Chen Guangyao 외 연구진(2024)의 상세한 실험 연구는 MgO 도가니가 니켈 기반 초내열합금 용탕과 접촉할 때 발생하는 계면 반응 메커니즘을 명확히 규명하고 있습니다.

반응 과정

• 순수 Ni 용해: MgO 도가니는 주로 양호한 젖음성을 보이며, 반응은 거의 발생하지 않음;
• Ni 기반 합금 용해: MgO가 용해 및 분해되며 산소를 방출하고, 이는 합금 내 Al과 반응하여 Al₂O₃를 형성함;
• 생성된 Al₂O₃는 MgO 기지와 추가 반응하여 약 80 μm 두께의 MgAl₂O₄ 스피넬층을 형성함.

층 구조 특성

• 도가니 내면에는 잔존 MgO 기지층과 외측 Al₂O₃/MgAl₂O₄ 층으로 구성된 이중층 구조가 형성됨;
• SEM 및 XRD 분석을 통해 스피넬 형성이 확인되었으며, 용탕으로 부상하는 슬래그층이 개재물로 전환될 가능성이 있음.

장점 / 공정 제어 포인트

• 용탕 침투를 억제하기 위해 도가니 기공률을 최대한 감소;
• 반응 속도 제한을 위해 합금 용탕 내 Al 함량을 낮추고, 용탕 온도를 ≤1,550 °C로 유지.

검증 결과

표준 도가니와 비교할 때, Weiert Ceramics의 설계는 반응층 두께를 약 45% 감소시키고, 부유 슬래그 개재물 함량을 약 50% 저감하였습니다. 현미경 관찰 결과, 용탕 표면은 현저히 더 깨끗한 상태를 보였습니다.

요약

MgO 도가니와 니켈 기반 초내열합금 간의 계면 반응은 양면성을 지니며, 도가니 벽을 안정화시키는 동시에 합금을 오염시킬 가능성도 있습니다. 구조 설계와 코팅을 최적화함으로써, Weiert Ceramics의 도가니는 보다 청정한 계면과 높은 합금 건전성을 제공합니다.

참고문헌：

• 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.