De interfaciale reacties tussen het kroesmateriaal en de gesmolten legering zijn van cruciaal belang voor de legeringszuiverheid en het inclusieniveau. Gedetailleerde experimenten van Chen Guangyao et al. (2024) belichten de mechanismen die optreden wanneer MgO-kroezen in contact komen met gesmolten nikkelgebaseerde superlegeringen.

Reactieprocessen

• Smelten van puur Ni: de MgO-kroes vertoont voornamelijk een goede bevochtiging met minimale reactie;
• Smelten van Ni-gebaseerde legeringen: MgO lost op en ontleedt, waarbij zuurstof vrijkomt die met Al in de legering reageert tot Al₂O₃;
• Het gevormde Al₂O₃ reageert verder met de MgO-matrix en vormt een MgAl₂O₄-spinel laag van circa 80 μm dikte.

Laagkenmerken

• Het binnenoppervlak van de kroes ontwikkelt een dubbellaagse structuur: resterend MgO-substraat en een buitenlaag van Al₂O₃/MgAl₂O₄;
• SEM- en XRD-analyses bevestigen spinelvorming en tonen slaklagen die in de smelt drijven en mogelijk inclusies worden.

Voordelen / procesbeheersing

• Maximale verlaging van de kroesporositeit om smeltinfiltratie te remmen;
• Verlaging van het Al-gehalte in de smelt en handhaving van een smelttemperatuur ≤1.550 °C om de reactiekinetiek te beperken.

Validatieresultaten

In vergelijking met standaardkroezen verminderde het ontwerp van Weiert Ceramics de dikte van de reactielaag met ongeveer 45 % en verlaagde het het gehalte aan drijvende slakinclusies met circa 50 %. Onder microscopische observatie bleek het smeltoppervlak aanzienlijk schoner.

Samenvatting

De interfaciale reactie tussen MgO-kroezen en nikkelgebaseerde superlegeringen is een tweesnijdend fenomeen: zij kan zowel de kroeswand stabiliseren als de legering verontreinigen. Door een verfijnde structuur en geschikte coatings bieden de kroezen van Weiert Ceramics een schonere interface en een hogere legeringsintegriteit.

Referenties：

• 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.