TANIOBIS為新太空領(lǐng)域開發(fā)增材制造用鈮合金材料

2025年7月24日，南極熊獲悉，鈮合金粉末制造商TANIOBIS GmbH推出專為航空航天推進(jìn)和結(jié)構(gòu)硬件的高熱負(fù)荷而設(shè)計(jì)的材料——鈮基AMtrinsic 粉末，旨在滿足日益增長的零部件需求。這些零部件在暴露于 1000°C 以上的高溫時(shí)仍必須保持機(jī)械完整性——這種高溫條件超越了普通航空航天合金的極限，應(yīng)用領(lǐng)域包括噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴、控制段和衛(wèi)星推進(jìn)器。

近年來，TANIOBIS 專注于歐洲蓬勃發(fā)展的“新太空”（NewSpace）領(lǐng)域，AMtrinsic C-103和AMtrinsic FS-85是為增材制造新開發(fā)的兩種含鈮合金，專為 3D 打印生產(chǎn)幾何優(yōu)化的部件而設(shè)計(jì)。此類部件可以包含內(nèi)部通道、減重結(jié)構(gòu)或復(fù)雜的輪廓，而這些是鑄造或減材制造工藝難以或無法實(shí)現(xiàn)的。據(jù)公司信息顯示，這些合金已在要求極熱環(huán)境下結(jié)構(gòu)性能的環(huán)境中投入使用。

產(chǎn)品經(jīng)理Bahar Fayyazi博士表示，公司的增材制造合金專為熱應(yīng)力航空航天系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。從精密的衛(wèi)星推進(jìn)器到可重復(fù)使用的航天發(fā)射系統(tǒng)，鈮合金兼具高溫穩(wěn)定性和機(jī)械完整性，為新型太空任務(wù)提供了材料基礎(chǔ)。 TANIOBIS公司報(bào)告稱正在與研究機(jī)構(gòu)和國際公司合作開發(fā)粉末，以使材料性能符合航空航天制造要求。

△鈮合金3D打印推進(jìn)組件。圖片來自TANIOBIS。

獨(dú)立研究凸顯了人們對這些材料的興趣。美國宇航局位于克利夫蘭的格倫研究中心對幾種鈮合金（包括C-103、FS-85和Cb-752）進(jìn)行了增材制造評估，這是“歷史鈮合金高溫機(jī)械性能”研究的一部分，研究可通過NASA技術(shù)報(bào)告服務(wù)器（NTRS）獲取。結(jié)果表明，F(xiàn)S-85和Cb-752在高溫下的機(jī)械強(qiáng)度和蠕變性能方面均優(yōu)于C-103，這些數(shù)據(jù)凸顯了在熱防護(hù)部件和受熱應(yīng)力的推進(jìn)區(qū)域的潛在優(yōu)勢。

隨著先進(jìn)推進(jìn)系統(tǒng)面臨傳統(tǒng)鎳基合金約1050°C的機(jī)械穩(wěn)定性極限，航空航天領(lǐng)域?qū)δ蜔岵牧系男枨笕找嬖鲩L。鈮體系則擴(kuò)展了這一極限。TANIOBIS表示在可打印鈮粉末方面的研究成果將高溫性能與增材制造的設(shè)計(jì)自由度相結(jié)合，從而支持歐洲航空航天業(yè)的發(fā)展，同時(shí)與傳統(tǒng)制造方法相比，還能減少材料浪費(fèi)。持續(xù)改進(jìn)粉末特性旨在為關(guān)鍵任務(wù)制造提供一致的性能，并拓展未來太空硬件的材料基礎(chǔ)。

△同一鈮合金部件的頂視圖，顯示了內(nèi)部晶格和集成通道。圖片來自 TANIOBIS。

航空航天合金的材料鑒定工作

近年來，人們加快了對鈮和鈦合金進(jìn)行航空級增材制造認(rèn)證的努力。在美國，金屬 3D 打印機(jī)制造商Velo3D與Amaero Ltd合作，以推進(jìn)C103 鈮和 Ti-6Al-4V 粉末的認(rèn)證。由奧本大學(xué)國家增材制造卓越中心(NCAME)進(jìn)行的測試表明，符合ASTM和AMS 標(biāo)準(zhǔn)，包括 ASTM F3635 B 類和 AMS7015。此次合作是更廣泛努力的一部分，旨在確保國防和航天應(yīng)用中高性能耐火材料的國內(nèi)供應(yīng)鏈，計(jì)劃在 2025 年底在 Velo3D 的Sapphire 系統(tǒng)中部署超過 1,000 公斤的粉末。

加拿大也在同步開展資格認(rèn)證活動(dòng)。PyroGenesis最近確認(rèn)，波音公司是參與Ti64 粉末審批流程的航空航天原始設(shè)備制造商 (OEM) 。采用NexGen 等離子霧化系統(tǒng)生產(chǎn)的粗 Ti64 粉末已通過波音公司的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并即將進(jìn)入最后的資格認(rèn)證階段。粗 Ti64材料適用于包括電子束熔化和定向能量沉積 (DED) 在內(nèi)的增材制造工藝。PyroGenesis 已儲備這種鈦合金，預(yù)計(jì)將于 2025 年獲得正式供應(yīng)商資格，同時(shí)將繼續(xù)提升產(chǎn)量，以滿足不斷變化的航空航天需求。

△耐火粉末。圖片來自 Amaero。