Problém uvolňování kyslíku z MgO kelímků při indukčním tavení

Při výrobě superslitin na bázi niklu je vakuové indukční tavení (VIM) zásadním procesem. Často opomíjeným problémem však je, že samotný MgO kelímek může působit jako nechtěný zdroj kyslíku.

Fenomén uvolňování kyslíku

Dřívější studie (e.g., Wu Chaowan 1964) ukázaly, že během vakuového indukčního tavení (VIM) čistého železa může stěna kelímku uvolňovat kyslík do taveniny, což vede k opětovnému zvýšení obsahu kyslíku v kovu po počáteční redukci. Nedávný výzkum (Li et al., 2024) potvrzuje, že i vysoce čisté MgO kelímky mohou za podmínek vysokého vakua a vysoké teploty podléhat mírnému rozkladu (MgO(s) ⇌ Mg(g) + ½ O₂(g)).

Dopad na kvalitu odlitku

• V taveninách čistého niklu obsah kyslíku zpočátku klesá, poté se však znovu zvyšuje;
• U slitin na bázi niklu může zvýšený obsah kyslíku vést ke vzniku vměstků Al₂O₃, čímž se snižuje creepová odolnost a tahové vlastnosti;
• Tyto vměstky zhoršují dlouhodobý výkon a spolehlivost slitiny.

Technická kontrolní strategie společnosti Weiert Ceramics

• Použití ultravysoce čistých surovin MgO (≥99,7 %) za účelem minimalizace vnitřních zdrojů kyslíku;
• Přísná kontrola vakuových podmínek a udržování teploty taveniny přibližně na 1.550 °C.

Ověření a výsledky

V porovnávacích zkouškách snížily upravené kelímky Weiert Ceramics obsah kyslíku v tavenině z přibližně 3,2 × 10⁻⁶ na zhruba 1,4 × 10⁻⁶, přičemž rychlost přívodu kyslíku byla snížena asi o 60 %.

Shrnutí

Přísun kyslíku z kelímků představuje skrytý zdroj kontaminace. Použitím vysoce čistých materiálů a ochranných povlaků nabízí Weiert Ceramics pokročilá řešení kelímků, která umožňují vyšší čistotu slitiny a lepší opakovatelnost procesu.

Reference：

• Wu Chaowan, Studies on MgO Crucible in Vacuum Induction Furnace for Pure Iron Melting, Acta Metallurgica Sinica, 1964.
• Li Xu-Ze et al., Deoxidation of Nickel-Based Superalloy Using Carbon under High Vacuum Considering MgO-Crucible Decomposition, Metallurgical & Materials Transactions B, 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.