环境介质对电热合金的作用PPT课件

环境介质对电热合金的作用,1,.,2,.,含碳还原性气氛,电热合金在含碳强还原性气氛（如渗碳气氛、吸热式气氛、放热式气氛等）中使用时，气氛中CO会还原氧化膜中NiO，Fe2O4，(Ni,Fe,Cr)3O4，(Fe,Al)2O4，在更高温度下甚至可还原Cr2O3和Al2O3，从而破坏了氧化膜的致密结构和与基体结合，进一步产生渗碳反应，形成的碳化物会引起合金电阻值升高，塑性下降，表皮剥落，最终使用电热元件迅速失效。若要选用电热合金在含碳还原性气体中使用，应采用如下措施：电热元件应避免同气体介质接触，应当采用辐射管电热元件；电热元件应进行充分的预氧化处理，使表面形成足够厚度的氧化膜，以阻缓还原性气体的渗透；选择含有钇和硅元素、具有抗渗碳能力的电热合金材料。渗碳性气体介质应用于钢的渗碳处理是一种强还原性介质。渗碳气体可分为吸热型和放热型两种。渗碳处理温度一般为900-950，加热用的电热元件表面温度可达到1000-1100.进行渗碳处理时，电热元件应当同气体介质隔离开，否则电热元件会收到侵蚀。带有润滑剂未经清洗干净的零件或钢材，直接进入炉内进行热处理时，同样会因碳氢化合物分解而产生强还原气体，侵蚀电热元件。,3,.,含氢气气氛,高温下含氢气气氛（如纯氢气、氨分解气等）同电热元件接触后会产生一系列的物理化学作用。其一是，气氛中的氢会还原氧化中的NiO，Fe2O4，(Ni,Fe,Cr)3O4，(Fe,Al)2O4，在更高温度下甚至可还原Cr2O3和Al2O3；其二是，氢能使保护性氧化膜产生缺陷，然后从氧化膜缺陷处渗入合金内部并溶解其中，当温度下降时又从中析出。随着电热元件的加热与冷却，氢溶解和析出过程反复地进行，最终导致合金氧化膜开裂，内部产生大量细小裂纹，加速了电热元件的失效过程。含氢气气氛对电热合金有一定侵蚀作用，电热元件的使用寿命在纯氢中要略低于空气中。不同种类的电热合金的抗氢作用能力比较不同，在750以下区域使用时，镍铬和镍铬铁系合金比较好；中、高温区间使用时铁铬铝系合金更好，其中含钇的铁铬铝合金尤佳；在高纯度低露点氢气中，只有铁铬铝系合金可以使用，其最高使用温度为12001300，预氧化处理是提高合金抗氢气能力的重要措施，高铝的铁铬铝合金，经过充分的预氧化处理后可用于1400的纯氢气气氛中。,4,.,含氮气氛,纯氮气体主要用于热处理时的保护气体和渗氮处理介质，使用温度为7001100。氮对电热元件具有较大的侵蚀作用。高温下氮通过保护性氧化膜的缺陷处渗入合金内部同合金元素结合，形成氮化物。渗氮反应沿合金晶界进行，当沿晶界聚积大量AlN，CrN，Cr2N后会引起合金塑性下降，严重时电热元件产生脆断。电热合金的抗渗氮能力决定于氧化膜的致密性和合金的化学成分，后者占主导作用。镍铬和镍铬铁系合金的抗渗氮能力优于铁铬铝系合金，但高铬（Cr28%）镍铬合金的抗渗氮能力不如低铬合金。预氧化处理可以显著减少合金吸收氮量。铁铬铝系合金在纯氮气氛中的使用温度比在空气中低约250350，而镍铬和镍铬铁系合金则下降100150。合金元素形成氮化物的能力，取决于该元素同氮的亲和力。在800-1400范围中合金元素形成氮化物的能力排列如下:钛、锆、铝、硅、铬（依次减弱）镍和铁在高温下不会形成氮化物，主要形成氧化物，因此透过氧化膜进入合金内的氮主要同铝和铬进行渗氮反应。