Le reazioni interfaciali tra il materiale del crogiolo e la lega fusa sono un fattore chiave nella determinazione della pulizia della lega e del livello di inclusioni. Gli esperimenti dettagliati condotti da Chen Guangyao et al. (2024) chiariscono i meccanismi che si verificano quando i crogioli in MgO entrano in contatto con superleghe a base di nichel allo stato fuso.

Processi di reazione

• Fusione di Ni puro: il crogiolo in MgO mostra principalmente una buona bagnabilità, con reazioni minime;
• Fusione di leghe a base di Ni: il MgO si dissolve e si decompone rilasciando ossigeno, che reagisce con l’Al della lega formando Al₂O₃;
• L’Al₂O₃ formatosi reagisce ulteriormente con la matrice di MgO, formando uno strato di spinello MgAl₂O₄ di circa 80 μm di spessore.

Caratteristiche degli strati

• La superficie interna del crogiolo sviluppa una struttura a doppio strato: substrato di MgO residuo e strato esterno Al₂O₃/MgAl₂O₄;
• Le analisi SEM e XRD confermano la formazione dello spinello e mostrano strati di scoria che possono galleggiare nel fuso e diventare inclusioni.

Vantaggi / controllo di processo

• Riduzione della porosità del crogiolo per limitare l’infiltrazione del metallo fuso;
• Riduzione del contenuto di Al nel bagno fuso e mantenimento della temperatura ≤1.550 °C per limitare la cinetica di reazione.

Risultati di validazione

Rispetto ai crogioli standard, il design di Weiert Ceramics ha ridotto lo spessore dello strato di reazione di circa il 45 % e diminuito il contenuto di inclusioni di scoria flottante di circa il 50 %. L’osservazione microscopica ha evidenziato una superficie del fuso significativamente più pulita.

Sintesi

La reazione interfaciale tra i crogioli in MgO e le superleghe a base di nichel rappresenta un fenomeno a doppio effetto: può stabilizzare la parete del crogiolo ma anche contaminare la lega. Grazie a una struttura ottimizzata e a rivestimenti adeguati, i crogioli Weiert Ceramics garantiscono un’interfaccia più pulita e una maggiore integrità della lega.

Riferimenti bibliografici：

• 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.