Experiment zur Bestimmung der Oberflächenspannung und der Viskosität flüssiger Aluminium-Legierungen



Für Industrieunternehmen stehen bei allen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten der direkte Nutzen und die schnelle Durchführung des Vorhabens im Mittelpunkt. Wenn es darum geht, die Entwicklungszeiten neuer Materialien zu verkürzen, spielt die computergestützte Simulation von Produktionsprozessen eine immer wichtigere Rolle. Für die Simulation werden genaue thermophysikalische Daten benötigt, die teilweise nur mit speziellen Messmethoden zu bestimmen sind. Hierfür empfiehlt sich das Verfahren des elektromagnetischen Positionierens unter Schwerelosigkeit (TEMPUS).

Mit der TEMPUS-Methode können geschmolzene Metallkugeln zu Schwingungen angeregt werden. Die Wissenschaftler filmen das Dämpfungsverhalten dieser Schwingungen mit Hochgeschwindigkeitskameras. Daraus können sie dann die Viskosität (Zähflüssigkeit) und Oberflächenspannung der Legierung in Abhängigkeit von der Temperatur bestimmen.

Aluminium ist ein unedles Metall. Als solches neigt es stark zur Bildung von Oxiden auf der Schmelzoberfläche, die die Messungen stören. Um die Oxide zu beseitigen, müssen die Schmelzen hoch erhitzt und gleichzeitig unter Schutzgas erforscht werden. Die Schmelztemperatur von Aluminium-Legierungen ist mit weniger als 660 Grad Celsius vergleichsweise gering. Eine Herausforderung stellt eher die schnelle Abkühlung der überhitzten Schmelze in die Nähe der Erstarrungstemperatur dar, denn die Phase der Schwerelosigkeit beträgt beim Parabelflug nur etwa 22 Sekunden. Hierfür wurde ein Düsensystem für eine Abkühlung unter Schutzgas entwickelt und bereits während des Parabelflugs 2002 erfolgreich getestet.

Inzwischen setzten die Wissenschaftler mehrmals verbesserte Mess- und Videosysteme ein, um auch für die niedrigen Temperaturen während der Erstarrung kontrastreiche Aufzeichnungen zu erhalten. Bei der 8. DLR-Parabelflugkampagne werden nochmals Messungen an reinstem Aluminium-Proben für Vergleichszwecke durchgeführt. Um besonders oxidarme Schmelzen zu untersuchen, werden die Proben deutlich über 1600 Grad Celsius erhitzt.


Kontakt
Dr. Wilfried Bender
Hydro Aluminium Deutschland GmbH

Research & Development

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