2020 az űrkutatás és innováció új évtizedének kezdetét jelenti, amelyben a nikkeltartalmú ötvözetek számos alkalmazásban fontos szerepet játszanak, beleértve a rakéta-, kerék- és katalizátorgyártást.
A SpaceX, az űrhajózási berendezések gyártásával és megismételhető űrszállítással foglalkozó vállalat nikkeltartalmú 304 (S30400) rozsdamentes acélt használ csillaghajók és szupernehéz rakéták gyártásához.
A költség alacsonyabb a szénszálhoz képest, amely kilogrammonként több mint 60-szor többe kerül. Sokkal hőállóbb is, mint a szénszál vagy más fémek, ezért sokkal kevesebb, vagy esetleg egyenletes szigetelést igényel.
Eközben a NASA egy másik lehetséges alkalmazási lehetőséget kutat a szondakerekekben lévő nikkeltartalmú anyagok számára. A gumikerekek nem praktikusak a Holdon vagy a Marson, ezért az eredeti Apollo holdjáró kerekei rugóacélból készültek, de a Marson való használatra tervezett nagy és nehéz kerekek rugóacél kerekei deformálódtak. A probléma megoldására a NASA nikkel-titán ötvözetből készült fémhálós abroncsot fejleszt, amely alakmemóriával rendelkezik, és a rugóacél kerék 30-szoros deformációjával képes megbirkózni.
A Raptor rakétahajtóművel felszerelt SpaceX Starship egyike az első folyékony metánnal és folyékony oxigénnel hajtott csillaghajóknak, és 1,{1}} felhasználásra tervezték. A metánt választották rakéta-üzemanyag előállítására a Marson a visszaúthoz. Metán előállítható szén-dioxid és hidrogén felhasználásával a Chabatier-reakció során, amelyben a hidrogén katalizátoron keresztül magas hőmérsékleten (az optimális hőmérséklet 300-400 fok) és nagy nyomáson reagál szén-dioxiddal, metán és víz képződéséhez. Az egyik ilyen használható katalizátor a nikkel.
A marsi légkör 95 százaléka szén-dioxid, és a NASA megerősítette a víz jelenlétét a Marson, amely nyersanyag a metán és az oxigén előállításához szükséges a rakétaerősítőkhöz, valamint oxigén előállításához az űrhajósok légzéséhez. Nikkeltartalmú anyagokra a vörös bolygó alacsonyabb környezeti hőmérséklete és a cseppfolyósított metán, hidrogén és oxigén előállításához szükséges alacsony hőmérséklet miatt is szükség van.
Nikkel-réz ötvözet K-500 (N05500)alacsony hőmérsékleten kiváló alakíthatósággal rendelkezik, és tiszta oxigénben lángálló. Emiatt ez az előnyben részesített választás az oxigén-fokozó szivattyúhoz, amely a rakétahajtóműveket látja el oxigénnel.
Nagy szilárdságának és szívósságának köszönhetőenAlloy 718 (N07718)egy csapadékkal edzhető nikkel-króm ötvözet, amelyet repülőgépek turbósugárhajtóműveiben, rakétahajtóműveiben és nyomástartó edényeiben használnak, és akár -250 fokig is képes kezelni az alacsony hőmérsékletet. Cseppfolyósítsa a gázt és fokozza a teljesítményt. A 718-as ötvözet tulajdonságai azonban megnehezítik a megmunkálását és formázását, mint más anyagok. A befektetési öntési folyamatok problémásak lehetnek, mivel a 718-as ötvözet érzékeny a porozitásra, szegregációra és rendkívül durva szemcseméretre, ami további feldolgozási lépéseket tesz szükségessé.
Mi a megoldás? A 3D nyomtatás hatékonyabban tudja hasznosítani a nikkel alapú ötvözeteket, például a 718-as ötvözeteket a nagy teljesítményű, összetett tervezésű alkalmazásokban.
A 3D nyomtatás megkönnyíti a 718-as ötvözet feldolgozását, és jól megőrzi az anyag tulajdonságait. Az eljárás során elkerülhető a hegesztés és a megmunkálás, így nagymértékben csökken az anyagpazarlás. Ennek a gyártási módszernek az előnyeit egy 718-as ötvözetű rakétamotor prototípusának 3D-s nyomtatásával mutatták be. A prototípust teljes egészében mesterséges intelligencia segítségével tervezték, és a németországi Hyperganic Software fejlesztette ki.
A hagyományos rakétahajtóművekkel ellentétben, amelyek egyedileg tervezett és összeszerelt alkatrészekből állnak, a 3D-nyomtatott prototípus egy folyamatos egész. Tartalmazza az égésteret, ahol az üzemanyag és az oxidálószer ég, valamint az üzemanyagot keringető felületi csatornákat, amelyek hűtik az égésteret és elkerülik a túlmelegedést. A monolit konstrukciós módszer garantálja a legkisebb súlyt és a leghatékonyabb hűtést az adott rakéta legjobb teljesítménye érdekében. A San Diego-i Kaliforniai Egyetem Vulcan II rakétaprojektje szintén 3D-s nyomtatást használ az Ignus II 718 ötvözetű rakétamotor elkészítéséhez. A jövőben minden új alkalmazásnál a nikkel segíti az űrkutatást.
