Anomalous crystal growth in undercooled melts of Al-Ni and Cu-Zr alloy
Final Report Abstract
Die Wachstumsanomalie (sinkende Wachstumsrate mit steigender Unterkühlung), die in Experimenten unter terrestrischen Bedingungen und eingeschränkt auch unter Schwerelosigkeit in Al-reichen Al-Ni-Legierungen beobachtet worden war, wurde systematisch untersucht. Zunächst wurde in Experimenten auf der internationalen Raumstation ISS festgestellt, dass die mit Hilfe der Hochgeschwindigkeitskamera beobachtete Wachstumsfront keine dendritische Erstarrungsfront ist, sondern sich aus sich sukzessive bildenden Keimen zusammensetzt. Eine quantitative Auswertung verschiedener Serien von Experimenten zeigt, dass die Entfernung der sich bildenden Keime nach einem Anfangsübergang über die Zeit konstant ist. Die höchste Keimbildungsrate wurde bei den niedrigsten Unterkühlungen beobachtet, was zunächst der gängigen Theorie einer steigenden Keimbildungsrate mit größer werdender Unterkühlung widerspricht. In den Experimenten wurde auch die Entfernung der Keime zueinander einer Messung zugänglich, wobei diese mit steigender Unterkühlung ebenfalls steigt. Als Erklärung der Wachstumsanomalie wird nun angenommen, dass die sich bei hohen Unterkühlungen zuallererst bildenden Keime sehr rasch wachsen, dabei latente Wärme freisetzen und somit die weitere Keimbildungsrate verlangsamen. Damit ist die Fragestellung des anomalen Wachstums, die über eine Zeit von mehr als 10 Jahren von mehreren Arbeitsgruppen untersucht wurde, weitgehend erklärt.
Publications
- (2019) “Modeling of Fluid Flow Effects on Experiments Using Electromagnetic Levitation in Reduced Gravity”, In: G. Lambotte, J. Lee, A. Allanore, S. Wagstaff (eds) Materials Processing Fundamentals The Minerals, Metals & Materials Series. Springer, Cham 171-180
G. Bracker, X. Xiao, J.H. Lee, M. Reinartz, S. Burggraf, D.M. Herlach, M. Rettenmayr, D. Matson, R.W. Hyers
(See online at https://doi.org/10.1007/978-3-030-05728-2_16) - (2019). “Dendrite Growth in undercooled Al-rich Al-Ni melts measured on Earth and in Space”, Physical Review Materials 3, 073402
D.M. Herlach, S. Burggraf, M. Reinartz, P.K. Galenko, M. Rettenmayr, Ch.A. Gandin, H. Henein, A. Mullis, A. Ilbagi, J. Valloton
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.3.073402) - (2020). ”The effect of flow regime on surface oscillations during electromagnetic levitatio experiments”, High Temperatures- High Pressures 49, 49-60
G. Bracker, E.B. Baker, J. Nawer, M.E. Sellers, A.K. Gangopadhyay, K.F. Kelton, X. Xiao, J. Lee, M. Reinartz, S. Burggraf, D.M. Herlach, M. Rettenmayr, D. Matson, R.W. Hyers
(See online at https://doi.org/10.32908/hthp.v49.817)
