TANIOBIS為新太空領域開發(fā)增材制造用鈮合金材料

2025年7月24日，南極熊獲悉，鈮合金粉末制造商TANIOBIS GmbH推出專為航空航天推進和結構硬件的高熱負荷而設計的材料——鈮基AMtrinsic 粉末，旨在滿足日益增長的零部件需求。這些零部件在暴露于 1000°C 以上的高溫時仍必須保持機械完整性——這種高溫條件超越了普通航空航天合金的極限，應用領域包括噴氣發(fā)動機噴嘴、控制段和衛(wèi)星推進器。

近年來，TANIOBIS 專注于歐洲蓬勃發(fā)展的“新太空”（NewSpace）領域，AMtrinsic C-103和AMtrinsic FS-85是為增材制造新開發(fā)的兩種含鈮合金，專為 3D 打印生產(chǎn)幾何優(yōu)化的部件而設計。此類部件可以包含內(nèi)部通道、減重結構或復雜的輪廓，而這些是鑄造或減材制造工藝難以或無法實現(xiàn)的。據(jù)公司信息顯示，這些合金已在要求極熱環(huán)境下結構性能的環(huán)境中投入使用。

產(chǎn)品經(jīng)理Bahar Fayyazi博士表示，公司的增材制造合金專為熱應力航空航天系統(tǒng)而設計。從精密的衛(wèi)星推進器到可重復使用的航天發(fā)射系統(tǒng)，鈮合金兼具高溫穩(wěn)定性和機械完整性，為新型太空任務提供了材料基礎。 TANIOBIS公司報告稱正在與研究機構和國際公司合作開發(fā)粉末，以使材料性能符合航空航天制造要求。

△鈮合金3D打印推進組件。圖片來自TANIOBIS。

獨立研究凸顯了人們對這些材料的興趣。美國宇航局位于克利夫蘭的格倫研究中心對幾種鈮合金（包括C-103、FS-85和Cb-752）進行了增材制造評估，這是“歷史鈮合金高溫機械性能”研究的一部分，研究可通過NASA技術報告服務器（NTRS）獲取。結果表明，F(xiàn)S-85和Cb-752在高溫下的機械強度和蠕變性能方面均優(yōu)于C-103，這些數(shù)據(jù)凸顯了在熱防護部件和受熱應力的推進區(qū)域的潛在優(yōu)勢。

隨著先進推進系統(tǒng)面臨傳統(tǒng)鎳基合金約1050°C的機械穩(wěn)定性極限，航空航天領域對耐熱材料的需求日益增長。鈮體系則擴展了這一極限。TANIOBIS表示在可打印鈮粉末方面的研究成果將高溫性能與增材制造的設計自由度相結合，從而支持歐洲航空航天業(yè)的發(fā)展，同時與傳統(tǒng)制造方法相比，還能減少材料浪費。持續(xù)改進粉末特性旨在為關鍵任務制造提供一致的性能，并拓展未來太空硬件的材料基礎。

△同一鈮合金部件的頂視圖，顯示了內(nèi)部晶格和集成通道。圖片來自 TANIOBIS。

航空航天合金的材料鑒定工作

近年來，人們加快了對鈮和鈦合金進行航空級增材制造認證的努力。在美國，金屬 3D 打印機制造商Velo3D與Amaero Ltd合作，以推進C103 鈮和 Ti-6Al-4V 粉末的認證。由奧本大學國家增材制造卓越中心(NCAME)進行的測試表明，符合ASTM和AMS 標準，包括 ASTM F3635 B 類和 AMS7015。此次合作是更廣泛努力的一部分，旨在確保國防和航天應用中高性能耐火材料的國內(nèi)供應鏈，計劃在 2025 年底在 Velo3D 的Sapphire 系統(tǒng)中部署超過 1,000 公斤的粉末。

加拿大也在同步開展資格認證活動。PyroGenesis最近確認，波音公司是參與Ti64 粉末審批流程的航空航天原始設備制造商 (OEM) 。采用NexGen 等離子霧化系統(tǒng)生產(chǎn)的粗 Ti64 粉末已通過波音公司的技術標準，并即將進入最后的資格認證階段。粗 Ti64材料適用于包括電子束熔化和定向能量沉積 (DED) 在內(nèi)的增材制造工藝。PyroGenesis 已儲備這種鈦合金，預計將于 2025 年獲得正式供應商資格，同時將繼續(xù)提升產(chǎn)量，以滿足不斷變化的航空航天需求。

△耐火粉末。圖片來自 Amaero。