ההתקדמות האחרונה במדעי החומרי הפכה את עמידותם וביצועים של רכיבים דחף המשמשים את החלל והתעשיות הימיות. פריצות הדרך האלה להתמקד בפיתוח חומרים עמידים על קורוזיה המסוגלים עם סביבות קיצוניות - מ תרסיס מלח קורוזי של מערכות הנעה האוקיינוס ועד לחום החמצמיך של משחת חללים.

הבנה של קורוזיה ב- Thruster Components

קורוזיה היא תהליך של השפלה אלקטרו-כימית שבו מתכות וחומרים אחרים מגיבים לסביבה שלהם, המוביל לאובדן חומרי, נחלש מבני, וכישלון בסופו של דבר. במערכות דחף, הבעיה מוחרת על ידי שילוב של גורמים אגרסיביים:

  • (FLT:0) חשיפה למים גלויה 1:1 - דוחפים ימיים פועלים בסביבות כלור-עשירים שמזרזים את הורות, קורוזיה, ועומס התמוטטות פלדה אל-חלד וסגסוגת אלומיניום.
  • (FLT:0) טמפרטורות גבוהות של טמפרטורות גבוהות יותר (FLT:1) - דחפורים רקטות ומנועי טורבינות גז חווים טמפרטורה של יותר מ-1,000 מעלות צלזיוס (1,832 °F), אשר מאיץ חמצון וקורוזיה חמה כאשר sulfur, וניל, או תרכובות נתרן נמצאים בדלקים.
  • (FLT:0) אוקסידטיבי ו reactive מיניםFLT:1 - תוצרי לוואי של הדבקה כגון חמצן, מים פנויים וחומצות לתקוף משטחי מתכת בטמפרטורות גבוהות, ויצרו קשקשים מלוחים שפלים מעל הזמן.
  • (ב) [הדגשים]:0 [המכניים] מדגישים את ה- 1: ויברציה, רכיבה תרמית, ועומסי לחץ גבוהים יוצרים מיקרו-קפצים שהופכים לאתרים של עייפות קורוזיה.

עלות ההקפאה במערכות ההנעה היא עצומה.משרד ההגנה האמריקאי מעריך כי חשבונות תחזוקה הקשורים לשחיתות עבור מיליארדי דולרים בשנה על פני המטוסים והציים הימיים שלה.עבור מפעילי המסחר, כשלים לא מתוכנן יכולים להיות מתכוונים לקרקע ספינות או עיכוב שיגורים, עם ענישה פיננסיות מתקפלות.

חידושים מדעיים חומריים

בעשור האחרון, חוקרי החומר עשו צעדים משמעותיים בפיתוח ⁇ , תרכובות, ציפויים, וחומרים nanostructured כי לשפר באופן דרמטי את ההתנגדות קורוזיה תוך שמירה או שיפור תכונות מכניות.

חומרים מתקדמים

דחף מתכתי מסורתי הם כבדים ופרוניים לקורוזיה גלילבנית כאשר יחד עם מתכות דיסימיות בסביבות רטובות. מסובלות מתקדמות - תוך שימוש במריצה מתכת עם חיזוקים קרמיקה או פולימרים - מעבר לדרך לרכיבים קלים יותר, יותר סובלניים של קורוזיון.

(FLT:0) ממטריקס Composites (MMCs) ,1:1 כגון אלומיניום התחזק עם סיליקון carbide (אל-SiC) לספק כוח ונוקשות גבוהה יחד עם התנגדות קורוזיה מעולה. in Marine flrosioners, Al-SiC מסובבת גם לאחר שטף ממושך, ממטריקס טיטניום משלבת בורון או רכבת מלחים, הם נבדקים על ידי מלחים, כאשר הם נמצאים בטמפרטורות גבוהות, או מלח, כאשר הם נמצאים תחת לחץ אוויריות גבוהה, כאשר הם נמצאים תחת לחץ אוויריות, כאשר הם נמצאים תחת לחץ אוויריות גבוהה, כאשר הם נמצאים תחת לחץ אוויריות, כאשר הם נמצאים תחת לחץ אווירודות, כמו גם לאחר טמפרטורות מתוחכמות גבוהה, כמו גם לאחר טמפרטורות מתוחכמות גבוהה, או ציפוי גבוה, כאשר הם נמצאים תחת לחץ אווירודות, כאשר הם נמצאים על פני טמפרטורות מתוחכמות גבוהה, כאשר הם נמצאים על ידי מלח, כאשר הם נמצאים בעיצומו של מלח, כמו גם לאחר טמפרטורות מתוחכמות גבוהה, 000.

