Thermophysikalische Eigenschaften von Metallschmelzen für die industrielle Produktion



Ziel der Experimente sind Messungen der Materialeigenschaften flüssiger Metall-Legierungen wie Oberflächenspannung, Zähigkeit (Viskosität), Dichte und elektrischer Wi-derstand. Die neuen Erkenntnisse werden für die Modellierung des Gieß- und Erstarrungsver-haltens in der industriellen Produktion benötigt. In der flüssigen Phase reagieren diese Legie-rungen 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 Tiegelwän-den, untersuchen. Dies kann durch elektromagnetische Levitation realisiert werden. Hierbei wird eine elektrisch leitende Probe durch ihre Wechselwirkung mit starken elektromagneti-schen Feldern frei schwebend im Raum gehalten. In Schwerelosigkeit, die im Parabelflug etwa 22 Sekunden andauert, sind die zur Levitation notwendigen Felder stark reduziert. Das führt zu einer ungestörten Kugelform der Schmelzprobe und verhindert turbulente Flüssig-keitsströmungen. 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 spezifi-schem Gewicht. Deshalb eignet er sich als Ersatz für Stahl in Flugzeugturbinen oder in Stand-turbinen 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 thermo-physikalischen 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 thermody-namischen Modellen zu berechnen. Vorrangiges Ziel des Parabelflugexperiments ist die Mes-sung von Oberflächenspannung, Viskosität und Dichte der flüssigen Phase. Sie soll die ange-wendeten 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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