三维打印和镍助我们圆太空梦

2019年12月19日 14:26 18217次浏览 来源:   分类: 镍资讯

导读: 含镍合金能够经受太空航行所需的巨大热量和压力。

近年来,为航天飞机生产合格替代者――一种经济上可负担的太空航行工具――的梦想已经越来越接近实现。

640.webp

美国国家航空航天局(NASA)从2006年开始与多家公司合作,开发运送货物和人员进入低地球轨道的能力。几家美国公司参与了这项工作,现在已经接近使有效载荷和乘客进入太空的阶段,其中采用含镍合金部署了经济的(某些情形下可重复使用)发射平台。

三维打印及镍合金用于制造过程

Space-X(由特斯拉CEO埃隆·马斯克创办)、Blue Origin(由亚马逊集团巨头杰夫·贝佐斯创办)和公开上市的Aerojet Rocketdyne这三家公司以增材制造(三维打印)方式生产火箭的关键部件。在火箭设计和制造领域,三维打印相对于传统制造方式有一些独特的优势。一个重要的优点是它能降低复杂零件的生产成本。据NASA称,成本降低的一个关键要素就是尽可能减少零件数目。在Aerojet生产的一种发动机中,打印组件只需要生产三个单独的零件,而原来则需要100个以上。含镍合金能够经受太空航行所需的巨大热量和压力。

640.webp (1)

Space-X公司(2014年7月出版的《镍杂志》第29卷第2期中提到过)利用三维打印生产发动机舱。

同样,Blue Origin公司正采用含镍合金Monel? K-500(UNS K05500)生产下一代液态天然气驱动火箭发动机(BE-4)。

640.webp (2)

Blue Origin公司在新式水力涡轮机的所有生产阶段采用增材打印方式,包括一些非常复杂的发动机流动通道。Monel®  K-500合金主要由镍(约占三分之二)和铜(略少于三分之一)组成,有少量铝和钛,可以通过沉淀硬化机理提高强度。

第一台Blue Origin BE-4发动机现已装配完毕,很快会有更多发动机推出。最终将有8台发动机安装在该公司生产的270多英尺长“新格伦”火箭上,可以运送大量的有效载荷和乘客进入轨道。

含镍合金能够经受太空航行所需的巨大热量和压力。

高速列车中的含镍不锈钢

640.webp (3)

通往哥本哈根的道路上Pepparholmen厄勒海峡大桥上行驶的X2000列车Stefan Nilsson

瑞典X2000列车

上世纪80年代末,瑞典SJ国家铁路公司订购高速列车时提出的需求是一种能保证长期安全、舒适和经济的解决方案,而且维护费用较低、使用寿命较长。为此,通过冷加工以提高强度的304型含镍不锈钢(UNS S30400,一种奥氏体合金)成为X2000快速列车坚固车架的最佳选择。

X2000列车由ABB集团生产,于1990年到1998年间投入使用。列车车架的首选材料是奥托昆普公司生产的不锈钢。

X2000列车采用特殊设计,包括倾摆系统和径向转向架,可以在弯曲轨道上达到每小时200公里的高速,同时不影响乘客的舒适和安全。这款车架具有很高的抗弯刚度,可以减小振动并提高乘坐舒适度。另外,304型不锈钢还具有优良的耐碰撞冲击性,从而提高了乘客的安全性。

列车主要在斯德哥尔摩、哥本哈根和哥德堡等大城市之间运营。ABB集团经过详尽的寿命周期分析决定采用不锈钢作为车架材料,通过计算发现从长期来看,不锈钢比铝钢或碳钢更轻盈、更安全、更经济。例如,每辆列车在30年内可以节省约10万瑞典克郎(目前约合17,500美元)的维护费用,而每辆列车与碳钢相比重量减轻20%左右。车身更轻盈意味着驱动列车所需的能量较少,从而实现了显著的节能:每辆列车30年可以节省约800,000千瓦时的能耗。

经过二十年的运营,这些列车正在进行全面的技术和内部升级。但原始不锈钢车架完好如新,预计还能使用二十年。通过X2000升级项目,整个车队有望在2018年前恢复运营,而且可靠性和舒适度更胜从前。这个应用突显了选择材料时从寿命周期角度进行考量的重要性。同时考察成本和环境影响并选择适当等级的不锈钢是一种行之有效的办法。

从长期来看,不锈钢比铝钢或碳钢更轻盈、更安全、更经济。

责任编辑:付宇

如需了解更多信息,请登录中国有色网:www.cnmn.com.cn了解更多信息。

中国有色网声明:本网所有内容的版权均属于作者或页面内声明的版权人。
凡注明文章来源为“中国有色金属报”或 “中国有色网”的文章,均为中国有色网原创或者是合作机构授权同意发布的文章。
如需转载,转载方必须与中国有色网( 邮件:mqk@cnmn.com.cn 或 电话:010-63971479)联系,签署授权协议,取得转载授权;
凡本网注明“来源:“XXX(非中国有色网或非中国有色金属报)”的文章,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不构成投资建议,仅供读者参考。
若据本文章操作,所有后果读者自负,中国有色网概不负任何责任。