1. ประสิทธิภาพและปัจจัยหลักที่มีอิทธิพลของอลูมิเนียมแมกนีเซียมบริสุทธิ์สูง
ความบริสุทธิ์สูงอะลูมิเนียม-แมกนีเซียมหล่อได้ได้รับการพัฒนาจากวัสดุหล่ออลูมิเนียมและแมกนีเซียม วัตถุประสงค์คือเพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนและประสิทธิภาพอุณหภูมิสูงของวัสดุหล่ออลูมิเนียม รวมถึงความต้านทานการซึมผ่านและความเสถียรของการกระแทกจากความร้อนของวัสดุหล่อแมกนีเซียม จุดผสมจะอยู่ที่ด้านอลูมิเนียมของไดอะแกรมเฟสคู่ MgO-Al2O3 ส่วนประกอบหลักของวัสดุหล่อ Al2O3 จะทำปฏิกิริยากับ MgO ที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างสปิเนล โดยมีปริมาตรขยายตัวประมาณ 7% เพื่อลดความเสียหายจากการแตกร้าวที่เกิดจากความเครียดจากการขยายตัวนี้ในระหว่างการใช้งาน การศึกษาทดลองได้เลือกวัตถุดิบที่แตกต่างกันสองชนิด ได้แก่ แมกนีเซียหลอมรวมและสปิเนลแมกนีเซียม-อลูมิเนียม เพื่อศึกษาอิทธิพลของความต้านทานตะกรันของวัสดุ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อเติมแมกนีเซียในปริมาณหนึ่ง วัสดุหล่อจะได้รับการหล่อลื่นในเฟสของเหลวปริมาณเล็กน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ภายใต้แรงดันสถิตของเหล็กหลอมเหลว ปฏิกิริยาการเผาผนึกจะเกิดขึ้น และส่วนหลวมที่เกิดจากการขยายตัวของสปิเนลจะแน่นขึ้น แมกนีเซียที่มีขนาดอนุภาคที่เหมาะสมสามารถทำให้วัสดุหล่อยังคงขยายตัวเล็กน้อยที่อุณหภูมิสูง รักษาความสมบูรณ์ และยังมีประโยชน์ในการลดการกัดกร่อนอีกด้วย อย่างไรก็ตาม ยิ่งขนาดอนุภาควิกฤตของแมกนีเซียหยาบขึ้นหรือปริมาณที่เติมเกิน 4C การกัดกร่อนก็มีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการขยายตัวที่มากเกินไป การเสื่อมสภาพขององค์กร และตะกรันที่แทรกซึมลึกขึ้น
สปิเนลที่ผ่านการสังเคราะห์ล่วงหน้าถูกนำมาใช้แทนแมกนีเซียหลอมรวม การศึกษาเชื่อว่ายิ่งมีสปิเนลในเชิงทฤษฎีมากเท่าใด ความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุหล่อก็จะดีขึ้นเท่านั้น ในขณะที่ความลึกของการแทรกซึมของตะกรันจะน้อยที่สุดเมื่อเนื้อหาของสปิเนลอยู่ที่ 10% ถึง 30% และเนื้อหาของสปิเนลเกิน 50% และจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของสปิเนล ขนาดของอนุภาคสปิเนลที่มีการกระจายตัวของผงไมโครอย่างสม่ำเสมอจะมีประสิทธิภาพสูงสุดในการปิดกั้นการลอกของโครงสร้างที่เกิดจากการแทรกซึมของตะกรัน การศึกษาพบว่าองค์ประกอบของสปิเนลมีบทบาทสำคัญในการต้านทานตะกรันของคลิงเกอร์สปิเนลเองและวัสดุหล่อที่ทำจากสปิเนลผสมกับคอรันดัม ปริมาณ MgO ที่เหมาะสมในสปิเนลคือ 3% ถึง 5% ผงซิลิกอนยังมีประสิทธิภาพในการยับยั้งความเครียดการขยายตัวของสปิเนลอีกด้วย การศึกษาวิจัยแสดงให้เห็นว่าที่อุณหภูมิต่ำ ผงซิลิกอนและผง MgO จะสร้างสาร MSH ซึ่งสามารถป้องกันการไฮเดรชั่นของเพอริเคลส ปรับปรุงความลื่นไหลของวัสดุหล่อ และเพิ่มความหนาแน่นของวัสดุหล่อ ที่อุณหภูมิสูง MSH จะคายน้ำและทำปฏิกิริยากับ CaO เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่มีจุดหลอมเหลวต่ำเพื่อผลิตการเสียรูปพลาสติกและดูดซับแรงเครียดการขยายตัวที่อุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตาม เมื่อปริมาณผงซิลิกอนเพิ่มขึ้น ปริมาณของเฟสของเหลวที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงจะเพิ่มขึ้น และความต้านทานการคืบคลานที่อุณหภูมิสูงจะลดลง ภายใต้สภาวะของแรงดันเหล็กหลอมเหลว วัสดุมีแนวโน้มที่จะเกิดการหลอมเหลวมากเกินไปและแตกร้าว โดยมีรอยแตกร้าวมากขึ้น รอยแตกร้าวกว้างขึ้น และรอยลอกลึกขึ้น โดยทั่วไปแล้ว ปูนซีเมนต์และผงซิลิกอนจะใช้เป็นสารยึดเกาะแบบผสม
