Tahun 2020 menandai dimulainya dekade baru eksplorasi dan inovasi ruang angkasa, di mana paduan yang mengandung nikel memainkan peran penting dalam banyak aplikasi, termasuk pembuatan roket, roda, dan katalis.
SpaceX, sebuah perusahaan yang didedikasikan untuk pembuatan peralatan kedirgantaraan dan transportasi ruang angkasa berulang, menggunakan baja tahan karat 304 (S30400) yang mengandung nikel untuk memproduksi Kapal Luar Angkasa dan roket super berat.
Biayanya lebih rendah dibandingkan dengan serat karbon, yang harganya lebih dari 60 kali lipat per kilogram. Ini juga jauh lebih tahan panas daripada serat karbon atau logam lainnya, sehingga membutuhkan isolasi yang jauh lebih sedikit, atau bahkan mungkin.
Sementara itu, NASA sedang menjajaki aplikasi potensial lain untuk bahan yang mengandung nikel di roda probe. Roda karet tidak praktis di bulan atau Mars, jadi roda penjelajah bulan Apollo yang asli terbuat dari baja pegas, tetapi roda baja pegas pada roda besar dan berat yang dirancang untuk digunakan di Mars akan berubah bentuk. Untuk mengatasi masalah ini, NASA sedang mengembangkan ban jaring logam yang terbuat dari paduan nikel-titanium, yang memiliki sifat memori bentuk dan dapat mengatasi 30 kali deformasi roda baja pegas.
Dilengkapi dengan mesin roket Raptor, SpaceX Starship adalah salah satu Starship pertama yang ditenagai oleh metana cair dan oksigen cair dan dirancang untuk bertahan 1,000 penggunaan. Metana dipilih untuk membuat bahan bakar roket di Mars untuk perjalanan pulang. Metana dapat diproduksi dengan menggunakan karbon dioksida dan hidrogen melalui reaksi Chabatier, di mana hidrogen bereaksi dengan karbon dioksida melalui katalis pada suhu tinggi (suhu optimal adalah 300-400 derajat ) dan tekanan tinggi untuk menghasilkan metana dan air. Salah satu katalis yang dapat digunakan adalah nikel.
Atmosfer Mars terdiri dari 95 persen karbon dioksida, dan NASA telah mengonfirmasi keberadaan air di Mars, bahan mentah yang dibutuhkan untuk menghasilkan metana dan oksigen untuk pendorong roket dan oksigen untuk dihirup astronot. Bahan yang mengandung nikel juga dibutuhkan oleh suhu sekitar planet merah yang lebih rendah dan suhu rendah yang dibutuhkan untuk menghasilkan metana cair, hidrogen, dan oksigen.
Paduan nikel-tembaga K-500 (N05500)memiliki keuletan yang sangat baik pada suhu rendah dan tahan api dalam oksigen murni. Ini menjadikannya pilihan yang lebih disukai untuk pompa penguat oksigen yang memasok oksigen ke mesin roket.
Dengan kekuatan dan ketangguhannya yang tinggi,Paduan 718 (N07718)adalah paduan nikel-kromium yang dapat mengeraskan presipitasi yang digunakan dalam turbojet pesawat terbang, mesin roket, dan bejana tekan, dan dapat menangani suhu rendah hingga -250 derajat Liquefy gas dan mencapai peningkatan. Tetapi sifat paduan 718 membuatnya lebih sulit untuk dikerjakan dan dibentuk daripada bahan lainnya. Proses pengecoran investasi dapat menimbulkan masalah karena Paduan 718 rentan terhadap porositas, segregasi, dan ukuran butiran yang sangat kasar, sehingga memerlukan langkah pemrosesan selanjutnya.
Apa solusinya? Pencetakan 3D dapat lebih efisien menggunakan paduan berbasis nikel seperti paduan 718 dalam aplikasi berkinerja tinggi dengan desain yang rumit.
Pencetakan 3D memudahkan pemrosesan paduan 718 dan mempertahankan sifat material dengan baik. Proses menghindari pengelasan dan permesinan, sehingga sangat mengurangi limbah material. Manfaat metode fabrikasi ini ditunjukkan dengan pencetakan 3D prototipe mesin roket paduan 718. Prototipe ini dirancang seluruhnya melalui kecerdasan buatan dan dikembangkan oleh Hyperganic Software di Jerman.
Tidak seperti mesin roket konvensional, yang terdiri dari komponen yang dirancang dan dirakit secara individual, prototipe cetak 3D merupakan keseluruhan yang berkelanjutan. Ini berisi ruang bakar tempat bahan bakar dan oksidan terbakar, dan saluran permukaan yang mensirkulasi bahan bakar untuk mendinginkan ruang bakar dan menghindari panas berlebih. Metode konstruksi monolitik menjamin bobot paling ringan dan pendinginan paling efisien untuk performa terbaik roket tertentu. Proyek roket Vulcan II di Universitas California, San Diego, juga menggunakan pencetakan 3D untuk membuat mesin roket paduan Ignus II 718. Untuk setiap aplikasi baru di masa depan, nikel akan membantu eksplorasi ruang angkasa lebih jauh.
