誘導溶解におけるMgOるつぼの酸素供給に関する課題

ニッケル基超耐熱合金の製造において、真空誘導溶解（VIM）プロセスは極めて重要です。しかし、MgOるつぼ自体が意図せず酸素供給源となり得る点は、十分に認識されていない課題の一つです。

酸素供給現象

先行研究（e.g., Wu Chaowan 1964）では、純鉄の真空誘導溶解（VIM）過程において、るつぼ壁から溶湯中へ酸素が放出され、初期の脱酸後に金属中の酸素濃度が再上昇する可能性が示されています。 近年の研究（Li et al., 2024）により、高純度MgOるつぼであっても高真空・高温条件下では微小な分解が生じ得ることが確認されており、その反応は MgO(s) ⇌ Mg(g) + ½ O₂(g) と表されます。

鋳造品質への影響

• 純ニッケル溶湯では、酸素濃度が一旦低下した後、再び上昇する傾向が見られる；
• ニッケル基合金では、酸素増加によりAl₂O₃介在物が生成し、クリープ耐性および引張特性が低下する；
• これらの介在物は、合金の長期性能および信頼性を損なう。

Weiert Ceramicsの技術的制御戦略

• 内部酸素源を最小化するため、超高純度MgO原料（≥99.7%）を使用；
• 厳格な真空制御の下で、溶湯温度を約1,550 °Cに維持

検証および結果

比較試験において、Weiert Ceramicsの改良型るつぼは溶湯中の酸素濃度を約3.2 × 10⁻⁶から約1.4 × 10⁻⁶へ低減し、酸素供給率を約60%削減しました。

まとめ

るつぼからの酸素供給は潜在的な汚染源です。高純度材料と保護コーティングを採用することで、Weiert Ceramicsは合金純度の向上およびプロセス再現性を実現する先進的なるつぼソリューションを提供します。

参考文献 ：

• 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.