โดยสรุปแล้ว อะลูมิเนียม-สปิเนลหล่อและอะลูมิเนียม-แมกนีเซียมหล่อมีความสม่ำเสมอขององค์กรที่ดี ทนต่อการคืบคลานที่อุณหภูมิสูง มีเสถียรภาพต่อแรงกระแทกจากความร้อน ทนต่อการสึกกร่อนและการแทรกซึมของตะกรัน ความแตกต่างหลักระหว่างทั้งสองคือ อะลูมิเนียมนำสปิเนลที่สังเคราะห์ไว้ล่วงหน้ามาใช้ และความแข็งแรงหลังการเผาที่อุณหภูมิต่างๆ จะต่ำ ความแข็งแรงในการดัดงอที่อุณหภูมิสูงจะสูง ความเสถียรของปริมาตรจะดี และอัตราการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นจะเล็ก อะลูมิเนียมจะทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างสปิเนลเมื่อใช้ที่อุณหภูมิสูง และความแข็งแรงหลังการเผาที่อุณหภูมิต่างๆ จะสูง ความต้านทานการคืบคลานที่อุณหภูมิสูงจะแข็งแกร่ง ความหนาแน่นจะหนาแน่น และอัตราการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นจะสูง
2. ความเสียหายของอลูมิเนียม-แมกนีเซียมที่มีความบริสุทธิ์สูง
เหล็กหล่ออะลูมิเนียม-สปิเนลและเหล็กหล่ออะลูมิเนียมแมกนีเซียมเป็นระบบเดียวกันโดยพื้นฐานที่อุณหภูมิสูง และเฟสผลึกหลักคือคอรันดัมและสปิเนลที่มีอะลูมิเนียมสูง ปัจจัยที่ส่งผลต่อความต้านทานต่อตะกรันของเหล็กหล่อมีความซับซ้อนมาก เช่น ประเภทของเหล็ก องค์ประกอบของตะกรัน สภาวะการหลอม เป็นต้น แต่ส่วนใหญ่ควบคุมโดยองค์ประกอบแร่ธาตุและโครงสร้างจุลภาคของเหล็กหล่อ FeO และ MnO ในสปิเนลที่มีอะลูมิเนียมสูงจับตะกรันจะครอบครองช่องว่างของไอออนบวกก่อน แล้วแทนที่ส่วนหนึ่งของ MgO เพื่อสร้างสารละลายของแข็งของสปิเนลแบบผสมที่มีองค์ประกอบทั่วไปของ Mg0.70Mn0.08Fe0.21Al2.00O4 การวิเคราะห์ด้วยหัววัดอิเล็กตรอนแสดงให้เห็นว่าความสามารถในการละลายของ Fe และ Mn ในสปิเนลเนื้อละเอียดในพื้นที่เดียวกันนั้นใกล้เคียงกัน ในขณะที่ปริมาณของธาตุ Fe และ Mn ที่ขอบของอนุภาคสปิเนลขนาดใหญ่กว่านั้นสูงกว่าปริมาณธาตุเหล่านี้มาก การวิเคราะห์ทางเคมีและการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของตัวอย่างหลังจากการกัดกร่อนของตะกรันยังแสดงให้เห็นอีกด้วยว่าค่าคงที่ของโครงตาข่ายของสปิเนลลดลงทีละน้อยจากพื้นผิวการทำงานไปยังด้านใน ซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของปริมาณ Fe2O3 ในแต่ละชั้น เมื่อความสามารถในการละลายของ Fe2O3 ในแต่ละชั้นลดลง ค่าคงที่ของโครงตาข่ายและความเข้มข้นของการเลี้ยวเบนของสปิเนลจะใกล้เคียงกับสปิเนลของชั้นเดิมมากขึ้น คอรันดัมจะดูดซับ CaO ในตะกรันเพื่อสร้างแร่แคลเซียมอะลูมิเนตและทำให้แข็งตัว การสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคอลแสดงให้เห็นว่ามีวงกลมปฏิกิริยาแคลเซียมอะลูมิเนตที่มีลักษณะคล้ายแผ่นบนขอบของอนุภาคคอรันดัมในชั้นที่เจาะตัวอย่าง และมีแร่ CA6 ที่มีลักษณะคล้ายเข็มจำนวนมากในเมทริกซ์ SiO2 ส่งเสริมการตกผลึกและการเติบโตของ CA6 ซึ่งทำให้รูพรุนละเอียดขึ้นและสร้างชั้นกั้นที่หนาแน่นขึ้น ตะกรันที่เหลือมี SiO2 อยู่มากและมีความหนืดและยากต่อการทะลุทะลวง ต่างจากวัสดุหล่ออะลูมิเนียม-สปิเนล แม้ว่าวัสดุหล่ออะลูมิเนียม-แมกนีเซียมจะสร้างเฟสของเหลวได้มากกว่าที่อุณหภูมิสูง แต่เมล็ดสปิเนลที่เพิ่งก่อตัวขึ้นของ MgO และ Al2O3 นั้นละเอียด มีตำหนิมากมาย และมีค่าโครงตาข่ายคงที่เล็กน้อย SiO2 ทำให้สปิเนลแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย ส่งเสริมให้สารละลาย Al2O3 ที่เป็นของแข็งในสปิเนล และสร้างสปิเนลที่มีอะลูมิเนียมสูงที่มีความเข้มข้นของตำหนิโครงตาข่ายที่สูงกว่า นอกจากนี้ วัสดุหล่อยังมีความหนาแน่นมากกว่า ดังนั้นความต้านทานต่อตะกรัน โดยเฉพาะความต้านทานต่อการทะลุทะลวงของตะกรันจึงเหนือกว่า
