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 zält zu den unedlen Metallen. Als solches neigt es stark zur Bildung von Oxiden auf der Schmelzoberfläche. Diese stören die Messungen. 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. Daher stellt weniger das Erhitzen als vielmehr das schnelle Abkühlen der heißen Schmelze in die Nähe der Erstarrungstemperatur eine Herausforderung 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 haben die Wissenschaftler mehrmals verbesserte Mess- und Videosysteme eingesetzt, um auch im Bereich der niedrigen Temperaturen während der Erstarrung kontrastreiche Aufzeichnungen zu erhalten. Bei der 9. DLR-Parabelflugkampagne werden nochmals Messungen an reinstem Aluminium-Proben für Vergleichszwecke durchgeführt. Denn alle bisher gemessenen Werte waren höher als die in der wissenschaftlichen Literatur angegebenen. Um besonders oxidarme Schmelzen zu untersuchen, werden die Proben deutlich über 1600 Grad Celsius erhitzt.

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