Forscher des Instituts für Experimentalphysik an der TU Graz untersuchen Stahl an Bord der internationalen Raumstation ISS. Sie sind an einem Versuch beteiligt, der die Oberflächenspannung von Böhler-Stahl misst und der am 10. Juli über die Bühne gehen soll. Für diese internationale Forschungskooperation steuert die Arbeitsgruppe um TU Graz-Experimentalphysiker Gernot Pottlacher und das steirische Industrieunternehmen voestalpine Böhler Edelstahl eine Stahl-Probe bei. Neben der Oberflächenspannung soll auch die Temperaturabhängigkeit der Nickelbasislegierung namens „L625“ untersucht werden.
Warum im All?
Am Institut für Experimentalphysik werden gemeinsam mit Böhler seit vielen Jahren Versuche mit unterschiedlichen Stahl-Arten durchgeführt. „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“, erläutert Pottlacher. Das Verhalten von Stahl steht deshalb im Zentrum des Interesses, weil er im metallischen Laser-3D-Druck eingesetzt werden soll, um künftig auch Bauteile aus Stahl mithilfe dieser neuen Umschmelztechnologie fertigen zu können. Da herkömmliche Untersuchungsmethoden nur bis zu einer bestimmten Temperatur-Obergrenze funktionieren (Probleme mit der Wechselwirkung zwischen Container und Probe), greifen die Forscher auf die Methode der Levitation zurück. „Wir lassen die Proben elektromagnetisch oder elektrostatisch schweben und vermeiden so eine Berührung mit dem Probenbehälter“, erklärt Pottlacher. Allerdings beeinflusst auf der Erde auch die Schwerkraft das Messergebnis. Im Weltall entfällt dieser Einfluss, weshalb genauere Messungen möglich sind.
Für die Versuche arbeitet das steirische Team mit japanischen und US-amerikanischen Forscher*innen zusammen und nutzt das Electrostatic Levitation Furnace (ELF). Dieser Versuchsaufbau der Japanischen Aerospace Exploration Agency (JAXA) befindet sich im japanischen Experimentiermodul Kibo auf der ISS. 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*innen auch diesen Prozess genau beobachten und messen. Gesteuert und live beobachtet wird der Versuch von der Erde aus.
Nur Materialien, die bereits in der Raumfahrt eingesetzt werden, können in einen Versuch auf der ISS eingebunden werden. Der Stahl vom Typ L331 von Böhler wird bereits in Raketentriebwerken eingebaut. Die Ergebnisse des Versuchs im All und weiterer Untersuchungen werden in einer Dissertation (von Peter Pichler) veröffentlicht und sollen zur Entwicklung im Bereich metallischer 3D-Laserdruck beitragen.
Das L331 ELF-Experiment ist eine Zusammenarbeit mehrerer Forscher*innen und Forschungseinrichtungen, an dem neben der Arbeitsgruppe der TU Graz noch folgende Personen beteiligt sind: Douglas Matson (Tufts University), Robert W. Hyers (University of Massachusetts), Michael P. Sansoucie (NASA Marshall Space Flight Center), Hirohisa Oda (Japan Aerospace Exploration Agency), Jannatun Nawer (Tufts University), Hideki Saruwatari (Japan Aerospace Exploration Agency), Chihiro Koyama (Japan Aerospace Exploration Agency), Wolfgang Schützenhöfer (BÖHLER Edelstahl GmbH & Co KG) und Siegfried Kleber (BÖHLER Edelstahl GmbH & Co KG).
Peter Pichler (links) mit Arbeitsgruppen-Leiter Gernot Pottlacher. Aus dem Stahl-Stab wurden kleine Kugeln geschnitten, die nun auf der ISS untersucht werden. © Baustädter – TU Graz