কান্থাল এএফ অ্যালয় ৮৩৭ রেজিস্টোম অ্যালক্রোম ওয়াই ফেক্রাল অ্যালয়

কান্থাল এএফ হলো একটি ফেরিটিক আয়রন-ক্রোমিয়াম-অ্যালুমিনিয়াম সংকর ধাতু (FeCrAl সংকর ধাতু) যা ১৩০০°C (২৩৭০°F) পর্যন্ত তাপমাত্রায় ব্যবহারের জন্য উপযুক্ত। এই সংকর ধাতুটির বৈশিষ্ট্য হলো এর চমৎকার জারণ প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং খুব ভালো আকৃতিগত স্থিতিশীলতা, যার ফলে এর উপাদানগুলোর আয়ুষ্কাল দীর্ঘ হয়।

কান-থাল এএফ সাধারণত শিল্প চুল্লি এবং গৃহস্থালী যন্ত্রপাতির বৈদ্যুতিক হিটিং এলিমেন্টে ব্যবহৃত হয়।

অ্যাপ্লায়েন্স শিল্পে এর প্রয়োগের উদাহরণ হলো টোস্টার ও হেয়ার ড্রায়ারের জন্য ওপেন মাইকা এলিমেন্ট, ফ্যান হিটারের জন্য মিয়ান্ডার আকৃতির এলিমেন্ট, রেঞ্জের সিরামিক গ্লাস টপ হিটারে ফাইবার ইনসুলেটিং উপাদানের উপর ওপেন কয়েল এলিমেন্ট, বয়েলিং প্লেটের জন্য সিরামিক হিটার, সিরামিক হবসহ কুকিং প্লেটের জন্য মোল্ডেড সিরামিক ফাইবারের উপর কয়েল, ফ্যান হিটারের জন্য সাসপেন্ডেড কয়েল এলিমেন্ট, রেডিয়েটর ও কনভেকশন হিটারের জন্য সাসপেন্ডেড স্ট্রেইট ওয়্যার এলিমেন্ট এবং হট এয়ার গান, রেডিয়েটর ও টাম্বল ড্রায়ারের জন্য পোরকুপাইন এলিমেন্ট।

সারসংক্ষেপ বর্তমান গবেষণায়, ৯০০ °C এবং ১২০০ °C তাপমাত্রায় নাইট্রোজেন গ্যাসে (4.6) অ্যানিলিং করার সময় বাণিজ্যিক FeCrAl সংকর ধাতু (Kanthal AF)-এর ক্ষয় প্রক্রিয়া বর্ণনা করা হয়েছে। বিভিন্ন মোট এক্সপোজার সময়, উত্তাপের হার এবং অ্যানিলিং তাপমাত্রা ব্যবহার করে আইসোথার্মাল এবং থার্মো-সাইক্লিক পরীক্ষা করা হয়েছিল। থার্মোগ্র্যাভিমেট্রিক বিশ্লেষণের মাধ্যমে বায়ু এবং নাইট্রোজেন গ্যাসে জারণ পরীক্ষা করা হয়েছিল। স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (SEM-EDX), অগার ইলেকট্রন স্পেকট্রোস্কোপি (AES), এবং ফোকাসড আয়ন বিম (FIB-EDX) বিশ্লেষণের মাধ্যমে অণুসজ্জার বৈশিষ্ট্য নির্ণয় করা হয়েছে। ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, ক্ষয়ের অগ্রগতি ঘটে AlN ফেজ কণা দ্বারা গঠিত স্থানীয় উপপৃষ্ঠ নাইট্রাইডেশন অঞ্চলের গঠনের মাধ্যমে, যা অ্যালুমিনিয়ামের সক্রিয়তা হ্রাস করে এবং ভঙ্গুরতা ও খসে পড়ার কারণ হয়। Al-নাইট্রাইড গঠন এবং Al-অক্সাইড স্কেল বৃদ্ধির প্রক্রিয়া অ্যানিলিং তাপমাত্রা এবং উত্তাপের হারের উপর নির্ভর করে। দেখা গেছে যে, কম অক্সিজেন আংশিক চাপযুক্ত নাইট্রোজেন গ্যাসে অ্যানিলিং করার সময় FeCrAl সংকর ধাতুর জারণের চেয়ে নাইট্রাইডেশন একটি দ্রুততর প্রক্রিয়া এবং এটিই সংকর ধাতুটির অবক্ষয়ের প্রধান কারণ।

