L'oxidació destrueix els escalfadors des de dins. El cable de resistència d'un escalfador de cartutx de 28 mm funciona a 700-900 graus en aplicacions-d'alt rendiment-típiques on els metalls reaccionen ràpidament amb l'oxigen atmosfèric. Es forma escala d'òxid, consumint metall base, augmentant la resistència elèctrica i, finalment, provocant una fallada en circuit obert. Entendre i controlar aquesta química distingeix els escalfadors que duren mesos dels que sobreviuen anys.
El procés d'oxidació segueix una cinètica parabòlica a temperatures moderades-el gruix de l'òxid augmenta amb l'arrel quadrada del temps. Però a mesura que la temperatura s'acosta als límits del material, la cinètica s'accelera de manera exponencial. Un augment de 50 graus prop de la temperatura crítica pot duplicar la taxa d'oxidació. Aquesta sensibilitat no-lineal fa que el control de la temperatura sigui l'estratègia principal de gestió de l'oxidació.
La composició de l'aliatge determina fonamentalment la resistència a l'oxidació. El contingut de crom superior al 12% en els acers inoxidables forma una escala protectora de Cr₂O₃ que frena l'oxidació addicional. El crom més elevat, i les addicions d'alumini o silici que formen òxids encara més estables, milloren la protecció. Els aliatges de base de níquel-com l'Inconel obtenen la resistència a l'oxidació de les escales de Cr₂O₃ i NiO amb una millor adherència i auto-curació que les alternatives de base-de ferro.
Les addicions d'elements de terres rares-ittri, ceri, lantà-milloren dràsticament l'adhesió de l'escala. Aquests "elements reactius" se separen a escala-interfícies metàl·liques, evitant l'espal·lació durant el cicle tèrmic. Per als escalfadors de 28 mm en aplicacions amb canvis de temperatura freqüents, aquesta adhesió millorada pot allargar la vida útil 2-3 vegades en comparació amb aliatges similars sense addicions d'elements reactius.
Segons la investigació sobre corrosió a -alta temperatura, la transició de l'oxidació protectora a l'oxidació no protectora-de ruptura-es produeix quan l'estrès del creixement de l'escala supera la força d'adhesió o quan el metall subjacent no pot proporcionar prou crom per mantenir la composició protectora. Per als escalfadors de 28 mm, aquesta transició marca el final de la vida útil; el seguiment del seu enfocament permet la substitució predictiva.
La composició atmosfèrica afecta l'oxidació més enllà del simple contingut d'oxigen. El vapor d'aigua accelera l'evaporació de l'escala de cromia com a CrO₂(OH)₂ volàtil, augmentant significativament les taxes d'oxidació en ambients que contenen-vapor. Els compostos de diòxid de carboni i sofre modifiquen la química de l'escala i les taxes de creixement. El buit o les atmosferes inerts eliminen l'oxidació, però poden permetre altres mecanismes de degradació com l'evaporació o la contaminació.
L'oxidació interna presenta preocupacions especials per al cable de resistència de l'escalfador de 28 mm. L'oxigen que penetra al llarg dels límits del gra reacciona amb els elements reactius de l'aliatge, formant partícules internes d'òxid que fragilitzen i debiliten el material. Els diàmetres de fils fins a les bobines de l'escalfador són especialment vulnerables. El disseny d'aliatge equilibra la resistència a l'oxidació amb la susceptibilitat als atacs interns.
Els recobriments protectors proporcionen barreres addicionals. Els recobriments d'aluminur o de siliciura formats per cimentació de paquets o deposició química de vapor creen capes externes amb una resistència a l'oxidació superior. Aquestes capes de sacrifici allargan la vida del metall bàsic però finalment es consumeixen. El gruix del recobriment i l'estratègia de reaplicació han de coincidir amb la vida útil esperada.
La preparació de la superfície afecta el comportament d'oxidació inicial. La contaminació dels lubricants de mecanitzat, les empremtes dactilars o l'exposició atmosfèrica pot provocar l'inici de l'oxidació irregular. El muntatge net i l'escalfament inicial controlat-potser en una atmosfera protectora-estableixen una escala de protecció uniforme que persisteix durant el servei.
La supervisió de la temperatura de funcionament amb-termoparells integrats permet la gestió de l'oxidació. El seguiment de les temperatures màximes i el temps acumulat a la temperatura admet l'estimació de la vida restant. L'operació ocasional per sobre dels límits de disseny-desbordament d'inici, alteració del procés, mal funcionament del control-poden consumir una vida útil desproporcionada; el registre de dades captura aquests esdeveniments per analitzar-los.
La química del control de l'oxidació representa una part important del cost de desenvolupament d'aliatges avançats per a escalfadors de 28 mm. Materials de primera qualitat amb composició i processament optimitzats comencen un preu superior al 50-100% respecte als graus estàndard. En contra del cost de la substitució freqüent, la interrupció de la producció i els possibles problemes de qualitat dels escalfadors degradats, aquesta inversió normalment retorna ràpidament en aplicacions exigents.
