NASA 开发出适用于火箭零部件增材制造的新型特种铜合金

从 2014 年到 2017 年,NASA 完成了全致密 GRCop-84 铜合金燃料膜冷却燃烧室粉末床增材制造技术开发,用于低成本的上面级推进液氧甲烷火箭发动机,并于 2016 年和 2017 年在马歇尔太空飞行中心进行数次成功的热点火试验。在此基础上,NASA 进一步开发 GRCop-42 铜合金及其增材制造技术,这种材料可在保持强度不变的情况下实现更高的导热系数。

NASA 在 Concept Laser M2 增材制造设备上完成了 GRCop-42 增材制造工艺和参数的开发,该设备也曾用于 GRCop-84 开发,并且已证明适用于铜合金。根据 NASA 的数据,2018年初研究人员对 42 个参数进行了初步试验,对 GRCop-42 制造的燃油喷射器面板和燃烧室内衬等部件进行了测试,并发现 GRCop-42 部件性能与传统制造技术相当甚至更优。这项研究证明了 GRCop-42 是一种易于实现增材制造的合金材料,可以制成全致密部件,具有一致的性能,且生产效率高于 GRCop-84,制造周期可缩短 20%。

下一步将对上述研究中已建立的标称参数集进行广泛测试,将使用不同批次的粉末制造大型构件,在验证参数集的同时,排除任何其他外部影响因素,如构建位置、材料批次或供应商等。

美国宇航局格林研究中心开发出一种高性能铜合金,用粉末冶金法制成的这种合金可用于火箭发动机。这种合金牌号为GRCop-84,其组成为Cu-8Cr-4Nb,是一种弥散强化合金。它拥有出色的热导率和高强度,良好的抗蠕变能力,在高温下的低周期疲劳寿命。这种材料用真空感应熔炼和惰性气体雾化技术制成。它可用于火箭发动机套筒,并可用于其它受热部件。在673-1073K间、恒定应力下,测量了拉拔材和CLN材的合金蠕变特性。该合金由纯铜基体和14Vol%Cr2Nb颗粒组成。30-100nm的细颗粒在晶粒间起着弥散体作用。较粗的颗粒达1μm,尺寸与晶粒相当,起着特殊的强化作用。