تُعد التفاعلات البينية بين مادة البوتقة والمعدن المنصهر عاملاً حاسمًا في تحديد درجة نقاء السبيكة ومستويات الشوائب غير المعدنية. تُظهر الدراسات التجريبية التفصيلية التي أجراها Chen Guangyao وآخرون (2024) الآليات التي تحدث عند تلامس بوتقات MgO مع مصهور السبائك الفائقة القائمة على النيكل.

عمليات التفاعل

• صهر النيكل النقي: يُظهر بوتق MgO قابلية ترطيب جيدة مع تفاعل محدود للغاية؛
• صهر السبائك القائمة على النيكل: يذوب MgO ويتحلل مطلقًا الأكسجين، والذي يتفاعل مع الألمنيوم في السبيكة لتكوين Al₂O₃؛
• يتفاعل Al₂O₃ المتكوّن لاحقًا مع مصفوفة MgO مكوّنًا طبقة سبينل MgAl₂O₄ بسماكة تقارب 80 ميكرومتر.

خصائص الطبقات

• يتشكل على السطح الداخلي للبوتقة تركيب ثنائي الطبقات يتكون من ركيزة MgO متبقية وطبقة خارجية من Al₂O₃/MgAl₂O₄؛
• تؤكد تحاليل SEM وXRD تكوّن السبينل، كما تكشف عن طبقات خبث تطفو داخل المصهور وقد تتحول إلى شوائب.

المزايا / التحكم في العملية

• تقليل مسامية البوتقة قدر الإمكان للحد من تغلغل المصهور؛
• خفض محتوى الألمنيوم في المصهور والحفاظ على درجة حرارة المصهور ≤1,550 °C للحد من حركيات التفاعل.

نتائج التحقق

بالمقارنة مع البوتقات القياسية، أدى تصميم Weiert Ceramics إلى تقليل سماكة طبقة التفاعل بنحو 45٪، وخفض محتوى شوائب الخبث الطافي بنسبة تقارب 50٪. وأظهرت الملاحظات المجهرية أن سطح المصهور أصبح أنظف بشكل ملحوظ.

الخلاصة

يمثل التفاعل البيني بين بوتقات MgO والسبائك الفائقة القائمة على النيكل ظاهرة ذات وجهين؛ إذ يمكن أن يساهم في استقرار جدار البوتقة، وفي الوقت نفسه قد يؤدي إلى تلوث السبيكة. ومن خلال تحسين البنية واستخدام الطلاءات المناسبة، توفر بوتقات Weiert Ceramics واجهة تلامس أنظف وسلامة أعلى للسبيكة.

المراجع：

• Chen Guangyao et al., Interface Reaction Mechanism between MgO Crucible and Ni-Based Superalloy, Journal of the Chinese Ceramic Society, 2024.
• Yan Jing, Vacuum Induction Melting of BY-Series Deformation Nickel-Based Superalloy: Loss Mechanisms of MgO Crucibles, Journal of Large-Scale Forgings & Presses, 2024.
• Wang Hailu, Microstructure and Mechanisms of Corundum–Mullite Refractories and their Interaction with Nickel-Based Superalloys, PhD Thesis, Wuhan University of Science & Technology, 2024.