2020 marque le début d'une nouvelle décennie d'exploration et d'innovation spatiales, au cours de laquelle les alliages contenant du nickel jouent un rôle important dans de nombreuses applications, notamment la fabrication de fusées, de roues et de catalyseurs.
SpaceX, une entreprise dédiée à la fabrication d'équipements aérospatiaux et au transport spatial reproductible, utilise un acier inoxydable 304 (S30400) contenant du nickel pour fabriquer des vaisseaux spatiaux et des fusées super lourdes.
Le coût est inférieur à celui de la fibre de carbone, qui coûte plus de 60 fois plus cher par kilogramme. Il est également beaucoup plus résistant à la chaleur que la fibre de carbone ou d'autres métaux, il nécessite donc beaucoup moins, voire même, d'isolation.
Pendant ce temps, la NASA explore une autre application potentielle pour les matériaux contenant du nickel dans les roues de sonde. Les roues en caoutchouc ne sont pas pratiques sur la lune ou sur Mars, de sorte que les roues originales du rover lunaire Apollo étaient en acier à ressort, mais les roues en acier à ressort sur de grandes et lourdes roues conçues pour être utilisées sur Mars se déformeraient. Pour résoudre ce problème, la NASA développe un pneu à treillis métallique en alliage nickel-titane, qui possède des propriétés de mémoire de forme et peut supporter 30 fois la déformation d'une roue en acier à ressort.
Équipé d'un moteur de fusée Raptor, le SpaceX Starship est l'un des premiers vaisseaux propulsés par du méthane liquide et de l'oxygène liquide et est conçu pour durer 1 000 utilisations. Le méthane a été choisi pour fabriquer du carburant de fusée sur Mars pour le voyage de retour. Le méthane peut être produit en utilisant du dioxyde de carbone et de l'hydrogène via la réaction de Cabatier, dans laquelle l'hydrogène réagit avec le dioxyde de carbone via un catalyseur à haute température (la température optimale est de 300-400 degré) et à haute pression pour générer du méthane et de l'eau. Un tel catalyseur qui peut être utilisé est le nickel.
L'atmosphère martienne est composée à 95% de dioxyde de carbone et la NASA a confirmé la présence d'eau sur Mars, les matières premières nécessaires pour générer du méthane et de l'oxygène pour les propulseurs de fusée et de l'oxygène pour que les astronautes puissent respirer. Les matériaux contenant du nickel sont également requis par la température ambiante plus basse de la planète rouge et les basses températures requises pour générer du méthane, de l'hydrogène et de l'oxygène liquéfiés.
Alliage nickel-cuivre K-500 (N05500)a une excellente ductilité à basse température et résiste aux flammes dans l'oxygène pur. Cela en fait le choix préféré pour une pompe de surpression à oxygène qui fournit de l'oxygène aux moteurs de fusée.
Avec sa haute résistance et sa ténacité,Alliage 718 (N07718)est un alliage nickel-chrome durcissable par précipitation utilisé dans les turboréacteurs d'avions, les moteurs de fusée et les récipients sous pression, et peut supporter des températures basses jusqu'à -250 degré Liquéfier le gaz et obtenir un boost. Mais les propriétés de l'alliage 718 le rendent plus difficile à usiner et à former que d'autres matériaux. Les processus de moulage à la cire perdue peuvent être problématiques car l'alliage 718 est sensible à la porosité, à la ségrégation et à la granulométrie extrêmement grossière, nécessitant des étapes de traitement ultérieures.
Quelle est la solution? L'impression 3D peut utiliser plus efficacement des alliages à base de nickel tels que les alliages 718 dans des applications hautes performances avec des conceptions complexes.
L'impression 3D facilite le traitement de l'alliage 718 et conserve bien les propriétés du matériau. Le processus évite le soudage et l'usinage, réduisant ainsi considérablement les déchets de matériaux. Les avantages de cette méthode de fabrication ont été démontrés par l'impression 3D d'un prototype de moteur-fusée en alliage 718. Le prototype a été entièrement conçu grâce à l'intelligence artificielle et développé par Hyperganic Software en Allemagne.
Contrairement aux moteurs de fusée conventionnels, qui consistent en des composants conçus et assemblés individuellement, le prototype imprimé en 3D est un tout continu. Il contient la chambre de combustion où brûlent le carburant et l'oxydant, et des canaux de surface qui font circuler le carburant pour refroidir la chambre de combustion et éviter la surchauffe. La méthode de construction monolithique garantit le poids le plus léger et le refroidissement le plus efficace pour les meilleures performances d'une fusée donnée. Le projet de fusée Vulcan II de l'Université de Californie à San Diego utilise également l'impression 3D pour fabriquer le moteur de fusée en alliage Ignus II 718. Pour chaque nouvelle application à venir, le nickel aidera l'exploration spatiale à aller plus loin.
