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2020 年是太空探索和創(chuàng)新的新10年開端，其中含鎳合金在火箭、車輪和催化劑制造等很多應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。

致力于航空航天設(shè)備制造和可重復(fù)太空運(yùn)輸?shù)拿绹?guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX），采用一種含鎳304（S30400）不銹鋼，制造了星際飛船和超重型火箭。與碳纖維相比，成本較低，碳纖維每公斤成本高出60倍以上。與碳纖維或其他金屬相比，它的耐熱性也高得多，因此需要的隔熱材料少得多，甚至有可能不需要隔熱材料。

與此同時(shí)，美國(guó)宇航局正在探測(cè)車輪子中探索含鎳材料的另一種潛在應(yīng)用。橡膠輪在月球或火星上不切實(shí)際，因此最初阿波羅號(hào)登月車的車輪采用彈簧鋼制成，但設(shè)計(jì)在火星上使用的大型和重型車輪上的彈簧鋼車輪會(huì)變形。為了解決這個(gè)問題，美國(guó)宇航局正在開發(fā)一種用鎳鈦合金制成的金屬網(wǎng)輪胎，它具有形狀記憶特性，可以應(yīng)對(duì)30倍的彈簧鋼車輪變形。

SpaceX星際飛船配備了猛禽火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，是采用液態(tài)甲烷和液態(tài)氧驅(qū)動(dòng)的首批星際飛船之一，設(shè)計(jì)壽命為使用1000 次。選擇甲烷是為了在火星上制造火箭燃料供返程使用。可以采用二氧化碳和氫通過沙巴提耶反應(yīng)制造甲烷，其中氫在高溫（最佳溫度為300~400℃）高壓下通過催化劑與二氧化碳反應(yīng)，從而生成甲烷和水。其中一種可以采用的催化劑是鎳。

火星大氣中的二氧化碳含量為95 ％，而美國(guó)宇航局已經(jīng)證實(shí)火星上有水存在，這些都是生成甲烷和氧火箭助推劑以及供宇航員呼吸的氧氣所需原料。這顆紅色星球的較低環(huán)境溫度以及生成液化甲烷、氫和氧所需的低溫也需要含鎳材料。

鎳銅合金K-500（N05500）在低溫下具有優(yōu)良的延展性，而且在純氧中具有耐燃性。這使之成為為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)供氧的氧增壓泵的優(yōu)先選擇。

憑借高強(qiáng)度和高韌性，718合金（N07718）是一種在飛機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的可沉淀硬化鎳鉻合金，也用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和壓力容器，能在最低-250℃的溫度下處理低溫液化氣體并實(shí)現(xiàn)助推。但718合金的性質(zhì)決定了它比其他材料更難機(jī)械加工和成型。熔模鑄造工藝可能存在問題，因?yàn)?18 合金容易受孔隙度、離析和極粗粒徑影響，因此需要后續(xù)加工步驟。

解決方案是什么？三維打印可以在設(shè)計(jì)復(fù)雜的高性能應(yīng)用中更高效地利用鎳基合金，例如718合金。

三維打印可以更加簡(jiǎn)便地加工718合金，而且可以很好地保持材料特性。該工藝避免了焊接和機(jī)械加工，因此極大地減少了材料浪費(fèi)。這種制造方法的好處通過三維打印718合金火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的樣機(jī)得到了證明。該樣機(jī)完全通過人工智能設(shè)計(jì)，并由德國(guó)Hyperganic 軟件公司開發(fā)。

與常規(guī)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)不同——常規(guī)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)由單獨(dú)設(shè)計(jì)并裝配的部件組成，三維打印樣機(jī)是一個(gè)連續(xù)的整體。它包含燃料和氧化劑燃燒的燃燒室，以及讓燃料循環(huán)流動(dòng)以冷卻燃燒室并避免過熱的表面通道。整體式制作方法保證了最輕的重量和最有效的冷卻，使特定火箭達(dá)到最佳性能。加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校的Vulcan II火箭項(xiàng)目，也采用三維打印制作IgnusII 718合金火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。針對(duì)未來每一種新應(yīng)用，鎳都會(huì)助力太空探索更進(jìn)一步。（本文由國(guó)際鎳協(xié)會(huì)提供資料整理而成）