ভূমিকা FeCrAl – ভিত্তিক সংকর ধাতু (Kanthal AF ®) উচ্চ তাপমাত্রায় তাদের উন্নত জারণ প্রতিরোধের জন্য সুপরিচিত। এই চমৎকার বৈশিষ্ট্যটি পৃষ্ঠে তাপগতীয়ভাবে স্থিতিশীল অ্যালুমিনা স্কেল গঠনের সাথে সম্পর্কিত, যা উপাদানটিকে আরও জারণের বিরুদ্ধে সুরক্ষা দেয় [1]। উন্নত ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা থাকা সত্ত্বেও, FeCrAl – ভিত্তিক সংকর ধাতু থেকে তৈরি উপাদানগুলির আয়ু সীমিত হতে পারে যদি অংশগুলি ঘন ঘন উচ্চ তাপমাত্রায় তাপীয় চক্রের সংস্পর্শে আসে [2]। এর একটি কারণ হল, বারবার তাপ-আঘাতের ফলে ফাটল ধরা এবং অ্যালুমিনা স্কেলের পুনর্গঠনের কারণে, স্কেল গঠনকারী উপাদান, অ্যালুমিনিয়াম, উপপৃষ্ঠের অঞ্চলে সংকর ধাতুর ম্যাট্রিক্সে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। যদি অবশিষ্ট অ্যালুমিনিয়ামের পরিমাণ সংকট ঘনত্বের নিচে নেমে যায়, তবে সংকর ধাতু আর প্রতিরক্ষামূলক স্কেল পুনর্গঠন করতে পারে না, যার ফলে দ্রুত বর্ধনশীল লোহা-ভিত্তিক এবং ক্রোমিয়াম-ভিত্তিক অক্সাইড গঠনের মাধ্যমে একটি বিপর্যয়কর ব্রেকঅ্যাওয়ে জারণ ঘটে [3,4]। পারিপার্শ্বিক বায়ুমণ্ডল এবং পৃষ্ঠের অক্সাইডের ভেদ্যতার উপর নির্ভর করে, এটি আরও অভ্যন্তরীণ জারণ বা নাইট্রাইডেশন এবং উপপৃষ্ঠ অঞ্চলে অবাঞ্ছিত দশা গঠনে সহায়তা করতে পারে [5]। হান এবং ইয়ং দেখিয়েছেন যে অ্যালুমিনা স্কেল গঠনকারী Ni Cr Al সংকর ধাতুগুলিতে, বায়ুমণ্ডলে উচ্চ তাপমাত্রায় তাপীয় চক্রের সময় অভ্যন্তরীণ জারণ এবং নাইট্রাইডেশনের একটি জটিল প্যাটার্ন তৈরি হয় [6,7], বিশেষ করে সেইসব সংকর ধাতুতে যেগুলিতে Al এবং Ti-এর মতো শক্তিশালী নাইট্রাইড গঠনকারী পদার্থ থাকে [4]। ক্রোমিয়াম অক্সাইড স্কেল নাইট্রোজেন ভেদ্য বলে পরিচিত, এবং Cr2N হয় একটি উপ-স্কেল স্তর হিসাবে অথবা অভ্যন্তরীণ অধঃক্ষেপ হিসাবে গঠিত হয় [8,9]। এই প্রভাব তাপীয় চক্রের পরিস্থিতিতে আরও গুরুতর হতে পারে বলে আশা করা যায়, যা অক্সাইড স্কেলে ফাটল ধরায় এবং নাইট্রোজেনের প্রতিবন্ধক হিসাবে এর কার্যকারিতা হ্রাস করে [6]। সুতরাং, ক্ষয় আচরণ জারণ এবং নাইট্রোজেন প্রবেশের মধ্যে