(FLT:0Ceramic Matrix Composites (CMCssib)FLT:1 כמו פחמן-fiber-reinforced סיליקון carbide (C / SiC) כבר בשימוש בתאי הבעירה ו nozzles של מנועי רקטות מסוימים.

(FLT:0) מטריקס Composites (PMCsua)FLT) 1 הם בדרך כלל מוגבל יישומים עתירי טמפרטורה נמוכה, אבל רידמה מתקדמת ותרמופלסט resinsins עם תוספי אנטי-corrosion ניתן להשתמש עבור דיור דחף וגופים שסתום שבו עומסים מבניים הם מתון.

Superalloys with Enhanced Oxidation Resistance

Superalloys - בעיקר ניקל מבוסס, מבוסס קובלט, או ברזל מבוסס ניקל - היו ארוכים העורכים של רכיבים דחף אווירי גבוה.הדור האחרון של superalloys הוא מונדס במיוחד עבור עמידות חמצון מעולה, המאפשר להם לפעול בטמפרטורות גבוהות יותר ובמשך זמן ארוך ללא ספיגה או התקפה בין-גרפית.

(FLT:0) Nickel מבוסס סופרalloyssveFLT:1 ; כגון Inconel 740H, Haynes 282, ורנה 65 כבר אופטימיזציה עם romium מוגברת, אלומיניום, ותוכן טיטניום.האלומיניום יוצר סולם אל2O3 יציב שפועל כמו מחסום דיפוזיה, בעוד כרום מקדם היווצרות של Cr2O3 מעלות צלזיוס הן אמצעי הגנה יעילה מפני טמפרטורות כפולות.

(FLT:0) Cobalt מבוסס סופר-כלויsphalLT:1 ; כמו Haynes 188 ו Stellite 6B הם פחות נפוץ אבל להציע התנגדות גבוהה יותר של sulfidation קורוזיה ועייפות תרמי.הם משמשים יותר ויותר בדחפורים טורבינות גז ימי שבו גזים ממצה לשאת גופרית מנפט דיזל (MDO) או שמן כבד (HFO).

(התוספת של אלמנטים כגון אלמנטים תגובתיים (ytrium, hafnium, lanum) בשטרות נוספים שיפור גודל בקנה מידה גדול על ידי מניעת צמיחה בין-גזעית של מיקרו-כלול גישה - המכונה אפקט RE (מרכיב פעיל) - כבר משולב ⁇ מסחרי עבור ניו-דור הבא של רקטות ויני דחף ימי.

קידוד הגנה חדשנית

אפילו הציפויים הטובים ביותר יש גבולות.ציפוי מגינים פועלים כשכבות קרביות או מחסום המגנים על המתכת הבסיסית מפני מינים קורוזיים. פריצות דרך האחרונות יצרו ציפויים עמידים יותר, ניתנים לתיקון, יציבים וארוכים מבחינה תרמית מאי פעם.

Ceramic Thermal Barrier Coatings (TBCs)

בדחפורים של רקטות וגז, ה- cirction Cell , קירות נושל רואים פלוקסים חום קיצוניים. TBCs עשויים ytria-stabilized zirconia (YSZ) מוחלים באמצעות תרסיסים של פלזמה או אלקטרון-ברומיים של CUS CUS CUSSconcUS DUSScongUS DUSIC DUSSCTUSIC DUSSUSSUSSUSIC DUSIC DUSSUSSIC DUSSIC DUSSIC DUSSIC DUSSIC DUSSIC DUSSIC ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Polymer-based Anti-Corrosion Coatings

עבור דחף ימי הפועלים בטמפרטורות נמוכות יותר (below 200 מעלות צלזיוס), ציפוי פולימר מתקדם מציעים תכונות מחסום מעולה. Polyurethane ו epoxy ניסוחים עמוסים מעכבי קורוזיה (למשל, אבץ פוספט, צוואר הרחם) מוחלים על אלומיניום ופלדה משטחים של ציפויים עצמיים שילוב microcaps של סוכן פולימרים של סוכן פולימרטומטים, אשר הוכחו מחדש בתוך סדקים חשמליים מלאים.

