Металлы, применяемые в космической технике

– Фосфор придает стали хладноломкость (хрупкость при пониженных температурах). Это объясняется тем, что фосфор вызывает сильную внутрикристаллическую ликвацию.

– Феррит – железо с объемноцентрированной кристаллической решеткой и сплавы на его основе — является фазой мягкой и пластичной.

– Цементит – карбид железа, химическое соединение с формулой Fe3C, наоборот, предоставляет стали твердость и хрупкость[4].

 

 

2.3 Титановые сплавы

 

Технический титан — это металл серебристо-серого цвета с едва заметным светло-золотистым оттенком. Он легок, почти в 2 раза легче железа, но все же тяжелее алюминия: 1 см3 титана имеет массу m=4,5 г, железа m=7,8 г, а алюминия m=2,7 г. Плавится технический титан почти при Т=1700 °С, сталь – при Т=1500 °С, алюминий – при T=600° С. Он в полтора раза прочнее стали и в несколько раз прочнее алюминия, очень пластичный: технический титан легко прокатывать в листы и даже в очень топкую  фольгу, толщиной в доли миллиметра, его можно вытягивать в прутки, проволоку, делать из него лепты, трубы. Технический титан обладает высокой прочностью, т. о. хорошо противостоит воздействию ударом и поддастся  ковке, при этом он имеет высокую упругость и отличную выносливость. У технического титана довольно высокий продел текучести, он сопротивляется любым усилиям и нагрузкам, стремящимся смять, изменить форму и размеры изготовленной детали. Это его свойство выше в два с половиной раза, чем у железа, в три раза, чем у меди, и в 18 раз, чем у алюминия. У титана гораздо более высокая твердость, чем у алюминия,  магния, меди, железа и некоторых сортов  стали, однако ниже, чем у инструментальных сталей.

Технический титан — металл очень большой коррозионной стойкости. Он практически не изменяется и не разрушается на воздухе, в воде, исключительно стоек при обычной температуре во многих кислотах, даже в «царской водке», во многих агрессивных средах.

Титан, будучи весьма химически активным  металлом, имеет благоприятные металлохимические свойства для образования прочных соединений — типа непрерывных и ограниченных твердых растворов ковалентных и ионных соединений.

В целом насчитывается более 50 элементов, дающих с титаном твердые растворы, на основе которых можно производить титановые сплавы и их соединения[5].

2.4 Магниевые сплавы

 

Магний - очень легкий серебристо-белый металл. Его лёгкость могла бы сделать этот металл прекрасным конструкционным материалом. Но, увы, чистый магний - мягок и непрочен. Поэтому конструкторы вынуждены использовать сплавы магния с другими металлами.

Магний имеет температуру плавления Т=650 °С. Магниевые сплавы обладают отличной механической обрабатываемостью, допускающей высокие скорости резания, и сравнительно большой прочностью.

Особенно широко  применяют сплавы магния с алюминием, цинком и марганцем. Каждым из компонентов этого содружества вносит свой "пай" в общие свойства: алюминий и цинк увеличивают прочность сплава, марганец повышает его антикоррозионные свойства. Магний придаёт сплаву лёгкость - детали из магниевого сплава на 20…30 % легче алюминиевых и на 50…75 % легче чугунных и стальных. Сплавы этого элемента все чаще применяются в автомобилестроение, текстильную промышленность, полиграфию.

 

2.5 Алюминиевые сплавы

 

Алюминий — один из космических «первопроходцев»: конструкторы первых спутников даже не задавались вопросом, какой именно металл использовать в конструкции своих аппаратов. Легкий и прочный алюминий — точнее, «самолетные сплавы», стали постоянными «участниками» космических проектов. Около половины веса современной ракеты приходится на алюминиевые конструкции, а шаттлы почти на 90 % состоят из алюминиевых сплавов.

Неудивительно, что разработка новых технологий в обработке алюминия, усиление его показателей стойкости к высоким и низким температурам, вибрационным нагрузкам и воздействию радиации сегодня представляет собой не просто приоритетное, а стратегическое направление в металлургии. На сегодняшний день перспективы применения алюминия в космической отрасли связывают, прежде всего, с появлением новых сплавов, позволяющих снизить вес ракет, кораблей и станций, что, в свою очередь, обеспечит значительное сокращение топливных расходов при выводе агрегатов на орбиту и значительно расширит функциональность космических объектов.

