Les réactions interfaciales entre le matériau du creuset et l’alliage fondu jouent un rôle déterminant dans la propreté de l’alliage et le niveau d’inclusions. Les expériences détaillées menées par Chen Guangyao et al. (2024) mettent en lumière les mécanismes se produisant lors du contact entre les creusets en MgO et les bains fondus de superalliages à base de nickel.

Processus de réaction

• Fusion du Ni pur : le creuset en MgO présente principalement une bonne mouillabilité avec peu de réactions;
• Fusion d’alliages à base de Ni : le MgO se dissout et se décompose en libérant de l’oxygène, lequel réagit avec l’Al de l’alliage pour former de l’Al₂O₃;
• L’Al₂O₃ formé réagit ensuite avec la matrice de MgO pour former une couche de spinelle MgAl₂O₄ d’environ 80 μm d’épaisseur.

Caractéristiques des couches

• La surface interne du creuset développe une structure bicouche composée d’un substrat MgO résiduel et d’une couche externe Al₂O₃/MgAl₂O₄;
• Les analyses SEM et XRD confirment la formation de spinelle et mettent en évidence des couches de laitier flottant dans le bain fondu, susceptibles de devenir des inclusions.

Avantages / maîtrise du procédé

• Réduction maximale de la porosité du creuset afin de limiter l’infiltration du métal fondu;
• Diminution de la teneur en Al dans le bain et maintien de la température de fusion ≤1 550 °C pour restreindre la cinétique de réaction.

Résultats de validation

Par rapport aux creusets standards, la conception de Weiert Ceramics a permis de réduire l’épaisseur de la couche de réaction d’environ 45 % et de diminuer la teneur en inclusions de laitier flottant d’environ 50 %. Les observations microscopiques ont montré une surface de bain nettement plus propre.

Synthèse

La réaction interfaciale entre les creusets en MgO et les superalliages à base de nickel constitue un phénomène à double tranchant : elle peut stabiliser la paroi du creuset tout en risquant de contaminer l’alliage. Grâce à une structure affinée et à des revêtements adaptés, les creusets Weiert Ceramics offrent une interface plus propre et une meilleure intégrité de l’alliage.

Références：

• 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.