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 zählt 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.

Während der Kampagnen 2003 und 2004 wurden sowohl die Experimentprozeduren als auch Teile der Anlage optimiert und angepasst. Dies ermöglichte eine bessere Aufzeichnung der Schwingungen für die niedrigen Temperaturen während der Erstarrung der Schmelzen. In der Parabelflugkampagne 2005 wurden vorbereitende Parametersondierungen und Optimierungen der Experimentsteuerung für den TEXUS-Raketenflug im November des gleichen Jahres durchgeführt.

Aber die Ergebnisse für die Viskosität der Schmelzen bei den Parabelflügen zeigten merkliche Abweichungen von bisherigen Daten aus der Literatur. Deshalb werden in diesem 10. Parabelflug ebenso wie im vorherigen zusätzliche Messungen bei höheren Temperaturen weitab von der Erstarrungstemperatur und unter geänderten Experimentbedingungen durchgeführt, um diese Unterschiede zu erklären. Ziel ist es herauszufinden, ob die Experimentbedingungen der TEMPUS-Anlage die Messungen im Fall des sehr niedrigviskosen Aluminium limitieren und wenn ja, wie stark.


Kontakt
Gerd-Ulrich Grün
Hydro Aluminium Deutschland GmbH
, Research & Development
Tel: +49 228 552-2142

Fax: +49 228 552-1970

E-Mail: Gerd-Ulrich.Gruen@hydro.com
Dr. Wilfried Bender
Hydro Aluminium Deutschland GmbH

Research & Development

Tel: +49 228 552-2142

Fax: +49 228 552-1970

E-Mail: Wilfried.Bender@hydro.com
URL dieses Artikels
http://www.dlr.de/rd/desktopdefault.aspx/tabid-4317/6964_read-10250/