Das System Aluminium-Nickel besitzt als Modellsystem
in der Wissenschaft sowie als ein Basissystem von
sogenannten Superlegierungen in der Technik eine
große Bedeutung. Aufgrund der hohen Liquidustemperaturen
von bis zu 1638°C sind die thermophysikalischen
Eigenschaften der Schmelzen bisher nur in den
Randbereichen des Systems bekannt. Die Viskosität
ist eine der thermophysikalischen Größen und sowohl
von der Zusammensetzung als auch von der Temperatur
abhängig. Sie besitzt eine große Bedeutung als
Eingabeparameter für Simulationsrechnungen zur
Erstarrung von Schmelzen sowie bei der Optimierung
von Herstellungsprozessen metallischer Werkstoffe.
Die Viskosität der Schmelzen im System Aluminium-Nickel
wurde nach Kenntnis des Autors bisher nur einmal
gemessen. Durch den vorliegenden Datensatz war jedoch
nicht der gesamte Konzentrationsbereich im System Aluminium-Nickel
abgedeckt. Besonders im Bereich der technologisch
interessanten hochschmelzenden Legierungen bestanden
Lücken. Mit bisherigen Viskosimetern war die Messung
der Viskositäten im gesamten System nicht möglich, da
die Liquidustemperaturen des Systems Aluminium-Nickel
die maximalen Arbeitstemperaturen überstiegen.
Im Rahmen der Arbeit wurde ein neues Schwingtiegelviskosimeter
mit hängendem Tiegel konzipiert, aufgebaut und mit
Viskositätsmessungen an reinen Metallen mit bekannter
Viskosität bei Temperaturen bis 1800°C erfolgreich
getestet. Mit weiteren Modifikationen sind mit dem
neu aufgebauten Viskosimeter Temperaturen bis 2300°C
erreichbar. Für den Betrieb des Viskosimeters wurde
ein umfangreiches Mess- und Steuerprogramm entwickelt
sowie erfolgreich getestet. Zur Berechnung der
Viskosität wurden im Messprogramm verschiedene
Arbeitsgleichungen implementiert. Für die Detektion
der Schwingung des Torsionspendels wurde ebenfalls
eine neue Methode angewendet, die eine quasikontinuierliche
und damit genauere Messung Erfassung der Schwingung
erlaubt.
Die Viskosität der Schmelzen des Systems Aluminium-Nickel
konnte erfolgreich bestimmt werden, womit experimentelles
Neuland betreten wurde. Die gemessenen Verläufe zeigen eine
gute Übereinstimmung mit den wenigen bekannten Daten
zur Viskosität von Aluminium-Nickel Schmelzen. Ebenso
gut ist die Übereinstimmung mit wenigen weiteren vorhandenen
Messdaten der Diffusionskonstanten sowie mit Daten aus
Computersimulationen. Mit verschiedenen Modellen zur
Vorhersage der Viskosität von Legierungen wurden
Viskositätsverläufe im System Aluminium-Nickel berechnet.
Der Vergleich mit den Messdaten hat gezeigt, dass nur wenige
der Modelle zur Vorhersage der Viskosität im System
Aluminium-Nickel geeignet sind. / The system aluminium-nickel is of importance as a
model-system in materials science as well as a
basic system for superalloys in technical applications.
The knowledge of the thermophysical properties of
the system aluminium-nickel has been limited to the
areas close to the pure elements mainly related to
the high melting temperatures of up to 1638°C. The viscosity, which is one of these
thermophysical properties, depends on alloy composition as
well as on temperature. The viscosity is of importance as
an input parameter in computer simulations and for
improving casting processes of metallic alloys.
The viscosity of aluminium-nickel melts has been
measured only once so far. However, not the whole
concentration range of the aluminium-nickel system
was covered by these data. In particular the viscosity
values of the high melting alloys, which are of
technological interest, were unknown. The measurement
of the missing values was not possible due to the
high melting temperatures using existing viscometers.
A new oscillating cup viscometer has been constructed
within this work. The viscometer has been tested
measuring the viscosity values of pure metals, which
are well known in literature. The test measurements
have been done at temperatures up to 1800°C. A
temperature of 2300°C is achievable with slight
modifications. A new software for controlling the
device and evaluation of the measured data has been
developed. Several working equations for calculating
the viscosity have been implemented. Furthermore a
new approach has been used for detecting the damping
of the oscillation of the pendulum containing the
liquid sample.
The viscosity of aluminium-nickel melts have been
measured successfully. The measured values are in
good agreement with the little number of known
values. A good agreement with values calculated
from diffusion experiments and computer simulations
was observed as well. Several models for calculating
the viscosity of liquid alloys have been tested and
compared with the experimental values measured in
this work. Not all the tested models can predict
the viscosity values of aluminium-nickel melts
plausibly.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:19223 |
| Date | 29 October 2009 |
| Creators | Kehr, Mirko |
| Contributors | Hoyer, Walter, Egry, Ivan, Technische Universität Chemnitz |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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