Reakcje międzyfazowe pomiędzy materiałem tygla a stopem w stanie ciekłym mają kluczowe znaczenie dla czystości stopu oraz poziomu wtrąceń. Szczegółowe badania eksperymentalne przeprowadzone przez Chen Guangyao i in. (2024) wyjaśniają mechanizmy zachodzące podczas kontaktu tygli MgO z ciekłymi superstopami na bazie niklu.

Procesy reakcji

• Topienie czystego Ni: tygiel MgO wykazuje głównie dobrą zwilżalność przy minimalnym stopniu reakcji;
• Topienie stopów na bazie Ni: MgO ulega rozpuszczeniu i rozkładowi, uwalniając tlen, który reaguje z Al w stopie, tworząc Al₂O₃;
• Powstały Al₂O₃ reaguje dalej z matrycą MgO, tworząc warstwę spinelu MgAl₂O₄ o grubości około 80 μm.

Charakterystyka warstw

• Na wewnętrznej powierzchni tygla rozwija się struktura dwuwarstwowa: pozostała podłoże MgO oraz zewnętrzna warstwa Al₂O₃/MgAl₂O₄;
• Analizy SEM i XRD potwierdzają tworzenie spinelu oraz ujawniają warstwy żużla unoszące się w ciekłym metalu, które mogą stać się wtrąceniami.

Zalety / kontrola procesu

• Maksymalne obniżenie porowatości tygla w celu zahamowania infiltracji ciekłego metalu;
• Obniżenie zawartości Al w ciekłym stopie oraz utrzymanie temperatury topienia ≤1.550 °C w celu ograniczenia kinetyki reakcji.

Wyniki walidacji

W porównaniu ze standardowymi tyglami, konstrukcja Weiert Ceramics zmniejszyła grubość warstwy reakcyjnej o około 45 % oraz obniżyła zawartość pływających wtrąceń żużlowych o około 50 %. Obserwacje mikroskopowe wykazały wyraźnie czystszą powierzchnię ciekłego metalu.

Podsumowanie

Reakcja międzyfazowa pomiędzy tyglami MgO a superstopami na bazie niklu jest zjawiskiem obosiecznym: może stabilizować ścianę tygla, ale jednocześnie prowadzić do zanieczyszczenia stopu. Dzięki udoskonalonej strukturze i zastosowaniu powłok, tygle Weiert Ceramics zapewniają czystszą granicę faz oraz wyższą integralność stopu.

Bibliografia：

• 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.