2020년은 니켈 함유 합금이 로켓, 바퀴 및 촉매 제조를 포함한 많은 응용 분야에서 중요한 역할을 하는 우주 탐사 및 혁신의 새로운 10년이 시작되는 해입니다.
항공우주 장비 제조 및 반복 가능한 우주 운송에 전념하는 회사인 SpaceX는 니켈 함유 304(S30400) 스테인리스 스틸을 사용하여 우주선과 초대형 로켓을 제조합니다.
킬로그램당 60배 이상 비싼 탄소섬유에 비해 비용이 저렴하다. 또한 탄소 섬유나 다른 금속보다 내열성이 훨씬 뛰어나므로 단열재가 훨씬 적거나 필요합니다.
한편, NASA는 프로브 휠에서 니켈 함유 물질에 대한 또 다른 잠재적 응용 분야를 모색하고 있습니다. 고무 바퀴는 달이나 화성에서 비실용적이므로 원래 Apollo 달 탐사선 바퀴는 스프링 강철로 만들어졌지만 화성에서 사용하도록 설계된 크고 무거운 바퀴의 스프링 강철 바퀴는 변형됩니다. 나사는 이 문제를 해결하기 위해 형상기억 특성을 갖고 스프링 스틸 휠의 30배 변형에 대처할 수 있는 니켈-티타늄 합금으로 만든 메탈 메쉬 타이어를 개발하고 있다.
Raptor 로켓 엔진이 장착된 SpaceX Starship은 액체 메탄과 액체 산소로 구동되는 최초의 우주선 중 하나이며 1,000 사용하도록 설계되었습니다. 귀환 여행을 위해 화성에서 로켓 연료를 만들기 위해 메탄이 선택되었습니다. 메탄은 고온(최적 온도는 300-400도) 고압에서 수소가 촉매를 통해 이산화탄소와 반응하여 메탄과 물을 생성하는 샤바티에 반응(Chabatier reaction)을 통해 이산화탄소와 수소를 이용하여 생성할 수 있다. 사용될 수 있는 그러한 촉매 중 하나는 니켈이다.
화성의 대기는 95%가 이산화탄소이며 NASA는 로켓 부스터용 메탄과 산소, 우주 비행사가 호흡할 수 있는 산소를 생성하는 데 필요한 원료인 화성에 물이 존재함을 확인했습니다. 니켈 함유 물질은 또한 붉은 행성의 낮은 주변 온도와 액화 메탄, 수소 및 산소를 생성하는 데 필요한 낮은 온도로 인해 필요합니다.
니켈-구리 합금 K-500(N05500)저온에서 우수한 연성을 가지며 순수한 산소에서 난연성입니다. 이것은 로켓 엔진에 산소를 공급하는 산소 부스터 펌프에 선호되는 선택입니다.
높은 강도와 인성으로,합금 718(N07718)항공기 터보제트, 로켓 엔진 및 압력 용기에 사용되는 석출 경화성 니켈-크롬 합금이며 -250도까지의 저온을 처리할 수 있습니다. 액화 가스 및 부스트 달성. 그러나 합금 718의 특성으로 인해 다른 재료보다 가공 및 성형이 더 어렵습니다. Alloy 718은 다공성, 편석 및 극도로 조대한 입자 크기에 민감하여 후속 처리 단계가 필요하기 때문에 투자 주조 공정은 문제가 될 수 있습니다.
해결 방법이 무엇입니까? 3D 프린팅은 복잡한 디자인의 고성능 애플리케이션에서 718 합금과 같은 니켈 기반 합금을 보다 효율적으로 활용할 수 있습니다.
3D 프린팅은 합금 718을 더 쉽게 처리하고 재료 특성을 잘 유지합니다. 이 공정은 용접 및 기계 가공을 방지하여 재료 낭비를 크게 줄입니다. 이 제조 방법의 이점은 718 합금 로켓 엔진의 프로토타입을 3D 프린팅하여 입증되었습니다. 프로토타입은 전적으로 인공 지능을 통해 설계되었으며 독일의 Hyperganic Software에서 개발했습니다.
개별적으로 설계되고 조립된 구성 요소로 구성된 기존의 로켓 엔진과 달리 3D 프린팅 프로토타입은 연속적인 전체입니다. 여기에는 연료와 산화제가 연소되는 연소실과 연소실을 냉각하고 과열을 방지하기 위해 연료를 순환시키는 표면 채널이 포함됩니다. 모놀리식 공법으로 주어진 로켓의 최고 성능을 위해 가장 가벼운 무게와 가장 효율적인 냉각을 보장합니다. 캘리포니아 대학교 샌디에이고의 Vulcan II 로켓 프로젝트도 3D 프린팅을 사용하여 Ignus II 718 합금 로켓 엔진을 만듭니다. 미래의 모든 새로운 응용 분야에서 니켈은 우주 탐사가 더 나아가도록 도울 것입니다.
