1 Wert extrem korrosionsbeständiger Metallwerkstoffe
Im Orbit müssen Raumschiffe mit verschiedenen feindlichen Bedingungen wie erheblichen Temperaturschwankungen, hoher Strahlung, Mikrogravitation und kosmischem Staub zu kämpfen haben. Unter ihnen ist Korrosion eines der Hauptelemente, die die Lebensdauer und Leistung von Raumfahrzeugen beeinflussen. Korrosion verringert nicht nur die Materialqualität, sondern könnte auch zu strukturellen Schäden führen und damit den sicheren Betrieb von Raumfahrzeugen gefährden. Daher ist die Wahl hochkorrosionsbeständiger Metallmaterialien ein notwendiger Weg, um den langfristigen, stabilen Betrieb von Raumfahrzeugen in anspruchsvollen Umgebungen zu gewährleisten.
2 Zwei praktische Beispiele für extrem korrosionsbeständige Metallwerkstoffe
Titanlegierung
Aufgrund ihrer großen Festigkeit, geringen Dichte und hervorragenden Korrosionsbeständigkeit wird Titanlegierung häufig in Raumschiffkomponenten eingesetzt. Bei wichtigen Teilen wie Flügeln, Rumpf und Triebwerken von Raumfähren erhöhen Titanlegierungen beispielsweise die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Komponenten erheblich und erhöhen so die Lebensdauer des Raumfahrzeugs. Darüber hinaus verfügt Titanlegierung über eine außergewöhnliche Biokompatibilität und wird daher häufig bei der Herstellung medizinischer Werkzeuge und Wohnräume für Astronauten in bemannten Raumfahrtprojekten eingesetzt.
Legierung auf Nickelbasis
Perfekte Materialien für Wärmeschutzsysteme und Triebwerkskomponenten von Raumschiffen sind Legierungen auf Nickelbasis, da sie eine hervorragende Hochtemperaturleistung und Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Legierungen auf Nickelbasis können bei hohen Temperaturen stabile mechanische Eigenschaften und eine gute Oxidationsbeständigkeit beibehalten und so Komponentenversagen aufgrund von Hochtemperaturkorrosion verhindern. Darüber hinaus bieten Nickelbasislegierungen hervorragende Schweiß- und Verarbeitungseigenschaften, was die Herstellung kompliziert geformter Bauteile erleichtert.
reiner Stahl
Aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit findet Edelstahl im Raumschiffbau seinen Platz. Insbesondere in Treibstofftanks, Rohrleitungssystemen und Befestigungselementen von Raumfahrzeugen erhöht der Einsatz von Edelstahl die Korrosionsbeständigkeit der Komponenten und die Lebensdauer erheblich. Darüber hinaus eignet sich Edelstahl für die Herstellung von Komponenten, die bei sehr niedrigen Temperaturen betrieben werden, da er eine hohe Kältebeständigkeit aufweist.
Aluminium-Li-Legierung
Eine moderne, leichte, hochfeste Legierung mit großer Korrosionsbeständigkeit und Ermüdungsfestigkeit ist die Aluminium-Lithium-Legierung. Für Teile wie Flügeloberflächen, Rumpf und Kabinenwände finden Aluminium-Lithium-Legierungen große Anwendung im Raumschiffbau. Die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit von Aluminium-Lithium-Legierungen können durch die Optimierung der Legierungszusammensetzung und der Wärmebehandlungstechnik weiter verbessert werden und so den Anforderungen von Raumfahrzeugen an geringes Gewicht und hohe Leistung gerecht werden.
3 Der Trend in der Entwicklung hochkorrosionsbeständiger Metallwerkstoffe
Die Entwicklung hochkorrosionsbeständiger Metallwerkstoffe folgt angesichts der kontinuierlichen Verbesserung der Luft- und Raumfahrttechnik und der wachsenden Anforderungen an die Leistung von Raumfahrzeugen den folgenden Trends:
Weitere Verbesserung der Materialeigenschaften
Die Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit hochkorrosionsbeständiger Metallwerkstoffe kann durch die Optimierung der Legierungszusammensetzung, die Verbesserung der Wärmebehandlungsmethoden und der Oberflächenbehandlungsverfahren weiter gesteigert werden. Dies wird den Anforderungen schwieriger und feindlicher Weltraumbedingungen gerecht und trägt dazu bei, die Leistung und Lebensdauer von Raumfahrzeugkomponenten zu verbessern.
Dünnes Design
Bei gleichzeitig hoher Korrosionsbeständigkeit ist Leichtbau ein wichtiger Trend im Raumschiffbau. Moderne Fertigungstechnologien und neue leichte, hochfeste Legierungen tragen dazu bei, das Gewicht von Raumfahrzeugen zu senken und die Flugeffizienz und Frachtkapazität zu erhöhen.
Vielfältige Materialien
Da Weltraummissionen unterschiedlich sind, variieren auch die funktionalen Anforderungen an Raumfahrzeugkomponenten. Hochkorrosionsbeständige Metallmaterialien werden in Zukunft multifunktional sein – d. h. Korrosionsbeständigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit, Strahlungsbeständigkeit und Biokompatibilität –, um den Anpassungsanforderungen von Raumschiffen an anspruchsvolle Umgebungen gerecht zu werden.
Umweltschutz und Nachhaltigkeit
Bei der Erforschung und Anwendung hochkorrosionsbeständiger Metallwerkstoffe wird im Rahmen des weltweiten Abkommens über Umweltschutz und Nachhaltigkeit auch der Umweltschutz und die Nachhaltigkeit stärker berücksichtigt. Eine umweltfreundliche Produktion wird erreicht, indem der Energieverbrauch und die Emissionen bei der Materialaufbereitung durch umweltfreundliche Aufbereitungstechniken und Recyclingtechnologie gesenkt werden.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-titanium-parts-for-aerospace.html