Rok 2020 znamená začiatok nového desaťročia vesmírneho prieskumu a inovácií, v ktorom zliatiny obsahujúce nikel zohrávajú dôležitú úlohu v mnohých aplikáciách vrátane výroby rakiet, kolies a katalyzátorov.
SpaceX, spoločnosť zaoberajúca sa výrobou leteckých zariadení a opakovateľnou vesmírnou dopravou, používa na výrobu hviezdnych lodí a superťažkých rakiet nehrdzavejúcu oceľ 304 (S30400) obsahujúcu nikel.
Náklady sú nižšie v porovnaní s uhlíkovými vláknami, ktoré stoja viac ako 60-krát viac na kilogram. Je tiež oveľa odolnejší voči teplu ako uhlíkové vlákna alebo iné kovy, takže vyžaduje oveľa menej, alebo možno dokonca, izolácie.
Medzitým NASA skúma ďalšiu potenciálnu aplikáciu materiálov obsahujúcich nikel v kolesách sond. Gumené kolesá sú na Mesiaci alebo Marse nepraktické, takže pôvodné kolesá lunárneho roveru Apollo boli vyrobené z pružinovej ocele, ale kolesá z pružinovej ocele na veľkých a ťažkých kolesách určených na použitie na Marse by sa zdeformovali. Na vyriešenie tohto problému NASA vyvíja pneumatiku s kovovou sieťou vyrobenú zo zliatiny niklu a titánu, ktorá má vlastnosti s tvarovou pamäťou a dokáže si poradiť s 30-násobnou deformáciou kolesa z pružinovej ocele.
SpaceX Starship, vybavená raketovým motorom Raptor, je jednou z prvých hviezdnych lodí poháňaných tekutým metánom a tekutým kyslíkom a je navrhnutá tak, aby vydržala 1,{1}} použitia. Metán bol vybraný na výrobu raketového paliva na Marse na spiatočnú cestu. Metán možno vyrobiť pomocou oxidu uhličitého a vodíka prostredníctvom Chabatierovej reakcie, pri ktorej vodík reaguje s oxidom uhličitým prostredníctvom katalyzátora pri vysokej teplote (optimálna teplota je 300-400 stupeň ) a vysokom tlaku za vzniku metánu a vody. Jedným takým katalyzátorom, ktorý možno použiť, je nikel.
Atmosféru Marsu tvorí z 95 percent oxid uhličitý a NASA potvrdila prítomnosť vody na Marse, surovín potrebných na výrobu metánu a kyslíka pre raketové posilňovače a kyslíka pre astronautov na dýchanie. Materiály obsahujúce nikel si vyžaduje aj nižšia okolitá teplota červenej planéty a nízke teploty potrebné na výrobu skvapalneného metánu, vodíka a kyslíka.
Zliatina niklu a medi K-500 (N05500)má vynikajúcu ťažnosť pri nízkych teplotách a je nehorľavý v čistom kyslíku. To z neho robí preferovanú voľbu pre kyslíkové posilňovacie čerpadlo, ktoré dodáva kyslík do raketových motorov.
Vďaka svojej vysokej pevnosti a húževnatosti,Zliatina 718 (N07718)je precipitátovo vytvrditeľná zliatina niklu a chrómu používaná v prúdových lietadlách, raketových motoroch a tlakových nádobách a dokáže zvládnuť nízke teploty až do -250 stupňov Skvapalnenie plynu a dosiahnutie zosilnenia. Vlastnosti zliatiny 718 však sťažujú jej obrábanie a tvarovanie ako iné materiály. Procesy investičného liatia môžu byť problematické, pretože zliatina 718 je náchylná na pórovitosť, segregáciu a extrémne hrubú veľkosť zŕn, čo si vyžaduje následné spracovateľské kroky.
Aké je riešenie? 3D tlač môže efektívnejšie využívať zliatiny na báze niklu, ako sú zliatiny 718, vo vysokovýkonných aplikáciách so zložitým dizajnom.
3D tlač uľahčuje spracovanie zliatiny 718 a dobre zachováva vlastnosti materiálu. Proces sa vyhýba zváraniu a obrábaniu, čím sa výrazne znižuje odpad materiálu. Výhody tejto výrobnej metódy demonštrovala 3D tlač prototypu raketového motora zo zliatiny 718. Prototyp bol navrhnutý výhradne pomocou umelej inteligencie a vyvinutý spoločnosťou Hyperganic Software v Nemecku.
Na rozdiel od bežných raketových motorov, ktoré pozostávajú z individuálne navrhnutých a zostavených komponentov, je prototyp vytlačený 3D tlačou súvislý celok. Obsahuje spaľovaciu komoru, v ktorej horí palivo a okysličovadlo, a povrchové kanály, ktoré cirkulujú palivo na chladenie spaľovacej komory a zabránenie prehriatiu. Monolitický spôsob konštrukcie zaručuje najnižšiu hmotnosť a najefektívnejšie chladenie pre najlepší výkon danej rakety. Projekt rakety Vulcan II na Kalifornskej univerzite v San Diegu tiež využíva 3D tlač na výrobu raketového motora Ignus II 718 zo zliatiny. Pre každú novú aplikáciu v budúcnosti pomôže nikel pokračovať vo vesmírnom prieskume.
