铁铬铝电热合金表面绝缘及抗氧化机理研究

摘要

铁铬铝系电热合金具有电阻率高、电阻温度系数小、耐高温氧化、价格低廉等特点,是目前使用最广泛的金属电热元件材料之一。但在一些特定的场合,需要将其表面进行绝缘。本文以0Cr25A15为主要研究对象,分别采用直接氧化、液浸熔盐以及阳极氧化等方法制备了表面绝缘膜。同时,利用SEM、XRD、EDS等手段,测试和分析了表面绝缘膜的形貌、组成和形成机理。直接氧化过程中,考察了时间和温度对制备表面绝缘膜的影响规律。液浸熔盐制备过程中,考察了熔盐的时间对制备表面绝缘膜的影响规律。恒流阳极氧化法中,探讨了不同电流密度对制备表面绝缘膜的影响规律。
　　 结果表明:采用直接氧化法在1000℃条件下氧化72小时制备的绝缘膜表面致密、均匀,其电阻不低于2KΩ。表面有部分剥落现象,晶体主要是柱状晶。绝缘层几乎全部由氧,铝元素组成,各元素的质量比例随温度提高逐渐趋于稳定。表面绝缘层主要是θ-Al2O3和部分α-Al2O3。
　　 用液浸熔盐法在450℃不同时间进行氧化,其中氧化72h获得的表面绝缘膜效果最好,其电阻不低于20KΩ。随着氧化时间的延长,表面晶粒排列由混乱趋向于有序,晶粒排列紧密。表层以铬的氧化物和铝的氧化物为主,铬的氧化物主要是Cr2O3和Cr8O21构成,铝的氧化物主要是α-Al2O3。
　　 在恒流阳极氧化法制备的表面膜中,采用电流密度为0.4A/dm2获得的绝缘性能最好,电阻不低于15KΩ,表面较平整,裂纹和孔隙较少。表面绝缘膜主要由θ-Al2O3和Cr3O4构成,同时含有少量的铬铁尖晶石及α-Al2O3。
　　 总之,上述三种方法都可以在铁铬铝电热合金表面制备绝缘膜。液浸熔盐法制备的绝缘膜电阻最高,其表面成分中α-Al2O3含量也最多;阳极氧化法制备的绝缘膜电阻次之;直接氧化法制备的绝缘膜表面电阻最低。