Diffusion Coatings

פיזור כימי (CVD) ושיטות מלט החבילה לייצר שכבות בין-מטאליות - כגון אלומיניום (NiAl, FeAl) ו chromides - שהופכים לחלק מהציפוי תת-קרקעיים. Diffusion הם חיבור מתכתי קשר מתכתי, כך שהם לא מחוסנים תחת עומסי כיפת גבוהה.

חומרים ננו-מבנים

ננוטכנולוגיה פתחה גבולות חדשים בהתנגדות לשחיתות של קורוזיה.על ידי שליטה במבנה החומרי בקנה מידה ננומטר, החוקרים יכולים לשנות את ההתנהגות האלקטרוכימית, את פערי גבול הדגנים ואת היווצרות הסרטים הפסיביים.

(FLT:0)Nanocrystalline ⁇ sveFLT:1) התערוכה גבוהה משמעותית עמידות קורוזיה מאשר עמיתים קורקטה-מקודמים קונבנציונלי בסביבות רבות.הדחיסות הגבוהה של גבולות דגנים מקדמת היווצרות מהירה של שכבה פסיבית אחידה ומספקת אתרים רבים עבור chromium או אלומיניום העשרה.

(FLT:0)Nanocomposite ציפויים 1FLT:1 הטמיע חלקיקים קרמיקה כגון TiO2, Al2O3, או ZrO2 לתוך מתכת או ממטריקס פולימרי. nanoparticles לפעול כמו מחסומים אינרטיים, הגדלת אורך הדיפוזיה עבור מינים קורוזיים.

(FLT:0Graphene ו 2D חומרים FIRLT:1) נחקרים כמחסומים אולטרה-אט-קורוזיים קורוזיים. שכבה אחת של גרפן היא בלתי-אפשרית לרוב האטומים והמולקולות. מחקרים מוקדמים הראו כי נחושת מכוסה עם פתוגן מגנטית מלוטשת יותר במי מלח.

השפעה על התעשייה וסיכויים עתידיים

אימוץ חומרים עמידים על קורוזיה אלה כבר מעצב מחדש את האופן שבו הדחפורים מעוצבים, בנויים, ומוחזקים על פני שני המגזרים האוויריים והימיים.

יישומים אוויריים

במנועי רקטות, המעבר אל תאי הבעירה של CMC ו nozzles אפשרו טמפרטורות של בעירה גבוהות יותר, הגדלת דחף ספציפי ללא קירור פעיל מנוע Raptor של SpaceX, למשל, משתמש ב-Nichole alloy Cells עם חלקי Inconel ב- inconelboopumps שלה, והמשך המחקר לרכיבים מבוססי CMCs עשוי לאפשר מחזורי התחדשות ארוכים יותר.

גם דחפורים לווין הם חברותיים.מערכות הנעה חשמלית (דחפורים של יון, משחתות אפקט הול) לפעול בטמפרטורות נמוכות יותר, אך דורשות התנגדות ארוכת טווח לנפיחות על ידי סטיות אנרגיה גבוהה. Boron nitride ורכיבים המבוססים על פחמן החליפו רשתות מתכת במספר עיצובים, המציעים תקופות חיים תפעוליות ארוכות יותר - גורם קריטי עבור חקירות חלליות עמוקות ולוויינים.

דרישות ימיות

כלי שיט ימיים ופלטפורמות offshore מסתמכים על דחף שיכולים לפעול באופן אמין במשך שנים במי מלח.המבוא של פלדות על-דופלקס אל-חלד עם romium גבוה ותוכן חנקן כבר הפחית כישלונות בדחפורים בלתי ניתנים לשליטה ודחפורים אנזימוטיים.הצעד הבא הוא אימוץ של ציפויים ננו-מבנים על מניעים ומדרגות כדי להפחית את הנזקים והקופציפקוד של סיביריים (Fross) מפטריקטים מהירים, אשר מפוזרים, הם כעת, מפטריקים, מפטריקים, הציפויים, מפטריקים, הציפויים, מפטריקים, מפטריקים, מפטריקים, מפטריקים, מפטריקים בטוחים, מפטריקים, מפטריקפים חזקים יותר, מפטריקים, מפטריקים, מפטריקים, מפטריקים, מפטריקים, מפצעים מהירים (מחץ גבוה של סיבירי פחמן (מחץ) מפטריקים).

