Reaktive Fluide

Mit der Zeit kann Kavitation – also die Bildung und der Zusammenbruch von Gasblasen in Flüssigkeiten – selbst die Oberfläche hochfester Werkstoffe beschädigen. Die Kavitationsbeständigkeit von Materialien wird in der Regel mit Ultraschall-Sonotroden untersucht. Aufgrund der großen Anzahl und der stochastischen Natur der akustisch erzeugten Blasen kann die entstandene Beschädigung im Allgemeinen nicht einzelnen Blasenereignissen zugeordnet werden. Mit Hilfe fokussierter Laserpulse ist es jedoch möglich, einzelne Blasen zu erzeugen, die in Bezug auf Ort und Zeit präzise reproduzierbar sind.

Neben zahlreichen Studien zur Strömungsdynamik kollabierender Blasen untersuchen einige Arbeiten die Auswirkungen solcher Einzelblasen auf eine verformbare feste Oberfläche. Mit wenigen Ausnahmen besteht die Probe aus einem weichen Material, sodass die durch eine einzelne Blase verursachte Verformung mit ihrer Dynamik in Zusammenhang gebracht werden kann. Es ist jedoch unklar, wie diese Ergebnisse auf Materialien mit höherer Festigkeit übertragen werden können. Die Forschung zielt darauf ab, diese Wissenslücke zwischen mikroskopisch unkontrollierten Schäden an technischen Legierungen durch akustische Kavitation einerseits und präzise reproduzierbaren Belastungen auf weichen Materialien durch einzelne Blasen andererseits zu schließen. Eine Reihe von Einzelblasen wird eine definierte, wiederholte Belastung auf Oberflächen von technischen Legierungen ausüben. Die Dynamik jeder Blase wird durch Bildgebung aufgezeichnet, dann wird nach dem Zusammenbruch jeder Blase die inkrementelle Zunahme der Beschädigung in situ durch optische Mikroskopie aufgezeichnet, und dies wird durch hochauflösende ex-situ-Techniken ergänzt, um ein detailliertes Bild der Schadensentwicklung zu erhalten.

Dies ermöglicht es, die Entwicklung von Schäden während der Inkubations- und Erosionsphase in einer bisher unerreichten räumlichen und zeitlichen Auflösung zu untersuchen und die Details der Kollapsprozesse mit Materialveränderungen in Zusammenhang zu bringen. Parallel dazu werden Standardtests mit einer Sonotrode durchgeführt, um diese Schäden mit dem allgemein bekannten Wissen über die Kavitationsbeständigkeit der Materialien in Zusammenhang zu bringen.