るつぼ材料と溶融合金との界面反応は、合金の清浄度および介在物レベルを左右する重要な要因です。 Chen Guangyao ら（2024）の詳細な実験研究により、MgOるつぼがニッケル基超耐熱合金溶湯と接触した際に生じる界面反応機構が明らかにされています。

反応プロセス

• るつぼ内面には、残存MgO基材層と外側のAl₂O₃/MgAl₂O₄層からなる二層構造が形成される；
• Ni基合金の溶解時、MgOは溶解および分解し、放出された酸素が合金中のAlと反応してAl₂O₃を生成する；
• 生成したAl₂O₃はMgOマトリックスとさらに反応し、厚さ約80 μmのMgAl₂O₄スピネル層を形成する。

層構造の特性

• るつぼ内面には、残存MgO基材層と外側のAl₂O₃/MgAl₂O₄層からなる二層構造が形成される；
• SEMおよびXRD解析によりスピネル形成が確認され、溶湯中へ浮上するスラグ層が介在物となる可能性が示される。

利点 / プロセス制御

• 溶湯の浸透を抑制するため、るつぼの気孔率を可能な限り低減；
• 反応速度を制限するため、合金溶湯中のAl含有量を低減し、溶湯温度を1,550 °C以下に維持。

検証結果

標準るつぼと比較した場合、Weiert Ceramicsの設計は反応層の厚さを約45％低減し、浮遊スラグ由来の介在物量を約50％削減しました。顕微鏡観察において、溶湯表面は著しく清浄であることが確認されました。

まとめ

MgOるつぼとニッケル基超耐熱合金との界面反応は、るつぼ壁の安定化に寄与する一方で、合金汚染の要因ともなり得る二面性を有します。構造最適化およびコーティング技術により、Weiert Ceramicsのるつぼは、よりクリーンな界面と高い合金健全性を実現します。

参考文献 ：

• 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.