Legierungen aus Aluminium-Eisen werden als Leichtbehälter und Verpackungsmaterial eingesetzt. Aufgrund der vorteilhaften mechanischen Eigenschaften ist für uns eine Legierung aus 96at.% Aluminium und 4at.% Eisen besonders interessant. Diese Zusammensetzung ist für Experimente auf der Internationalen Raumstation (ISS) geeignet, wir führen wir Vorexperimente am Boden und im Parabelflug durch. Da die Durchführung der Experimente am Boden und in Schwerelosigkeit einen starken Einfluss auf das Verhalten hat, ermöglichen die Vorexperimente eine Einschätzung des Verhaltens unter Schwerelosigkeit.
Um die Experimente durchzuführen, verwenden wir die Methode der elektromagnetischen Levitation in der TEMPUS-Anlage. Durch das tiegelfreie Prozessieren können einmal erzeugte Schmelzen um mehrere 100 Kelvin unterkühlt werden können – typisch wären auf dem Boden nur einige wenige Kelvin. Durch diese hohen Unterkühlungen bilden sich während der raschen Erstarrung Festkörper deren Eigenschaften sich deutlich von herkömmlichen Materialien unterscheiden. Dies betrifft sowohl die mechanischen als auch die funktionellen Eigenschaften, zum Beispiel die elektrischen. Da während der Erstarrung viel Wärme frei wird, ist der bereits erstarrte Festkörper wärmer als die Schmelze, er ist mit Hilfe von Hochgeschwindigkeitskameras im infraroten oder sichtbaren Spektralbereich bei der Strukturbildung beobachtbar. Aus den Hochgeschwindigkeitsvideos lässt sich die Erstarrungsgeschwindigkeit und bei Infrarotaufnahmen auch die Wärmeverteilung an der Probenoberfläche bestimmen. Die so gewonnen Daten werden anschließend zur Verifizierung von theoretischen Modellen zur Vorhersage der Strukturbildung herangezogen.
Nach der Erstarrung wird das entstandene Gefüge mit Hilfe hochmoderner Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie untersucht. Dabei soll die Entstehung des Gefüges im Detail verstanden werden, um sie auch gezielt beeinflussen zu können. Ziel ist es, spezielle Eigenschaften besonders hervorzuheben, um das Material der jeweiligen Anwendung anzupassen. Die Experimente werden im Rahmen des Projektes „Non-equilibrium solidification, modeling for microstructure engineering of industrial alloys“ unter der Vertragsnummer AO-2009-0829 durch ESA gefördert.