Основная тенденция в области разработок космических материалов — создание гранулированных алюминиевых сплавов, которые обеспечивают практически тридцатипроцентное снижение веса узловых конструкций. Расширяется и диапазон рабочих температур до Т=850 °С. За последние несколько лет было разработано несколько таких сплавов: специалисты объединяют их в класс интерметаллидов — это, как правило, сплавы титана, причем наиболее перспективными считаются варианты «титан-алюминий». Кроме титановых сплавов в ракетостроении применяются варианты «никель-алюминий» и «железо-хром-алюминий».

Однако есть и более интересные идеи по усилению свойств «ракетного» алюминия. Например, корейские исследователи, применив нанотехнологии, разработали так называемый «умный» алюминий — Smart Aluminum. Название, безусловно, спорно, однако все остальные характеристики нового материала сомнений не вызывают: по словам разработчиков, новый сплав в три раза прочнее обычных «космических» вариантов и примерно в сто раз прочнее стали.

Алюминий и его соединения используются в качестве высокоэффективного ракетного горючего в двухкомпонентных ракетных топливах и в качестве горючего компонента в твёрдых ракетных топливах. Следующие соединения алюминия представляют наибольший практический интерес как ракетное горючее:

• Порошковый алюминий как горючее в твердых ракетных топливах. Применяется также в виде порошка и суспензий в углеводородах.
• Гидрид алюминия.
• Боранат алюминия.
• Триметилалюминий.
• Триэтилалюминий.
• Трипропилалюминий.

Триэтилалюминий (обычно, совместно с триэтилбором) используется также для химического зажигания (то есть, как пусковое горючее) в ракетных двигателях, так как самовоспламеняется в газообразном кислороде.

 

2.6 Космическое золото

 

Золото является хорошим проводником тепла и электрического тока, следовательно, широко применяется в электронике. Благодаря свойству отражать световые лучи в области видимого спектра, золото используют в космонавтике и авиации, в качестве защиты от теплового излучения и коррозии. Золотое покрытие защищает космический корабль от инфракрасной радиации.

Золото является металлом с самыми высокими пластичными и ковкими свойствами. Оно легко расплавляется в тончайшие листочки: из одного грамма золота можно изготовить лист площадью в один квадратный метр. Золото легко полируется. Обладает высокой отражательной способностью.

Этот металл обладает высочайшей стойкостью к воздействию агрессивных сред, а в сплавах он проявляет каталитические свойства. Золотое покрытие легко наносят на металлы и керамику. Драгоценный металл легко паяется и сваривается под давлением. Совокупность всех полезных свойств стала причиной разнообразного использования золота в современных отраслях техники: авиационной, космической, аэрокосмической, и в электронике.

На девяносто процентов золото в технике применяют в виде покрытий. В электронике благородный металл используется в соединении схем сваркой под давлением и ультразвуковой сваркой, контактов в радиоаппаратуре, телефонном оборудовании, в качестве проволочных тонких проводников,  для пайки транзисторов, генераторов частот и многого другого.

Металл применяется и для контроля особо низких температур в измерительной технике в виде сплава золота с хромом или кобальтом.           В 1991 г. в Британии начато производство высокоточного гигрометра, для определения влажности воздуха. Основной деталью, которого является тончайший сердечник из металла с поверхностью из пористого золота. Прибор может определить одну миллионную часть процента содержания влаги в воздухе[6].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

 

1.   Сайт Лаборатория космических исследований [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www. spacephys.ru/raketnye-metally свободный. Загл. с экрана.

2.  Макарова В.И., Мухин Г.Г. и др. Материаловедение [Текст] / Арзамасов Б. Н. – М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 648 с.

3. Сайт Тугоплавкие металлы [Электронный ресурс]. – Режим доступа :    http://4108.ru/u/tugoplavkie_metallyi свободный. Загл. с экрана. 

4. Зуев В.М. Материаловедение [Текст] / Адаскин А. М. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 240 с.

5. Зубков Л. Б. Космический металл: Все о титане [Текст] / М.: Издательство «Наука», 1987. – 128 с.

6. Сайт Космическое золото [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://zoloto.net/glavnaya/zoloto_v_nashej_zhizni/kosmicheskoe_zoloto/ свободный. Загл. с экрана.