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SETA - Das Erstarrungsverhalten von mehrkomponentigen Legierungen

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Hintergrund und wissenschaftliche Ziele:

Sogenannte eutektische Legierungen haben im Gegensatz zu vielen anderen Legierungen, die einen Schmelzbereich aufweisen, einen eindeutig bestimmbaren Schmelzpunkt. Da alle Bestandteile gleichzeitig erstarren und dies stets bei einer viel niedrigeren Temperatur geschieht, als es bei den reinen Bestandteilen der Schmelze der Fall wäre, entsteht ein feines und gleichmäßiges Werkstoffgefüge mit einer Lamellen- Struktur. Bisher wurden bei diesen Erstarrungsvorgängen vornehmlich Legierungen untersucht, die nur aus zwei Bestandteilen bestehen. Im Gegensatz zu diesen sogenannten binären Eutektika ist das Erstarren von dreikomponentigen (ternären) eutektischen Legierungen bisher kaum erforscht. Das soll das SETA-Experiment nun ändern und die Dynamik der Lamellen-Struktur bei der Erstarrung von komplexen Legierungen aufklären. Die Experimente erfolgen an metallischen Legierungen aus Aluminium-Mangan-Silizium und aus Aluminium-Kupfer-Silizium. Darüber hinaus wird die organische Modelllegierung SCN-DC-NPG (Succinonitril-(D)Campher-Neopentylglykol) benutzt. SETA soll die bestehenden eutektischen Wachstumsmodelle überprüfen und erweitern. Langfristiges Ziel ist dabei die Entwicklung neuer eutektischer Verbundwerkstoffe für terrestrische Anwendungen auf der Basis verbesserter Wachstumsmodelle.

Experimentbeschreibung:

Die SETA-Experimente mit metallischen Legierungen werden im Solidification and Quenching Furnace (SQF) des Materials Science Laboratory (MSL) durchgeführt. Die Proben werden zunächst zu zwei Dritteln aufgeschmolzen und anschließend über 50 Millimeter kontrolliert erstarrt und abgeschreckt. Darüber hinaus werden insgesamt fünf Flugproben mit transparenten organischen Legierungen für die künftige ESAAnlage TRANSPARENT-1 in der Microgravity Science Glovebox (MSG) gefertigt. Diese Experimente erlauben im Gegensatz zu den metallischen Proben, die Bildung der Lamellen-Struktur während der Erstarrung direkt zu beobachten.  Das SETA-Team wird von ACCESS e.V. in Aachen koordiniert und umfasst als weitere Partner das DLR-Institut für Materialphysik im Weltraum, das Institut für Metallurgie und Werkstofftechnik der KU Leuven, das Institut für Nanowissenschaft INSP der CNRS in Paris, das Institut für Materialwissenschaft und Werkstoffkunde der Iowa State University in Ames sowie das Institut für Maschinenwesen der Koc University in Istanbul.

Status:

MSL wurde im Rahmen der STS-128 Mission Ende August 2009 mit dem Space Shuttle Discovery zur ISS transportiert und in das Destiny-Modul eingebaut. Die ersten beiden SETA-Proben wurden im Rahmen des Batch-2a im Juni 2011 mit dem Space Shuttle Atlantis (STS-135) zur ISS gebracht. Die erste davon wurde im September 2011 im SQF-Ofen des MSL prozessiert. Eine dieser Proben wurde nach dem Einbau des SQF im Frühjahr 2011 und im Herbst desselben Jahres geschmolzen und mit der Dragon-Kapsel von Space X im Mai 2012 zur Erde zurückgebracht. Allerdings sorgte ein Stromausfall im MSL-Rack während des SQF-Betriebs für eine Verunreinigung des Ofens und führte somit im Jahr 2012 zu einer längeren Unterbrechung der Experimente. Die Ursache und die Folgen des unerwarteten Ausfalls wurden genau untersucht. Nach der Reinigung des SQF-Ofens im November 2012 und letzten Check-ups im Dezember 2012 konnte die zweite Batch-2a-Probe schließlich Anfang Februar 2013 erfolgreich gewonnen werden. Ende Mai 2012 wurde schließlich diese erste SETA-Probe mit dem Erstflug der Dragon-Kapsel von SpaceX zurück zur Erde gebracht und eingehend auf ihre wissenschaftliche Verwendbarkeit untersucht.

Nach der Reinigung des SQF-Ofens im November 2012 und dem Abschluss der letzten Check-ups im Januar 2013 wurden zunächst weitere Batch-2a-Proben der Experimente MICAST und CETSOL erfolgreich geschmolzen. Bei der Verarbeitung der zweiten Batch-2a-Probe von SETA Mitte Mai 2013 kam es dann leider zu einem unplanmäßigen Reboot des Standard Payload Computers (SPLC). In dessen Folge wurde das Experiment nach lediglich sieben Millimetern Erstarrungslänge erneut frühzeitig abgebrochen. Eine wissenschaftliche Auswertung war damit leider nicht mehr sinnvoll durchzuführen. Bis zur endgültigen Klärung der Ursache für den ungeplanten Reboot wurden weitere Experimente im SQF erneut ausgesetzt und erst im Herbst 2013 wieder aufgenommen. Die SETA-Probe ist für den Fall einer möglichen Experimentwiederholung derzeit noch auf der ISS verblieben.

Perspektiven für Forschung und Anwendung:

Die Verarbeitung der nächsten SETA-Proben ist für Ende 2015 vorgesehen. Derzeit werden für den sogenannten Batch-2b insgesamt acht SETA-Flugproben auf ESA-Seite sowie sechs Flugproben auf Seiten der NASA für den Flug zur ISS vorbereitet. Der Abschluss der Entwicklung der TRANSPARENT-1-Anlage und der entsprechenden Probenbehälter ist für Mitte 2015 geplant.

Start: 8. Juli 2011 / Space Shuttle Atlantis (STS-135)
ISS-Zeitraum seit Sommer 2011 auf der ISS, derzeit Batch-2a-Serie
Unterbringung Materials Science Laboratory (MSL) im Destiny-Modul und TRANSPARENT-1-Anlage in der Microgravity Science Glovebox (MSG) im Columbus-Modul
Experimentator Dr. Stephan Rex
Einrichtung ACCESS e.V., Aachen
Bereich Materialwissenschaften
Partner ESA, NASA, multinationales Team

 

Zuletzt geändert am:
03.07.2014 13:46:30 Uhr