유도 용해 공정에서 MgO 도가니의 산소 공급 문제

니켈 기반 초내열합금 생산에서 진공 유도 용해(VIM) 공정은 핵심적인 역할을 합니다. 그러나 종종 간과되는 문제 중 하나는 MgO 도가니 자체가 의도치 않은 산소 공급원으로 작용할 수 있다는 점입니다.

산소 공급 현상

이전 연구(e.g., Wu Chaowan 1964)에 따르면, 순철의 진공 유도 용해(VIM) 과정에서 도가니 벽이 용탕으로 산소를 방출할 수 있으며, 이로 인해 초기 탈산 이후 금속 내 산소 함량이 다시 증가할 수 있음이 보고되었습니다. 최근 연구(Li et al., 2024)는 고순도 MgO 도가니 역시 고진공 및 고온 조건에서 미세한 분해가 발생할 수 있음을 확인하였으며, 그 반응은 다음과 같이 표현됩니다: MgO(s) ⇌ Mg(g) + ½ O₂(g).

주조 품질에 미치는 영향

• 순수 니켈 용탕에서는 산소 농도가 초기에는 감소하나 이후 다시 증가함;
• 니켈 기반 합금에서는 산소 증가로 인해 Al₂O₃ 개재물이 형성되어 크리프 저항 및 인장 특성이 저하될 수 있음;
• 이러한 개재물은 합금의 장기 성능과 신뢰성을 저하시킴.

Weiert Ceramics의 기술적 제어 전략

• 내부 산소 공급원을 최소화하기 위해 초고순도 MgO 원료(≥99.7%) 사용;
• 엄격한 진공 조건 제어 및 용탕 온도 약 1,550 °C로 유지.

검증 및 결과

비교 시험 결과, Weiert Ceramics의 개량된 도가니는 용탕 내 산소 함량을 약 3.2 × 10⁻⁶에서 약 1.4 × 10⁻⁶으로 감소시켰으며, 산소 공급률은 약 60% 저감되었습니다.

요약

도가니로부터의 산소 공급은 잠재적인 오염원입니다. 고순도 재료와 보호 코팅을 적용함으로써, Weiert Ceramics는 합금 순도 향상과 공정 재현성을 가능하게 하는 고급 도가니 솔루션을 제공합니다.

참고문헌：

• 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.