太空金屬｜鈦被火箭選上的4個(gè)理由

人氣：45 發(fā)布時(shí)間：2024-06-20

　　自1970年“東方紅”唱響宇宙以來

　　到神舟五號“太空快遞”2小時(shí)送達(dá)

　　長征系已經(jīng)完成了449次發(fā)射任務(wù)

　　每一次都有5%~30%分擔(dān)在鈦合金上

　　比如，最近火出圈的“胖5”

　　火箭氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)、蒙皮等重要部件

　　都是新技術(shù)用上了鈦合金

　　輕質(zhì)堅(jiān)固，可以保障更強(qiáng)的飛行力

　　耐高溫耐低溫，可以保障燃料充足

　　太空金屬，鈦

　　就是這樣，實(shí)力硬核

　　硬核001：

　　高強(qiáng)度但更輕，讓火箭“更省錢”

　　同等的體積，鈦的重量只有鋼和鎳基高溫合金（航天最常用結(jié)構(gòu)合金）的一半，強(qiáng)度卻是更高。對火箭、飛船來講，每減重1公斤，各種費(fèi)用就能節(jié)省22-440美元。

　　所以，火箭結(jié)構(gòu)件、（飛）船（火）箭連接件等重要部件，都選用鈦合金。比如，某型火箭的主承力捆綁支座構(gòu)件，用高強(qiáng)高韌的鈦合金替換高強(qiáng)鋼，減重達(dá)到30%。

　　這可真是，看得見的“鈦”劃算！

　　硬核002：

　　氧化膜超耐腐蝕，讓火箭“更穩(wěn)當(dāng)”

　　鈦是具有強(qiáng)烈鈍化傾向的金屬，在空氣、氧化性或中性水溶液中，都會迅速生成一層穩(wěn)定的、致密的氧化性保護(hù)膜，能夠保護(hù)鈦金屬遠(yuǎn)離絕大多數(shù)腐蝕，包括“王水”硫酸。

　　比如，鈦金屬造的火箭緊固件，可以有效防止電位腐蝕，確保安全可靠。所以，美國在火箭、飛船上，經(jīng)常用鈦合金制造鉚釘、精密連接件等，妥妥的安心。

　　硬核003：

　　優(yōu)秀的比強(qiáng)度，讓火箭“更牢靠”

　　和火箭上常用的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、高溫合金相比，鈦合金在強(qiáng)度上得分相當(dāng)；但是，綜合密度系數(shù)，最終的比強(qiáng)度得分，鈦合金卻高出將近一半的分?jǐn)?shù)，遙遙領(lǐng)先于高強(qiáng)度鋁合金、鎂合金、高溫合金和高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，妥妥的高科技材料優(yōu)等生。

　　所以，“胖5”的液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)近幾年都用上了鈦合金粉末冶金葉輪，還有“民兵-3”洲際導(dǎo)彈第二級火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、“能源”號火箭焊接球罐及管結(jié)構(gòu)也都用上了鈦合金。

　　硬核004：

　　超優(yōu)異低溫性能，讓火箭“能量滿滿”

　　鈦合金在低溫和超低溫條件下，高強(qiáng)度、耐腐蝕、無磁性、耐疲勞等優(yōu)異性能都非常穩(wěn)定，甚至韌性和延展性在低溫下表現(xiàn)更好，對超低溫外太空作業(yè)的飛船來講，是絕對完美的材料之選（如下圖所示，各型鈦合金在低溫下多有優(yōu)秀的性能表現(xiàn)）。

　　所以，液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的液氫貯存箱、液氫液氧管路系統(tǒng)、燃料噴嘴導(dǎo)管等核心部件，都是使用的鈦合金。

　　讓火箭飛得快、飛得穩(wěn)、飛得久

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　　特別鳴謝·參考文獻(xiàn)：

　　1.時(shí)代.美日歐應(yīng)對關(guān)鍵原材料供應(yīng)短缺的政策與動(dòng)向[J].國土資源科技管理,2014,31(03):113-121.