal®-Legierungen gebildete Oxid besteht hauptsächlich aus Chromoxid (Cr2O3). Die Farbe ist dunkel und die elektrischen Isoliereigenschaften sind denen von Aluminiumoxid unterlegen.
Die Oxidschicht auf Nikrothal®-Legierungen platzt leichter ab und verdampft leichter als die dichtere Oxidschicht, die sich auf Kanthal®-Legierungen bildet.
Die Ergebnisse mehrerer Lebensdauertests gemäß ASTM B 78 (modifiziert) sind in einer Tabelle für Kanthal®- und Nikrothal®-Legierungen aufgeführt. In der Tabelle ist die Langlebigkeit von Kanthal® A-1-Draht bei 1200 °C (2190 °F) mit 100 % angegeben, und die Langlebigkeit der anderen Legierungen steht im Verhältnis zu diesem Wert.
Korrosionsbeständigkeit
Korrosive oder potenziell korrosive Bestandteile können die Lebensdauer der Drähte erheblich verkürzen. Schwitzende Hände, Montage- oder Trägermaterialien oder Verunreinigungen können zu Korrosion führen.
Dampf
Dampf verkürzt die Lebensdauer des Drahtes. Dieser Effekt ist bei Nikrothal®-Legierungen stärker ausgeprägt als bei Kanthal®-Legierungen.
Halogene
Halogene (Fluor, Chlor, Brom und Jod) greifen alle Hochtemperaturlegierungen bei relativ niedrigen Temperaturen stark an.
Schwefel
In schwefelhaltigen Atmosphären weisen Kanthal®-Legierungen eine deutlich bessere Langlebigkeit als Legierungen auf Nickel-Basis auf.
Kanthal® ist besonders stabil in oxidierenden, schwefelhaltigen Gasen, während reduzierende, schwefelhaltige Gase die Lebensdauer verkürzen.
Nikrothal®-Legierungen sind empfindlich gegenüber Schwefel.
Salze und Oxide
Die Salze von Alkalimetallen, Borverbindungen usw. sind in hohen Konzentrationen schädlich für Heizwiderstandslegierungen.
Metalle
Einige geschmolzene Metalle wie Zink, Messing, Aluminium und Kupfer reagieren mit den Widerstandslegierungen. Die Elemente sollten daher vor Spritzern geschmolzener Metalle geschützt werden.
Keramisches Trägermaterial
Besonderes Augenmerk muss auf die Keramikträger gelegt werden, die in direkten Kontakt mit dem Heizdraht kommen. Schamottesteine zur Drahtunterstützung sollten einen Aluminiumoxidgehalt von mindestens 45 % haben. Bei Hochtemperaturanwendungen wird häufig die Verwendung von Sillimanit- und Schamottesteinen mit hohem Aluminiumoxidgehalt empfohlen. Der Gehalt an freier Kieselsäure (ungebundener Quarz) sollte niedrig gehalten werden. Der Gehalt an Eisenoxid (Fe2O3) muss so gering wie möglich sein, vorzugsweise unter 1 %. Wasserglas als Bindemittel in Zementen ist zu vermeiden.
Einbettmassen
Die meisten Einbettmassen, einschließlich Keramikfasern, sind für Kanthal® und Nikrothal® geeignet, wenn sie aus Aluminiumoxid, Aluminiumsilikat, Magnesiumoxid oder Zirkon bestehen.
Maximale Drahttemperaturen als Funktion des Drahtdurchmessers bei Betrieb an der Luft
Legierung | Durchmesser | |||||||
0,15 – 0,40 mm | 0,0059 – 0,0157 in | 0,41 – 0,95 mm | 0,0161 – 0,0374 in | 1,0 – 3,0 mm | 0,039 – 0,18 in | >3,0 mm | >0,118 in | |
°C | °F | °C | °F | °C | °F | °C | °F | |
Kanthal® AF | 900 – 1100 | 1650 – 2010 | 1100 – 1225 | 2010 – 2240 | 1225 – 1275 | 2240 – 2330 | 1300 | 2370 |
Kanthal® A | 925 – 1050 | 1700 – 1920 | 1050 – 1175 | 1920 – 2150 | 1175 – 1250 | 2150 – 2280 | 1350 | 2460 |
Kanthal® AE | 950 – 1150 | 1740 – 2100 | 1150 – 1225 | 2100 – 2240 | 1225 – 1250 | 2240 – 2280 | 1300 | 2370 |
Kanthal® D | 925 – 1025 | 1700 – 1880 | 1025 – 1100 | 1880 – 2010 | 1100 – 1200 | 2010 – 2190 | 1300 | 2370 |
Nikrothal® 80 | 925 – 1000 | 1700 – 1830 | 1000 – 1075 | 1830 – 1970 | 1075 – 1150 | 1970 – 2100 | 1200 | 2190 |
Nikrothal® TE | 925 – 1000 | 1700 – 1830 | 1000 – 1075 | 1830 – 1970 | 1075 – 1150 | 1970 – 2100 | 1200 | 2190 |
Nikrothal® 60 | 900 – 950 | 1650 – 1740 | 950 – 1000 | 1740 – 1830 | 1000 – 1075 | 1830 – 1970 | 1150 | 2100 |
Nikrothal® 40 | 900 – 950 | 1650 – 1740 | 950 – 1000 | 1740 – 1830 | 1000 – 1050 | 1830 – 1920 | 1100 | 2010 |