A Braze New World: Enviar aleaciones no preciosas de brazing al espacio

A Braze New World: Enviando aleaciones no preciosas de brazing al espacio

El refrán dice: "Un pequeño paso para el hombre, un gran salto para la humanidad". Esta famosa frase pronunciada por Neil Armstrong es el anuncio perfecto para la exploración espacial y su importancia para el futuro.

Con menos de un siglo de antigüedad, la exploración espacial ha avanzado a pasos agigantados desde que el primer satélite artificial, Sputnik 1, fue lanzado al espacio en 1957. Desde entonces, el mundo ha sido testigo de maravillas como el aterrizaje en la Luna, el programa de transbordadores espaciales de la década de 1970 y el lanzamiento de la Estación Espacial Internacional.

La importancia de estas misiones y su valor posterior es inconmensurable. Es posible que muchos no se den cuenta en el día a día de cómo la exploración espacial ha mejorado muchísimo la vida y la economía mundial. Esto incluye pronósticos del tiempo simples, transmisión de televisión y radio, predicción de desastres naturales, monitoreo de tierras fértiles, pronósticos de patrones del nivel del mar e incluso ayuda en la investigación sobre atrofia muscular.

No es de extrañar entonces que esta industria tenga un valor significativo. Según los informes, la industria espacial tenía un valor de $ 384 millones de dólares en 2017, creciendo a una tasa del 7,4 por ciento. Según Morgan Stanley, cree que la industria crecerá hasta alcanzar un valor de 1,1 billones de dólares para 2040.

Sin embargo, existen desafíos. Muchos creen que los millones de dólares y recursos utilizados para explorar el espacio podrían utilizarse mejor en amenazas inmediatas a la sociedad como agua potable, hambruna, pobreza y más. Sin embargo, fuera de la opinión externa, existen desafíos operativos internos. Es decir, la exploración espacial debe volverse más segura y sostenible.

Una gran parte de la solución de este desafío está en la soldadura fuerte de aleaciones.

 

Una breve historia del brazing en el espacio

En términos simples, el brazing une dos metales calentando y fundiendo un relleno (aleación) que se adhiere a las dos piezas de metal y las une. El relleno debe tener una temperatura de fusión inferior a la de las piezas metálicas.

El uso de aleaciones de brazing en equipos espaciales es fundamental para la misión, ya que permiten que los sensores se monten lo más cerca posible de los motores para medir y monitorear la salida y retroalimentar los datos a los operadores. De hecho, ya han ayudado a misiones exitosas. Dos de las aleaciones de brazing de Morgan Advanced Materials, RI-46 y RI-49, fueron diseñadas y utilizadas específicamente por la NASA en el motor principal del transbordador espacial, también conocido como RS25. 

RI-46 se desarrolló específicamente como un reemplazo para la aleación de brazing Nioro existente, que se compone de 82/18 Au / Ni (oro / níquel). RI-46 contiene mucho menos oro, agregando cobre y manganeso en su lugar. Esto ayudó a que la aleación de soldadura fuerte fuera significativamente menos densa y proporcionó ahorros de peso cruciales, pero también pudo funcionar en una amplia gama de temperaturas, entre -400 ° F y 1292 ° F (-240 ° C a 700 ° C).

Estas aleaciones no solo han sido críticas para misiones espaciales pasadas, sino también para misiones futuras. RI-46 y RI-49 han sido adoptados para el Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS) de la NASA, un vehículo que está planeado para llevar una misión tripulada a Marte.

Como ya se mencionó, el desarrollo de nuevas aleaciones de brazing tiene que ver tanto con el rendimiento como con la sostenibilidad.

 

La necesidad de aleaciones no preciosas

No es necesario mencionar que la exploración espacial es un ejercicio costoso. Según la NASA, el costo promedio para lanzar un transbordador espacial es de $450 millones por misión. El Transbordador Espacial Endeavour, el orbitador construido para reemplazar al Transbordador Espacial Challenger, costó $1.7 mil millones de dólares.

Es evidente que es necesario reducir los costos para que las misiones espaciales sean viables. Una parte clave de la reducción de costos es reducir el uso de aleaciones de metales preciosos soldadas.

Los metales preciosos como el oro y el paladio son cada vez más escasos. Por supuesto, el costo de producir aleaciones a partir de estos metales preciosos también está aumentando como resultado.

Sin embargo, puede haber renuencia a dejar de utilizar aleaciones de metales preciosos. Años de investigación, desarrollo y datos significan que estas aleaciones están probadas y son confiables. Cuando se trata de misiones y equipos que ascienden a cientos de millones de dólares y, lo que es más importante, las vidas de los miembros de la tripulación, la confiabilidad se convierte en un objetivo primordial y se deben prevenir las fallas.

