Bestimmung thermophysikalischer Eigenschaften von Metallschmelzen für die industrielle Produktion



Ziel der Experimente sind Messungen der Materialeigenschaften flüssiger Metall-Legierungen. Dazu gehören Oberflächenspannung, Zähigkeit (Viskosität), Dichte und elektrischer Widerstand. Die neuen Erkenntnisse werden für die Modellierung des Gieß- und Erstarrungsverhaltens in der industriellen Produktion benötigt. In der flüssigen Phase reagieren diese Legierungen sehr schnell mit anderen Stoffen. Das erschwert die Messung ihrer Eigenschaften mit konventionellen Methoden oder macht sie ganz unmöglich.

Am besten lassen sich die Legierungen kontaktfrei, das heißt ohne Berührung mit Tiegelwänden, untersuchen. Dies kann durch elektromagnetische Levitation realisiert werden. Hierbei wird eine elektrisch leitende Probe durch ihre Wechselwirkung mit starken elektromagnetischen Feldern frei schwebend im Raum gehalten. In der Schwerelosigkeit sind die zur Levitation notwendigen Felder stark reduziert. Das führt zu einer ungestörten Kugelform der Schmelzprobe und verhindert turbulente Flüssigkeitsströmungen. Unter dieser Bedingung können ihre thermophysikalischen Eigenschaften einfacher und genauer analysiert werden.

Gamma-Titan-Aluminium

Der Werkstoff Gamma-Titan-Aluminium besitzt eine hohe Festigkeit bei geringem spezifischem Gewicht. Deshalb eignet er sich als Ersatz für Stahl in Flugzeugturbinen oder in Standturbinen für die Energieerzeugung. Gamma-Titan-Aluminium widersteht Temperaturen von bis zu 750 Grad Celsius. Dieser neue Werkstoff befindet sich gegenwärtig in einer intensiven Entwicklungsphase. Den vielen Einsatzmöglichkeiten stehen jedoch noch Schwierigkeiten bei der gießtechnischen Herstellung größerer Teile ab etwa 40 Zentimetern gegenüber. Sie sollen im Rahmen eines europäischen Projektes gelöst werden. Hierzu ist die Kenntnis aller thermophysikalischen Eigenschaften der Schmelze notwendig. Ziel der Parabelflugexperimentserie ist es, einen Teil dieser Eigenschaften der Schmelzen präzise zu bestimmen.

Aluminium-Nickel-Legierungen

Aluminium-Nickel-Legierungen sind ebenfalls technisch bedeutsam, so zum Beispiel bei der Herstellung von Katalysatoren. Es ist möglich, die Oberflächenspannung und Viskosität der Legierungsschmelzen als Funktion der Zusammensetzung und der Temperatur aus thermodynamischen Modellen zu berechnen. Vorrangiges Ziel des Parabelflugexperiments ist die Messung von Oberflächenspannung, Viskosität und Dichte der flüssigen Phase. Sie soll die angewendeten Modelle bestätigen und zu deren Verbesserung beitragen.

Kontakt
Dr. Rainer K. Wunderlich
Universität Ulm

Abteilung Werkstoffe der Elektrotechnik

Tel: +49 731 502 5490

E-Mail: rainer.wunderlich@e-technik.uni-ulm.de
Prof. Dr. Hans-Jörg Fecht
Universität Ulm

Abteilung Werkstoffe der Elektrotechnik

Tel: +49 731 502 5490
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