2020. aasta tähistab kosmoseuuringute ja innovatsiooni uue kümnendi algust, kus niklit sisaldavad sulamid mängivad olulist rolli paljudes rakendustes, sealhulgas rakettide, rataste ja katalüsaatorite tootmises.
SpaceX, kosmoseseadmete tootmise ja korratava kosmosetranspordiga tegelev ettevõte, kasutab niklit sisaldavat 304 (S30400) roostevaba terast Starshipide ja üliraskete rakettide tootmiseks.
Maksumus on madalam võrreldes süsinikkiuga, mille kilogramm maksab üle 60 korra rohkem. See on ka palju kuumuskindlam kui süsinikkiud või muud metallid, nii et see nõuab palju vähem või isegi ühtlast isolatsiooni.
Vahepeal uurib NASA teist potentsiaalset rakendust niklit sisaldavate materjalide jaoks sondiratastes. Kummist rattad on Kuul või Marsil ebapraktilised, seega valmistati Apollo kuukulguri algsed rattad vedruterasest, kuid Marsil kasutamiseks mõeldud suurte ja raskete rataste vedruterasest rattad deformeeruksid. Selle probleemi lahendamiseks töötab NASA välja nikli-titaani sulamist metallvõrkrehvi, millel on kujumälu omadused ja mis suudab hakkama saada 30 korda suurema deformatsiooniga kui vedruterasest velg.
Raptori rakettmootoriga varustatud SpaceX Starship on üks esimesi vedela metaani ja vedela hapniku jõul töötavaid tähelaevu ning on loodud kestma 1,000 kasutuskorda. Metaan valiti Marsil tagasisõiduks raketikütuse valmistamiseks. Metaani saab toota süsinikdioksiidi ja vesiniku kasutamisega Chabatier' reaktsiooni kaudu, mille käigus vesinik reageerib katalüsaatori kaudu kõrgel temperatuuril (optimaalne temperatuur on 300-400 kraadi) ja kõrgel rõhul süsinikdioksiidiga, tekitades metaani ja vett. Üks selline katalüsaator, mida saab kasutada, on nikkel.
Marsi atmosfäär koosneb 95 protsendist süsinikdioksiidist ja NASA on kinnitanud vee olemasolu Marsil – toorainet, mis on vajalik metaani ja hapniku tootmiseks raketivõimendite jaoks ning hapniku tootmiseks astronautidele hingamiseks. Niklit sisaldavaid materjale nõuab ka punase planeedi madalam ümbritseva õhu temperatuur ja veeldatud metaani, vesiniku ja hapniku tootmiseks vajalikud madalad temperatuurid.
Nikli-vasesulam K-500 (N05500)on suurepärase plastilisusega madalatel temperatuuridel ja leegikindel puhtas hapnikus. See muudab selle eelistatud valikuks hapnikuvõimenduspumba jaoks, mis varustab raketimootoreid hapnikuga.
Oma suure tugevuse ja sitkusega,Alloy 718 (N07718)on sademetega kõvenev nikli-kroomi sulam, mida kasutatakse lennukite turboreaktiivmootorites, rakettmootorites ja surveanumates ning mis talub madalaid temperatuure kuni -250 kraadi. Veelda gaasi ja annab tõuke. Kuid sulami 718 omadused muudavad selle töötlemise ja vormimise raskemaks kui teiste materjalide puhul. Investeerimisvalu protsessid võivad olla problemaatilised, kuna sulam 718 on vastuvõtlik poorsusele, segregatsioonile ja äärmiselt jämedale tera suurusele, mistõttu on vaja järgnevaid töötlemisetappe.
Mis on lahendus? 3D-printimine võib keeruka disainiga suure jõudlusega rakendustes tõhusamalt kasutada niklipõhiseid sulameid, näiteks 718 sulamit.
3D-printimine muudab sulami 718 töötlemise lihtsamaks ja säilitab hästi materjali omadused. Protsess väldib keevitamist ja töötlemist, vähendades seega oluliselt materjali raiskamist. Selle valmistamismeetodi eeliseid demonstreeriti 718 sulamist rakettmootori prototüübi 3D-printimisega. Prototüüp kujundati täielikult tehisintellekti abil ja selle töötas välja Hyperganic Software Saksamaal.
Erinevalt tavalistest rakettmootoritest, mis koosnevad individuaalselt projekteeritud ja kokkupandud komponentidest, on 3D-prinditud prototüüp pidev tervik. See sisaldab põlemiskambrit, kus põlevad kütus ja oksüdeerijad, ning pinnakanaleid, mis tsirkuleerivad kütust, et jahutada põlemiskambrit ja vältida ülekuumenemist. Monoliitne ehitusmeetod tagab antud raketi parima jõudluse jaoks väikseima kaalu ja tõhusaima jahutuse. San Diego California ülikooli raketiprojekt Vulcan II kasutab 3D-printimist ka Ignus II 718 sulamist rakettmootori valmistamiseks. Iga tulevase uue rakenduse puhul aitab nikkel kosmoseuuringutel kaugemale minna.