משלוח מסחרי, תחת לחץ להפחית את פליטות ולהרחיב מרווחי ייבוש, הופך על גבי מרכיבים של גז ממצה כי לעבד גז טבעי מלוטש (LNG) או methanol. ציפויים Ceramic על טבעות piston ו cylinder קושרים במנועי ימי גדול הראו עלייה של 50 אחוזים בשירות בין יתר.

כיוונים עתידיים למחקר

מדענים חומריים אינם עוצרים בהתפתחויות הנוכחיות, חזיתות מחקר מבטיחות רבות יכולות לדחוף את ההתנגדות לשחיתות עוד יותר:

  • (FLT:0 ⁇ s (HEAss)FLT 1 - אלה multi-element ⁇ s (למשל, CoCrFeNiMn) יכול ליצור פתרון מוצק חד-פעמי עם כוח מעולה והתנגדות קורוזיה.חדש הוא מותאם לסביבות קורוזיות ספציפיות - כגון גלקסיות הידרו-תרמיות עמוקות או רקטות - ניסויים בשלבים מוקדמים.
  • (FLT:0) חומרים של ⁇ ⁇ 1 (FLT:0) חומרים גדולים כי לתקן סדקים באופן אוטונומי, או באמצעות רשתות מיקרו-וסקולריות מוטבעות או סגסוגת של פרימה, יכול לחסל את הצורך בבדיקות ידניות. a self-healing ניקל מבוסס על ניקל, למשל, יכול להתנגד לעייפות תרמית ללא הגבלת זמן.
  • (FLT:0) ייצור של סגסוגת עמידת קורוזיון-resistant ⁇ sFLT:1 - הדפסה תלת-ממדית מאפשרת ייצור של ג'ממטים מורכבים עם מיקרו-מבנה מותאם אישית פרמטרים של תהליכים ניתן לייעל כדי להשיג מבנים עתירי קנס שמשפרים את המעבר.FLT:2 מחקר עלייה על אבקת לייזר של 316Lalphalph: 3R3
  • (FLT:0) למידה של Machine בעיצוב סגסוגת FLT:1, מסדי נתונים של תוצאות בדיקת קורוזיה הם עכשיו להאכיל רשתות עצביות שיכולים לחזות את הביצועים של אלפי סגסוגת היפותטי בשניות. גישה זו כבר זיהתה כמה ציפויים בין-מטליקים חדשים עבור יישומים דחף אשר לקח שנים כדי לגלות על ידי ניסוי וטעייה.
  • (FLT:0) משטחים ביומטיים של פני השטח (FLT:1) - השראה מאורגניזמים חיים (למשל, עלים טוטוס, עור כריש) מנחה את הפיתוח של ציפויים על-ידי הציפוי אשר דוחים מים ומזהמים. משטחים כאלה לא רק להפחית קורוזיה אלא גם מעכבים ביופוץ בדחפורים ימיים.

ההתכנסות של טכנולוגיות אלה מבטיחה עתיד שבו רכיבים דחף יכולים לפעול במשך עשרות שנים ללא השפלה, אפילו בסביבה האגרסיבית ביותר.--Deep-sea-sea-rovers חקרו vents הידרותרמי, לווייניים שחלפו שנים של תקיפה חמצן אטומית במסלול כדור הארץ נמוך, וכן כלי שיגור ניתנים להחלפה שטסים מאות משימות שכולם עומדים לטובתן.

ההשקעה המתמשכת במחקר מדעי החומרי, בשילוב עם שיתוף פעולה בתעשייה, יהיה חיוני כדי לעבור פריצות דרך מהמעבדה לייצור. כמו חומרים חדשים אלה בוגר, הם לא רק להפחית את עלויות מחזור החיים, אלא גם יאפשרו ארכיטקטורות חדשות שהיו בלתי אפשריים בעבר בשל מגבלות קורוזיות.התוצאה היא מחזור רוטט: חומרים טובים יותר מובילים לדחפורים טובים יותר, אשר בתורם לפתוח גבולות חדשים בחקר המסחר.