Affyring af en ny legering:Sintringsløsninger ombord på ISS

En århundreder gammel materialebindingsproces bliver testet ombord på den internationale rumstation i et eksperiment, der kan bane vejen for mere materialeforskning af sin art ombord på det kredsende laboratorium. Sintring er processen med at opvarme forskellige materialer for at komprimere deres partikler sammen.

"I rummet ændres reglerne for sintring, sagde Rand German, hovedefterforsker for undersøgelsen med titlen NASA Sample Cartridge Assembly-Gravitational Effects on Distortion in Sintering (MSL SCA-GEDS-German). "Første gang nogen forsøger at lave sintring i et andet gravitationsmiljø ud over Jorden eller endda mikrogravitation, de kan få en overraskelse. Der er bare ikke nok forsøg endnu til at fortælle os, hvad resultatet kunne blive. I sidste ende skal vi være empiriske, prøv det, og se hvad der sker."

Hvis forskellene mellem sintring på Jorden og sintring i rummet bedre kan forstås gennem fortsatte eksperimenter, Teknikken kunne løfte sig som en produktionsløsning under flyvningen eller blive en pålidelig vej til at samle ressourcer på stedet. Missioner til Mars eller Månen kunne udnytte denne nye viden om sintring til at sammensætte levesteder fra månens eller marsjorden, kendt som regolith. Regolith inkluderer blandet sediment som løs sten, støv, og jord.

Sintringsprocessen bruges på en bred vifte af hverdagsgenstande, der kræver metalbinding fra metaldelene af et ur til et sæt seler eller hængslerne på briller. Et velkendt eksempel på processen i aktion er den binding, der opstår, når keramik brændes i en ovn.

Dette eksperiment er baseret på sintring for at studere en ny legerings opførsel i mikrogravitation.

"Efter 1940'erne, sintring begyndte for alvor at tage fart som en fremstillingsproces, " sagde tysk. "Når bilindustrien har vedtaget det, marken oplevede en fænomenal vækst. Nu vil vi tage sintring ud i rummet."

Komponenter til undersøgelsen blev leveret til rumstationen ombord på SpaceX CRS-14 og blev affyret i Material Science Laboratory Low Gradient Furnace (MSL-LGF) i Materials Science Research Rack One (MSRR-1).

Undersøgelsen bruger en proces kendt som væskefasesintring til at teste graden af ​​forvrængning i sintring forårsaget af mikrogravitation. Lidt anderledes end traditionel sintring, væskefasesintring introducerer materialer med et lavere smeltepunkt til blandingen for at binde partikler, som ellers ikke er let sintrede. Det smeltede tilsætningsstof fremskynder og forbedrer bindingsprocessen. Resultaterne kan gøre det muligt for forskere at justere fremtidige beregninger for at skabe mere succesfulde bindinger i mikrogravitation.

"Sintring sker på atomniveau, " sagde tysk. "Øgede temperaturer kan få disse atomer til at bevæge sig rundt, og den flydende fase til vores undersøgelse hjælper med denne atomare transport. På jorden, vi har meget stabile strukturer, hvor partikler presses sammen af ​​tyngdekraften, men vi fandt i tidligere eksperimenter, at uden tyngdekraftens kompression, de komponenter, der sintres, kan forvrænges voldsomt."

Oprindeligt håbede forskere på tysk hold at sintre en wolfram, nikkel, og jernlegering, men holdet var nødt til at være kreative for at kunne rumme en temperatur på 1210 C - det maksimale tilladte for stationens lavgradientovn. Deres løsning? Opret en ny legering. Selvom det er baseret på tidligere forskning om smeltepunkter og sintringsanvendelser af mangan, stoffet skabt til denne undersøgelse er en ny kombination af wolfram, nikkel, kobber og mangan.

Legeringen kunne endda bruges til sintring med lavere temperatur tilbage på Jorden, hvor denne bindingsproces har revolutioneret og udvidet mulighederne for den additive fremstillingsindustri. Mens virkningerne af Jordens tyngdekraft er velkendte og definerede for sintring på jorden, undersøgelsens resultater kunne stadig give mulighed for procesforbedringer og ny indsigt i forvrængning. Ligeledes, den nye legering udviklet af Germans team kunne være nyttig til en række industrielle anvendelser.