প্রতিযোগিতার দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। জারণ প্রতিরক্ষামূলক অ্যালুমিনা গঠন/রক্ষণাবেক্ষণে সাহায্য করে, আর নাইট্রোজেন প্রবেশ AlN ফেজ গঠনের মাধ্যমে সংকর ধাতুর ম্যাট্রিক্সের অভ্যন্তরীণ নাইট্রাইডেশন ঘটায় [6,10], যা সংকর ধাতুর ম্যাট্রিক্সের তুলনায় AlN ফেজের উচ্চতর তাপীয় প্রসারণের কারণে ঐ অঞ্চলের খণ্ডবিখণ্ড হওয়ার দিকে পরিচালিত করে [9]। যখন FeCrAl সংকর ধাতুগুলিকে অক্সিজেন বা অন্যান্য অক্সিজেন দাতা যেমন H2O বা CO2 যুক্ত পরিবেশে উচ্চ তাপমাত্রায় উন্মুক্ত করা হয়, তখন জারণই প্রধান বিক্রিয়া হয়ে ওঠে এবং অ্যালুমিনা স্কেল গঠিত হয়, যা উচ্চ তাপমাত্রায় অক্সিজেন বা নাইট্রোজেনের জন্য অভেদ্য এবং সংকর ধাতুর ম্যাট্রিক্সে তাদের অনুপ্রবেশের বিরুদ্ধে সুরক্ষা প্রদান করে। কিন্তু, যদি বিজারণ পরিবেশে (N2+H2) উন্মুক্ত করা হয় এবং প্রতিরক্ষামূলক অ্যালুমিনা স্কেলে ফাটল ধরে, তাহলে অ-প্রতিরক্ষামূলক Cr এবং ফেরাই সমৃদ্ধ অক্সাইড গঠনের মাধ্যমে একটি স্থানীয় ব্রেকঅ্যাওয়ে জারণ শুরু হয়, যা ফেরাইটিক ম্যাট্রিক্সে নাইট্রোজেন ব্যাপনের জন্য একটি অনুকূল পথ তৈরি করে এবং AlN ফেজ গঠন করে [9]। প্রতিরক্ষামূলক (4.6) নাইট্রোজেন পরিবেশ প্রায়শই FeCrAl সংকর ধাতুগুলির শিল্প প্রয়োগে ব্যবহার করা হয়। উদাহরণস্বরূপ, তাপ প্রক্রিয়াকরণ চুল্লিতে প্রতিরক্ষামূলক নাইট্রোজেন পরিবেশযুক্ত রেজিস্ট্যান্স হিটারগুলি এই ধরনের পরিবেশে FeCrAl সংকর ধাতুগুলির ব্যাপক প্রয়োগের একটি উদাহরণ। লেখকরা রিপোর্ট করেছেন যে কম অক্সিজেন আংশিক চাপযুক্ত পরিবেশে অ্যানিলিং করার সময় FeCrAlY সংকর ধাতুগুলির জারণের হার উল্লেখযোগ্যভাবে ধীর হয় [11]। এই গবেষণার উদ্দেশ্য ছিল এটি নির্ধারণ করা যে (99.996%) নাইট্রোজেন (4.6) গ্যাসে (মেসার® স্পেক. অশুদ্ধির মাত্রা O2 + H2O < 10 ppm) অ্যানিলিং করা হলে তা FeCrAl সংকর ধাতু (ক্যান্থাল AF)-এর ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতাকে প্রভাবিত করে কিনা এবং এটি অ্যানিলিং তাপমাত্রা, এর পরিবর্তন (থার্মাল-সাইক্লিং) এবং উত্তাপন হারের উপর কতটা নির্ভর করে।