Schwebender Stahl

Im Rahmen einer internationalen Forschungs­kooperation steuern Forscher der TU Graz und das Unter­nehmen Böhler Edelstahl eine Stahl-Probe zu einem Versuch auf der Inter­nationalen Raum­station ISS bei. Unter­sucht wird die Ober­flächen­spannung und Temperatur­abhängig­keit des Stahls L331. Die Ergebnisse sollen zur Entwicklung im Bereich metallischer 3D-Laserdruck beitragen.

Gernot Pottlacher und seine Kollegen von der TU Graz forsche seit vielen Jahren gemeinsam mit Böhler an der Ober­flächen­spannung und Temperatur­abhängig­keit unter­schied­licher Stahl-Arten. „Diese Daten sind sowohl für die Wissen­schaft als auch für die Industrie von größter Bedeutung“, erklärt Pottlacher. „Sie zeigen, wie sich das Material verhält, wenn es erhitzt und abgekühlt wird – wie es von der festen in die flüssige Phase übergeht und wieder retour.“ Stahl steht im Zentrum des Interesses, weil er im metal­lischen Laser-3D-Druck einge­setzt werden soll, um zukünftig eben auch Bauteile aus Stahl mithilfe dieser neuen Umschmelz­techno­logie zu fertigen.

Herkömmliche Untersuchungs­methoden funktio­nieren nur bis zu einer bestimmten Temperatur-Obergrenze. Bei höheren Tempera­turen kann es zu Problemen mit dem Proben­behälter kommen – etwa zu Wechsel­wirkungen von Container und Probe – das würde die Mess­ergeb­nisse verfälschen. Deshalb greifen Pottlacher und sein Team auf die Methode der Levitation zurück. „Wir lassen die Proben elektro­magnetisch oder elektro­statisch schweben und vermeiden so eine Berührung mit dem Proben­behälter.“ Auf der Erde ist dabei die Schwerkraft eine nicht unwesent­liche Komponente, die das Mess­ergebnis beeinflusst – im Weltall fällt ihr Einfluss aber weg und so sind genauere Messungen möglich.

Für die Versuche arbeitet das Team mit japanischen und US-amerika­nischen Forschern zusammen und nutzt das Electro­static Levitation Furnace, ein Versuchs­aufbau im japanischen Experi­mentier­modul Kibo. Die Probe wird in das Versuchs­gerät einge­speist und positio­niert. Ein Laser erhitzt und schmilzt die schwebende Stahl-Probe. Danach messen verschie­denste Sensoren die Dichte, Ober­flächen­spannung und Viskosität des geschmolzenen Materials. Kühlt das Material wieder ab, können die Forscher auch diesen Prozess genau beobachten und vermessen. Gesteuert wird der Versuch von der Erde aus, wo Pottlacher und sein Team das Geschehen auch live verfolgen und wohin die ermittelten Daten direkt via Downlink gesendet werden.

„Um an Bord der ISS in einen Versuch eingebunden zu werden, muss das Material bereits in der Raumfahrt einge­setzt sein“, erzählt Pottlacher. „Ein US-amerika­nischer Kollege war auf der Suche nach genau diesem Material, das wir unter­suchen. Der Stahl vom Typ L331 ist bereits in Raketen­trieb­werken eingebaut und wird unter anderem von Böhler Edelstahl herge­stellt.“

TU Graz / RK

Weitere Infos

• Thermophysics and Metalphysics (G. Pottlacher), Institut für Experimentalphysik, Technische Universität Graz, Österreich