分享 | 合金电热材料的化学特性

01  预先氧化处理

元件在使用中，若被加热物体不会散发出对合金电热材料不利的气体，可不必进行预先氧化处理；如果散发出对合金电热材料不利的气体，最好进行预先氧化处理或交替地进行氧化处理，使合金电热材料表面呈浅灰色，主要成分是氧化铝。纯镍铬电热合金的氧化膜呈墨绿色，主要成分是氧化铬。这种纯的氧化膜的组织致密而且熔点很高，它紧密地附着在合金电热材料的基体上，起到保护作用。

合金电热元件表面生成的氧化膜与合金电热元件基体的线胀系数不完全一致，急剧地升温或冷却都会使致密的氧化膜产生裂纹以至脱落，而起不到应有的保护作用。

预先氧化处理是将安装完毕的合金电热元件在干燥过的电阻炉内通电加热，使合金电热材料表面温度低于其最高使用温度100~200℃，保温7一10h，然后随炉缓慢冷却即可，如0Cr25Al5合金电热元件可在105℃进行。

02  炉内气氛

炉内气氛对合金电热材料是否有利，是有关电热合金材料使用寿命的极为重要的因素。

①干燥空气和纯氧。铁铬铝和镍铬合金电热材料在干燥空气中使用最能抗氧化；纯氧对它们没有害处。

②含硫气体。某些气体中常常有含硫的杂质，还有筑炉用的某些材料及被加热工件带入炉内的油等也产生硫的污染。在镍铬合金电热元件中，镍含量越高则越亲硫。在高温和含硫的气氛中使用，元件表面通过生成硫化物产生熔融区，硫通过这个熔融区更多地渗入合金内部。因为熔融区抵抗硫及其化合物侵蚀的能力很弱，奥氏体晶界逐渐被硫化物占据，直到最后生成低熔点相。

③氮气。铁铬合金电热元件直接暴露在氮气中使用，其寿命比在空气中使用要短，这是因为铁铬合金中主要的元素铬和铝与氮的亲和力很强，正如镍与硫的亲和力很强一样。高温时在饱和的氮气中使用，氧化膜保护层被破坏而生成氧化物，同时还使合金内部的铝分离出来，生成氮化物。

④CO和CO2。在含碳气氛中，镍铬和铁铬铝合金电热元件如果使用温度不高，元件表面上纯的氧化膜保护层在一段时间内是能够阻止碳化的。随着使用温度的升高，在某一温度范围内，镍铬元件的稳定性突然下降，铁铬铝元件的稳定性虽然也下降，但不是突然的。稳定性下降的现象说明元件表面纯氧化膜保护层逐渐遭到破坏，碳渗入生成了某些碳化物。不管这些碳化物是沉淀在晶界上，还是沉淀在晶体内部，都是有害的。

由于这些碳化物的共晶熔点比较低，如果继续使用，元件有可能被熔断；即使尚未熔断，碳化或再氧化也会交替进行，使沉淀在晶体内部的碳化物变为氧化物（如一氧化碳）逸出，元件基体的紧密组织因遭到破坏而产生裂缝。若在元件表面涂覆对元件无损害的高温无机涂层，使之牢固地黏附在元件表面上，起到比元件本身生成的纯氧化膜保护层更为有效的保护作用，则可阻止材料的碳化。

03 盐类和搪瓷

铁铬铝和镍铬合金电热材料如果直接接触碱金属的盐类、卤族盐类、硝酸盐、硅酸盐、硼酸盐和碳酸盐等是有害的，因为这些盐类在不同程度上干扰元件表面氧化膜保护层的生成。铁铬铝电热合金在常态时接触水溶性盐类（如食盐），也能引起腐蚀。

搪瓷常含有害的化合物，它们通过蒸汽和飞溅腐蚀合金电热元件，影响元件的正常使用寿命

04  金属和金属氧化物

某些熔化的金属及其金属蒸汽，如铜、锌、锡和铝等，能够破坏合金电热材料表面的氧化膜，严重地侵蚀合金电热材料。

合金电热元件与一系列重金属氧化物直接接触都是不利的，因为它们之间能生成低熔点的氧化混合物，俗称“灾难性的氧化”。

05 耐火材料

一般情况下，合金电热材料在电热器内避免不了与耐火材料接触，因此，在选择耐火材料的时候，不仅要考虑它的耐温性能，而且要考虑它的化学成分在某一温度使用时与电热合金有无化学反应。特别是在高温下使用时，这一点更为重要。

如果只注意前者而忽视后者，那么合金电热材料在使用过程中氧化膜有可能被破坏，元件表面受到腐蚀，严重地影响合金电热材料的正常使用寿命。对于那些封闭性的合金电热元件，一是缺氧的缘故不能生成足够纯的氧化膜；二是元件产生的热量不能及时散发出来，温度逐渐升高；三是材料表面接触耐火材料面积较大。由于这3个主要原因，一旦耐火材料选用不当，便加剧了这一破坏过程。

铁铬铝合金电热材料在低温使用时，可以采用黏土质搁丝砖。工作温度≤1150℃时，应采用高铝质搁丝砖。更高的使用温度应当选用较纯的氧化铝制品。

一般情况下，镍铬合金电热材料不受上述材料的限制，采用黏土质的搁丝砖即可。

合金电热材料在高温使用及与绝缘物如石棉、矿渣棉、水玻璃等直接接触都是有害的；掉落在元件上的氧化铁皮也应及时清除，以免影响元件的正常使用寿命。

在电热元件安装完毕并正式使用前，要充分进行烘烤，以彻底除去水分。水不仅会腐蚀电热元件，而且会影响加热工件的质量。