,5,.,含硫介质,在氧化性含硫介质中，流主要是以SO2形式存在，同时含有O2。这种气体介质在高温下同电热元件会发生腐蚀作用，由于合金的硫化速度远比氧化速度快，因此电热元件在含硫介质中很快被破坏。电热合金在氧化性含硫介质中使用时，都会发生程度不同的硫化反应并造成相应的腐蚀作用，因此，电热元件的使用温度比在空气中低200300。在还原性含硫介质中，硫是以S2、H2S等形态存在，同时还含有如CO、H2、C等化合物，在这种介质中，电热元件经受着还原和硫腐蚀双重作用。高温下保护性氧化膜首先被还原，为硫进入金属内部提供了条件。硫渗入合金内部，并同镍和铁等元素发生硫化反应，沿晶界析出低熔点硫化物和共晶物，从而导致电热元件失去强度而破断。在还原性含硫介质中，电热合金的耐腐蚀能力取决于保护性氧化膜的稳定性和合金元素与硫的亲和力这两个因素。,6,.,卤族元素,氟、氯、溴、碘四种元素对电热元件产生强烈的腐蚀作用，当卤族元素同电热元件接触后会产生“点状腐蚀”现象，其中氯尤其严重。因此电热元件在卤族介质中的使用温度远低于在空气中的使用温度，通常不超过500。铁铬铝合金由于含铝含量高，根本不能在含氯介质中使用。镍铬系合金允许应用于500以下干燥的含氯介质，镍铬铁系合金耐氯腐蚀性能低于镍铬系合金，一般较少使用。,7,.,真空气氛,真空下使用的电热元件处于高温、低压和低含氧量条件之下，电热元件的腐蚀情况不同于大气条件。真空下电热元件的破坏过程受氧化和挥发两个作用因素支配。选择在真空中加热用电热元件的首要因素是炉子的工作真空度，其次是工作温度。低真空度下使用时，所有的电热合金都可以把在空气中的使用温度应用到真空条件下，而且在真空中电热元件的使用寿命比空气中长。高真空度时，温度低于1200时只能选用镍铬合金，含有铁和铝的合金全都不能使用。镍铬和金的使用极限喂0.133Pa，1100，铁铬铝合金的使用极限为1.33Pa，1300。在高真空度下，当温度高于1300时，铁铬铝合金和镍铬合金都不能使用。,8,.,制陶炉气和耐火材料,采用电加热的制陶炉在加热过程中，自陶瓷及其釉料中会分解放出大量腐蚀性气体，这些气体对电热元件造成强烈的腐蚀，缩短了电热元件的使用寿命。为了防止气相腐蚀，要求电热合金应具有非常稳定的保护膜，采用含高铬、高铝的电热合金能满足此要求。在工业用电炉中，为了安装电热元件和防止它在高温下发生变形，需要使用耐火材料制成的依托和支承部件，也有些家用电器的电热元件直接埋在粉状氧化物中，这时电热合金表面直接同耐火材料接触，高温下将会发生物理化学反应，从而侵蚀电热元件，绝缘材料是减少热损失的重要材料，在特殊情况下，绝缘材料会与电热元件接触同样会危害电热元件。电热元件在高温下同与接触的耐火材料和绝缘材料间主要存在溶蚀作用和磨损作用，溶蚀作用又包括化学溶蚀和电溶蚀两种形式。,化学溶蚀作用：耐火材料和绝缘材料中的少量杂质，例如FeO、P2O3、B2O3、Na2O、K2O、V2O5等在高温下同电热元件表面氧化膜中的Al2O3、Cr2O3作用产生低熔点化合物，破坏氧化膜的保护作用，并侵蚀电热元件。为了避免发生溶蚀现象，严禁下列绝缘材料及其制品同电热元件在高温下接触：石棉、矿渣棉、硅藻土、珍珠岩、浮石、水玻璃、泡沫混凝土、玻璃纤维等。电溶蚀作用：电