Der Einfluss von Prozessparametern auf Viskositätsmessungen bei der Methode des oszillierenden Tropfens



Die Viskosität (Zähflüssigkeit) einer metallischen Legierung ist eine wichtige thermophysikalische Materialeigenschaft. Sie wird zur Modellierung industrieller Gießprozesse, der Keimbildung und Erstarrungskinetik in einer unterkühlten Schmelze benötigt. Von Anwenderseite besteht ein nachhaltiger Bedarf an diesen genauen Eigenschaftswerten für eine Vielzahl industrieller Metall-Legierungen.

Darüber hinaus ist die Viskosität von Bedeutung für die grundlagenorientierte Metallphysik. Dies gilt vor allem im Hinblick auf den Zusammenhang zwischen der atomaren Struktur und den daraus resultierenden Eigenschaften der Schmelze. Dieser Zusammenhang ist auch wichtig für die Erstellung von thermodynamischen Modellen , mit denen die Viskosität industrieller Legierungen zuverlässig vorhergesagt werden kann.

Aufgrund der hohen Temperaturen und der hohen chemischen Reaktionsfreudigkeit vieler Metallschmelzen sind klassische Messmethoden - zum Beispiel die Methode des oszillierenden Tiegels, bei denen die Schmelze in Kontakt mit einem Probentiegel ist - nur bedingt für präzise Messungen der Viskosität geeignet. Als Alternative bietet sich das Prozessieren in einer elektromagnetischen Levitationsanlage an. Dabei kann eine Metallprobe durch starke elektromagnetische Felder in einer Spule frei schwebend positioniert werden.

Bei der Methode des oszilliereden Tropfens wird die Oberfläche der Probe durch einen Impuls des Levitationsfeldes in Schwingungen versetzt, aus deren Frequenz und Dämpfung die Oberflächenspannung und Viskosität ermittelt werden können. Im Erdlabor kann diese Methode jedoch nicht angewandt werden. Denn die starken elektromagnetischen Felder verursachen in der Schmelz turbulente Strömungen.

Im Parabelflug-Experiment untersuchen die Wissenschaftler den Einfluss von Prozessparametern auf Viskositätswerte, die mit der Methode des oszillierenden Tropfens in einer elektromagnetischen Levitationsanlage unter Schwerelosigkeit gemessen werden. Ziel dieser Untersuchung ist, einen Nachweis über die Anwendbarkeit dieser Methode für quantitative Viskositätsmessungen zu erbringen. Außerdem möchten die Forscher diejenigen Parameter zu identifizieren welche zu systematischen Abweichungen der gemessenen Viskosität von ihrem eigentlichen Wert führen können.

Die Wissenschaftler verwenden für das Experimet die Legierung Palladium-Silizium, da deren Viskosität auch mit herkömmlichen Methoden genau gemessen werden kann. Die relevanten Parameter wurden dabei durch Modellrechnungen ermittelt  Ein Vergleich mit den experimentellen Werten kann  hier zu einer Verbesserung magnetohydrodynamischer Turbulenzmodelle führen.

Dieses Projekt wird vom Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung über das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt unterstützt.


Kontakt
Prof.Dr. Ivan Egry
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Materialphysik im Weltraum

Tel: +49 2203 601-2844

Fax: +49 2203 601-2255

E-Mail: Ivan.Egry@dlr.de
Prof. Dr. Hans-Jörg Fecht
Universität Ulm

Abteilung Werkstoffe der Elektrotechnik

Tel: +49 731 502 5490
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