Para resolver este problema, el negocio de Braze Alloys de Morgan ha estado investigando y desarrollando aleaciones de metales no preciosos durante muchos años. Como se ve en las aleaciones RI-46 y RI-49, estas soluciones son tan fuertes como sus contrapartes equivalentes de metales preciosos altos, pero a una fracción del costo.

Las aleaciones de metales no preciosos se pueden fabricar a partir de metales como níquel, cromo y cobalto. Su éxito ya se ha visto en el sector aeroespacial, y ahora se está iniciando la investigación para hacerlos aptos para entrar en órbita y más allá.

 

Espacio para que todos disfruten

Los viajes espaciales no son solo para astronautas altamente capacitados y para beneficio público; también hay un aspecto comercial creciente. Ya se ha mencionado la televisión por satélite y la radio, pero empresarios multimillonarios como Richard Branson y Elon Musk también han sido pioneros en los viajes espaciales privados. La esperanza es que los civiles algún día puedan disfrutar también del espacio ultraterrestre, aunque a precios potencialmente elevados.

La consecución de este sueño depende, por supuesto, de la seguridad y la fiabilidad, dado que habrá vidas en juego. La clave para mejorar estos factores es poder colocar los sensores lo más cerca posible del motor de la nave espacial.

Al permitir que los sensores se coloquen cerca del motor de la nave espacial, el control de la misión y la tripulación pueden leer y medir con precisión los datos y la salida. Esto incluye eficiencia de combustible, temperatura, flujo de gas y monitoreo para detección de incendios o anomalías. Si estos sensores se colocan demasiado lejos de los motores, las lecturas de datos se vuelven inexactas y las misiones pueden verse comprometidas.

Las noticias recientes destacan por qué las tecnologías de sensores son críticas, ya que una tripulación espacial de dos hombres tuvo que abortar su vuelo a la ISS después de una falla posterior al lanzamiento del cohete. La nave espacial Soyuz comenzó a experimentar fallas a los 119 segundos de vuelo y, aparentemente, los problemas fueron informados primero por la tripulación, no por el control de la misión. La tripulación describió sentimientos de ingravidez, un indicio de un problema durante esa etapa del vuelo. Afortunadamente, abortaron, expulsaron su cápsula del cohete y regresaron sanos y salvos a la Tierra.

Si bien la causa de la falla aún no se ha identificado al momento de escribir este artículo, claramente, tal situación no debería estar sucediendo. Cualquier problema debe ser detectado por el control de la misión y no debe depender del criterio de la tripulación.

Sin embargo, el desafío es que algunos sensores están hechos de cerámica debido a la necesidad de resistir la corrosión y las altas temperaturas, por lo general hasta 1742° F (950° C). Sin embargo, estos sensores cerámicos deben unirse a partes metálicas del motor. 

Aquí es donde entran las “aleaciones activas”. A diferencia de las aleaciones de brazing que unen metal con metal, estas aleaciones pueden unir metal con cerámica, o incluso cerámica con cerámica. Las aleaciones activas estándar de la industria como Incusil®-ABA y Ticusil® de la gama de Morgan se desarrollaron hasta hace 40 años, pero todavía se utilizan en la actualidad. Actualmente también se están desarrollando nuevas aleaciones para soportar temperaturas mucho más altas.

 

Un viaje sin fin

Al igual que todavía hay mucho que aprender y explorar sobre el espacio, también lo es el viaje de Morgan con las aleaciones de bronce. Morgan Advanced Materials no solo se compromete a hacer que la industria espacial sea más sostenible y segura, sino que también ayuda con aplicaciones en todas las industrias.

Un pilar clave de esto es a través del altamente especializado Centro de Excelencia en Metales y Juntas (CoE) de Morgan, con sede en Hayward, California, así como el Departamento de Soldadura de Morgan.

Con investigadores y científicos altamente capacitados, el negocio Braze Alloys de Morgan puede adaptar aleaciones personalizadas para aplicaciones específicas, realizar pruebas para probar materiales, ciclos de brazing y accesorios. Toda la operación, desde la atomización del polvo hasta la fabricación de preformas y las pruebas de brazing, se puede realizar de principio a fin.

Uno de los últimos desarrollos en los que se está iniciando el CoE de metales y unión es Flexicore®. Esta nueva tecnología transforma las aleaciones tradicionalmente frágiles (como AMS4777) en una forma de alambre flexible. En muchos casos, esto será muy superior a las pastas en términos de repetibilidad y facilidad de uso. Junto con los beneficios operativos, Flexicore® también permitirá el uso de aleaciones a base de níquel para reemplazar las aleaciones de metales preciosos. Nuevamente, esto ayudará a reducir los costos para los operadores y fabricantes.

 

Mira este espacio

Los viajes espaciales, como predice Richard Branson para su propio programa Virgin Galactic, están a solo dos o tres vuelos de distancia. Realmente no estamos lejos de ingresar a un nuevo mundo, y las aleaciones de brazing tendrán voz sobre cómo resultará la industria espacial.

 

Fuente: Heat Treat Today

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