2020 marchează începutul unui nou deceniu de explorare și inovare spațială, în care aliajele care conțin nichel joacă un rol important în multe aplicații, inclusiv în fabricarea de rachete, roți și catalizatori.
SpaceX, o companie dedicată producției de echipamente aerospațiale și transportului spațial repetabil, folosește un oțel inoxidabil 304 (S30400) care conține nichel pentru a produce nave spațiale și rachete super-grele.
Costul este mai mic în comparație cu fibra de carbon, care costă de peste 60 de ori mai mult pe kilogram. Este, de asemenea, mult mai rezistent la căldură decât fibra de carbon sau alte metale, așa că necesită mult mai puțină, sau poate chiar, izolație.
Între timp, NASA explorează o altă aplicație potențială pentru materialele care conțin nichel în roțile sondei. Roțile de cauciuc nu sunt practice pe Lună sau pe Marte, așa că roțile originale ale roverului lunar Apollo au fost fabricate din oțel cu arc, dar roțile din oțel cu arc de pe roțile mari și grele concepute pentru a fi utilizate pe Marte s-ar deforma. Pentru a rezolva această problemă, NASA dezvoltă o anvelopă cu plasă metalică din aliaj de nichel-titan, care are proprietăți de memorie a formei și poate face față unei deformări de 30 de ori mai mari decât o roată de oțel cu arc.
Echipată cu un motor de rachetă Raptor, SpaceX Starship este una dintre primele nave spațiale alimentate cu metan lichid și oxigen lichid și este proiectată să reziste 1,000 utilizări. Metanul a fost ales pentru a produce combustibil pentru rachete pe Marte pentru călătoria de întoarcere. Metanul poate fi produs folosind dioxid de carbon și hidrogen prin reacția Chabatier, în care hidrogenul reacționează cu dioxidul de carbon printr-un catalizator la temperatură înaltă (temperatura optimă este de 300-400 grade ) și presiune ridicată pentru a genera metan și apă. Un astfel de catalizator care poate fi utilizat este nichelul.
Atmosfera marțiană este 95 la sută dioxid de carbon, iar NASA a confirmat prezența apei pe Marte, a materiilor prime necesare pentru a genera metan și oxigen pentru rachete și oxigen pentru ca astronauții să respire. Materialele care conțin nichel sunt necesare și de temperatura ambientală mai scăzută a planetei roșii și de temperaturile scăzute necesare pentru a genera metan lichefiat, hidrogen și oxigen.
Aliaj nichel-cupru K-500 (N05500)are o ductilitate excelentă la temperaturi scăzute și este rezistent la flacără în oxigen pur. Acest lucru o face alegerea preferată pentru o pompă de rapel de oxigen care furnizează oxigen motoarelor de rachete.
Datorită rezistenței și tenacității sale ridicate,Aliaj 718 (N07718)este un aliaj de nichel-crom care se întărește prin precipitații, utilizat în turboreactoarele de avioane, motoarele de rachetă și vasele sub presiune și poate face față la temperaturi scăzute de până la -250 grade. Gaz lichefiat și obține un impuls. Dar proprietățile aliajului 718 îl fac mai dificil de prelucrat și de format decât alte materiale. Procesele de turnare prin investiție pot fi problematice deoarece aliajul 718 este susceptibil la porozitate, segregare și dimensiunea granulelor extrem de grosiere, necesitând etapele ulterioare de prelucrare.
Care este solutia? Imprimarea 3D poate utiliza mai eficient aliajele pe bază de nichel, cum ar fi aliajele 718, în aplicații de înaltă performanță cu design complexe.
Imprimarea 3D facilitează procesarea aliajului 718 și păstrează bine proprietățile materialului. Procesul evită sudarea și prelucrarea, reducând astfel considerabil risipa de material. Beneficiile acestei metode de fabricare au fost demonstrate prin imprimarea 3D a unui prototip de motor de rachetă din aliaj 718. Prototipul a fost proiectat în întregime prin inteligență artificială și dezvoltat de Hyperganic Software în Germania.
Spre deosebire de motoarele de rachetă convenționale, care constau din componente proiectate și asamblate individual, prototipul imprimat 3D este un întreg continuu. Conține camera de ardere în care arde combustibilul și oxidantul și canale de suprafață care circulă combustibilul pentru a răci camera de ardere și pentru a evita supraîncălzirea. Metoda de construcție monolitică garantează cea mai ușoară greutate și cea mai eficientă răcire pentru cea mai bună performanță a unei anumite rachete. Proiectul de rachetă Vulcan II de la Universitatea din California, San Diego, folosește, de asemenea, imprimarea 3D pentru a realiza motorul de rachetă din aliaj Ignus II 718. Pentru fiecare nouă aplicație din viitor, nichelul va ajuta explorarea spațiului să meargă mai departe.
