Neue Legierungen widerstehen der Sonne

Leoben (MONTANUNI) - Die extreme Teilchenstrahlung der Sonne wirkt zerstörerisch auf Materialien der Raumfahrt. Forscher der Montanuniversität Leoben, der ETH Zürich (CH) und der Universität Huddersfield (GB) haben diese Bedingungen auf der Erde nachgestellt und eine Legierung entdeckt die diesen hohen Belastungen standhält.

Sonneneruptionen können selbst auf der Erde durch Teilchenstrahlung Schäden anrichten. Außerhalb des schützenden Magnetfeldes der Erde - des Van-Allen-Gürtels - ist der Weltraum durch diese Strahlung, das sogenannte "Weltraumwetter", eine extreme und tödliche Umgebung. Trotz der widrigen Bedingungen ist es ein lang gehegter Wunsch der Menschheit, zu den Sternen zu fliegen. Missionen zu entfernten Zielen wie dem Mars stehen auf der Agenda staatlicher Weltraumagenturen und zunehmend auch privater Firmen.

Die Sonne, aufgenommen vom ESA Solar Orbiter. (Solar Orbiter/EUI Team/ ESA & NASA; CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC, ROB, UCL/MSSL)

Aluminium für die Weltraumtechnik

Aufgrund der extremen Bedingungen wird in der Weltraumtechnik oft Metall als Strukturwerkstoff verwendet. "Aluminium ist wegen seiner Leichtigkeit ideal, jedoch zeigen die heutigen Legierungen bei Einwirkung energiereicher Strahlung durch die Auflösung der Härtungsphasen eine unerwünschte Erweichung. Diesem Problem haben wir uns angenommen", erzählt Univ.-Prof. Dr. Stefan Pogatscher vom Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie der Montanuniversität Leoben.

Die Forscher haben kürzlich eine Härtungsphase entdeckt, die sich bei Beschuss mit Teilchenstrahlung nicht auflöst. Diese Phase ist sehr kompliziert aus Magnesium, Zink und Aluminium aufgebaut und überlebt erstaunlicherweise die extremsten Bestrahlungsbedingungen, die die Forscher mittels Ionenbeschleuniger in einem Elektronenmikroskop nachgestellt haben. "Wir vermuten, dass der hohe Phasenanteil und die Komplexität der Phase - sie hat 162 Atome in ihrem kleinsten Baustein - die Ursachen für diese außergewöhnliche Eigenschaft sind", erklärt Dr. Matheus A. Tunes, Experte für die Beobachtung von Strahlenschäden in Materialien an der Montanuniversität.

Basierend auf diesen Beobachtungen zeigen die Forscher in einem aufsehenerregenden Artikel neue Wege für das Design von Legierungen für Weltraumforschung auf. In Leoben möchten sie nun die Materialien für die zukünftige Raumfahrt entwickeln. Die renommierte Zeitschrift Advanced Science hat diesem Vorhaben ein spektakuläres Titelbild gewidmet.