El 2020 marca l'inici d'una nova dècada d'exploració i innovació espacial, en la qual els aliatges que contenen níquel tenen un paper important en moltes aplicacions, com ara la fabricació de coets, rodes i catalitzadors.
SpaceX, una empresa dedicada a la fabricació d'equips aeroespacials i al transport espacial repetible, utilitza un acer inoxidable 304 (S30400) que conté níquel per fabricar naus estel·lars i coets súper pesats.
El cost és més baix en comparació amb la fibra de carboni, que costa més de 60 vegades més per quilogram. També és molt més resistent a la calor que la fibra de carboni o altres metalls, de manera que requereix molt menys, o possiblement, aïllament.
Mentrestant, la NASA està explorant una altra aplicació potencial per a materials que contenen níquel a les rodes de la sonda. Les rodes de goma no són pràctiques a la Lluna o a Mart, de manera que les rodes lunars originals de l'Apol·lo estaven fetes d'acer de molla, però les rodes d'acer de molla de les rodes grans i pesades dissenyades per utilitzar-les a Mart es deformarien. Per resoldre aquest problema, la NASA està desenvolupant un pneumàtic de malla metàl·lica fet d'aliatge de níquel-titani, que té propietats de memòria de forma i pot suportar 30 vegades la deformació d'una roda d'acer de molla.
Equipada amb un motor de coets Raptor, la nau espacial SpaceX és una de les primeres naus estel·lars que funciona amb metà líquid i oxigen líquid i està dissenyada per durar 1,000 usos. El metà va ser escollit per fer combustible de coets a Mart per al viatge de tornada. El metà es pot produir utilitzant diòxid de carboni i hidrogen mitjançant la reacció de Chabatier, en la qual l'hidrogen reacciona amb el diòxid de carboni mitjançant un catalitzador a alta temperatura (la temperatura òptima és de 300-400 graus) i alta pressió per generar metà i aigua. Un d'aquests catalitzadors que es pot utilitzar és el níquel.
L'atmosfera marciana és un 95 per cent de diòxid de carboni, i la NASA ha confirmat la presència d'aigua a Mart, les matèries primeres necessàries per generar metà i oxigen per als propulsors de coets i oxigen perquè els astronautes puguin respirar. Els materials que contenen níquel també són necessaris per la temperatura ambient més baixa del planeta vermell i les baixes temperatures necessàries per generar metà liquat, hidrogen i oxigen.
Aliatge de níquel-coure K-500 (N05500)té una ductilitat excel·lent a baixes temperatures i és resistent a la flama en oxigen pur. Això la converteix en l'opció preferida per a una bomba de reforç d'oxigen que subministra oxigen als motors de coets.
Amb la seva alta resistència i duresa,Aliatge 718 (N07718)és un aliatge de níquel-crom endurible per precipitació que s'utilitza en turborreactors d'avions, motors de coets i recipients a pressió, i pot suportar temperatures baixes de fins a -250 graus. Però les propietats de l'aliatge 718 fan que sigui més difícil de mecanitzar i de formar que altres materials. Els processos de fosa d'inversió poden ser problemàtics perquè l'aliatge 718 és susceptible a la porositat, la segregació i la mida del gra extremadament gruixut, la qual cosa requereix passos de processament posteriors.
Quina és la solució? La impressió 3D pot utilitzar de manera més eficient aliatges basats en níquel com els aliatges 718 en aplicacions d'alt rendiment amb dissenys complexos.
La impressió 3D facilita el processament de l'aliatge 718 i conserva bé les propietats del material. El procés evita la soldadura i el mecanitzat, reduint així molt els residus de material. Els beneficis d'aquest mètode de fabricació es van demostrar mitjançant la impressió en 3D d'un prototip d'un motor de coet d'aliatge 718. El prototip va ser dissenyat completament mitjançant intel·ligència artificial i desenvolupat per Hyperganic Software a Alemanya.
A diferència dels motors de coets convencionals, que consisteixen en components dissenyats i muntats individualment, el prototip imprès en 3D és un tot continu. Conté la cambra de combustió on es cremen el combustible i l'oxidant, i els canals superficials que fan circular el combustible per refredar la cambra de combustió i evitar el sobreescalfament. El mètode de construcció monolític garanteix el pes més lleuger i la refrigeració més eficient per al millor rendiment d'un coet determinat. El projecte de coets Vulcan II de la Universitat de Califòrnia, San Diego, també utilitza la impressió 3D per fabricar el motor de coets d'aliatge Ignus II 718. Per a cada nova aplicació en el futur, el níquel ajudarà l'exploració espacial a anar més enllà.
