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【镍国际论坛】镍铜合金在太空中的应用

众所周知,全世界镍产量的70%左右用于不锈钢生产。不锈钢是1912年一些研究人员发现的,但耐腐蚀镍基合金的发现时间更早。1906年,加拿大国际镍业公司(INCO)开发的一种镍铜(Ni-Cu)合金获得专利。该合金目前已经发展成一组被称作Monel的镍合金,其中三分之二是镍、三分之一是铜。

镍铜合金的强度高于纯镍,在多种非氧化性酸和碱性环境(包括迅速流动的海水)中表现出优良的耐腐蚀性。镍铜合金可以在直至沸点的温度范围内很好地耐受各种浓度的氢氟酸,而且可以在还原条件下耐受各种形式的硫酸和盐酸。

镍铜合金在高氧环境中还具有优良的耐氧化性(耐燃烧性),在0℃以下和最高550℃(1020℉)的温度下具有优良的机械性质。镍铜合金很容易通过热加工、冷加工、机械加工和焊接进行制作。镍铜合金最著名的种类是合金400(N04400)。合金400只能通过冷加工硬化,但1924年添加铝和钛之后生成了一种强度更高的时效硬化种类,即K-500(N05500)。通过γ相颗粒的沉积,其屈服强度达到了690兆帕(100千磅/平方英寸),比合金400(N04400)高约3倍。

镍铜合金存在于各种太空应用的管道、棒材和线材中。镍铜合金在氧气中的天然抗燃性、在0℃以下温度下的优良性质和K-500的高强度,让这种合金成为富氧液化燃料火箭发动机(例如蓝色起源BE-4)氧化器侧涡轮泵的一种重要制作材料。

蓝色起源利用三维增材制造来制造Ox增压泵(OBP)的很多关键部件。它的外壳是一个打印铝部件,而且水轮机的各级都用K-500打印而成。这种制造方法可以将复杂的内部流动通道集成在外壳,而采用常规方法制造这种外壳的难度则要大得多。水轮机喷嘴和转子也是三维打印而成,只需少量机器加工就能达到所需的配合度。

即使在今天,一个多世纪前开发的镍铜合金也在高要求的前沿应用中发挥着至关重要的作用。

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