NASA太空非晶金屬制造 (MSL SCA-FAMIS) 研究聚焦于在微重力下加工的塊體金屬玻璃 (BMG) 和鎢球復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)。 BMG也稱為非晶金屬，具有優(yōu)異的機(jī)械性能，例如耐磨性。 用鎢和 BMG 形成復(fù)合材料可以創(chuàng)造出一種新型的高性能合金和涂層，但兩者之間巨大的密度差異使得在地球重力下實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)具有挑戰(zhàn)性。

NASA太空非晶金屬制造 (FAMIS)研究
© NASA

金屬玻璃應(yīng)用
© 3D科學(xué)谷白皮書

 “玻璃之王”

非晶態(tài)金屬（金屬玻璃）又稱非晶態(tài)合金， 它既有金屬和玻璃的優(yōu)點(diǎn)， 又克服了它們各自的弊病．如玻璃易碎， 沒有延展性．金屬玻璃的強(qiáng)度高于鋼， 硬度超過高硬工具鋼， 且具有一定的韌性和剛性， 所以， 人們贊揚(yáng)金屬玻璃為“敲不碎、砸不爛”的“玻璃之王”。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，2022 年初，由美國宇航局NASA位于南加州的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)的冷可操作月球可展開臂 (COLDArm) 項(xiàng)目成功地將特殊齒輪集成到機(jī)械臂的部件中，該機(jī)械臂計(jì)劃在未來幾年投入到月球任務(wù)中。

這些大塊金屬玻璃 (BMG) 齒輪集成到 COLDArm 的關(guān)節(jié)和執(zhí)行器中，是通過改變游戲規(guī)則的開發(fā)大塊金屬玻璃（非晶態(tài)合金）齒輪項(xiàng)目開發(fā)的，可在低于華氏 280 度（負(fù)173攝氏度）的極端溫度下運(yùn)行。

根據(jù)3D科學(xué)谷《金屬玻璃齒輪集成到關(guān)節(jié)中，3D打印成就更好的NASA月球任務(wù)機(jī)器人》一文，據(jù)悉， NASA的COLDArm 項(xiàng)目中的機(jī)器人關(guān)節(jié)和執(zhí)行器中的金屬玻璃齒輪合金具有無序的原子級(jí)結(jié)構(gòu)，使其既堅(jiān)固又富有彈性，足以承受這些異常低溫。典型的齒輪箱需要加熱才能在這樣的低溫下運(yùn)行。BMG 齒輪電機(jī)已經(jīng)過測(cè)試并在大約 -279 華氏度（-173 攝氏度）下成功運(yùn)行，無需加熱輔助。這種齒輪電機(jī)是使機(jī)械臂能夠在極冷環(huán)境中運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一，例如在月球夜晚。

而NASA的決心并非僅僅在地球上處理這樣的金屬玻璃，NASA太空非晶金屬制造 (FAMIS)研究結(jié)果可以支持開發(fā)用于太空和地球應(yīng)用的新一代齒輪和涂層元件。

 鎢基相的沉降與擴(kuò)散研究

NASA的太空非晶金屬制造 (FAMIS) 研究樣品包含在樣品盒組件 (SCA) 中，并在材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)室 (MSL) 中安裝的低梯度爐 (LGF) 中進(jìn)行全面處理。一旦 FAMIS SCA 登上國際空間站，機(jī)組人員就會(huì)將它們一一安裝在 LGF 中，并在 1200°C 的溫度下進(jìn)行處理。調(diào)查和設(shè)施數(shù)據(jù)（例如溫度、壓力、功率等）由操作和實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在地面進(jìn)行實(shí)時(shí)下行和監(jiān)控。返回地球后，SCA樣品盒組件被拆卸，調(diào)查樣本將由調(diào)查人員進(jìn)行分析。

NASA太空非晶金屬制造 (FAMIS)研究
© NASA

l 實(shí)驗(yàn)說明

太空非晶金屬制造 (MSL SCA-FAMIS) 研究的目標(biāo)是對(duì)兩種基于鋯鈮銅鎳鋁 (ZrNbCuNiAl) 和鎢球增強(qiáng)銅鋯鋁鈷 (CuZrAlCo) 的金屬玻璃形成合金進(jìn)行半固態(tài)固持。主要科學(xué)目標(biāo)是研究在存在和不存在重力驅(qū)動(dòng)沉降的情況下金屬玻璃合金中鎢基相的擴(kuò)散和再沉淀。樣品安裝在國際空間站 (ISS) 材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)室 (MSL) 的低梯度爐中進(jìn)行處理。

l 空間應(yīng)用

這項(xiàng)研究可能會(huì)導(dǎo)致新型金屬合金的開發(fā)，用于齒輪、軸承、耐磨涂層以及航天器和機(jī)器人的其他元件，支持未來的太空探索任務(wù)。

l 地球應(yīng)用

研究結(jié)果可以為地球上的齒輪和涂層等結(jié)構(gòu)應(yīng)用提供性能改進(jìn)的新型金屬合金。

(責(zé)任編輯：admin)

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