Un examen de sección transversal de la aleación pesada de tungsteno después de una sinterización en la Tierra. Los científicos estudian secciones transversales como esta para aprender más sobre la densidad de los componentes sinterizados y esperan ver diferentes densidades para los elementos sinterizados a bordo de la estación espacial. Crédito:Rand German
Se está probando un proceso de unión de materiales de siglos de antigüedad a bordo de la Estación Espacial Internacional en un experimento que podría allanar el camino para más investigaciones de materiales de este tipo a bordo del laboratorio en órbita. La sinterización es el proceso de calentar diferentes materiales para comprimir sus partículas.
"En el espacio las reglas de la sinterización cambian, "dijo Rand German, investigador principal de la investigación titulada Ensamblaje de cartuchos de muestras de la NASA:Efectos gravitacionales sobre la distorsión en la sinterización (MSL SCA-GEDS-Alemán). "La primera vez que alguien intenta sinterizar en un entorno gravitacional diferente más allá de la Tierra o incluso en microgravedad, pueden llevarse una sorpresa. Todavía no hay suficientes ensayos para decirnos cuál podría ser el resultado. En última instancia, tenemos que ser empíricos, darle una oportunidad, y mira lo que pasa."
Si las disparidades entre la sinterización en la Tierra y la sinterización en el espacio pueden comprenderse mejor mediante la experimentación continua, la técnica podría ser prometedora como solución de fabricación en vuelo o convertirse en un camino confiable para juntar recursos in situ. Las misiones a Marte o la Luna podrían aprovechar este nuevo conocimiento de la sinterización para reconstruir los hábitats del suelo lunar o marciano. conocido como regolito. El regolito incluye sedimentos mixtos como rocas sueltas, polvo, y suelo.
El proceso de sinterización se utiliza en una amplia variedad de artículos cotidianos que requieren uniones metálicas desde las partes metálicas de un reloj hasta un juego de tirantes o las bisagras de los anteojos. Un ejemplo familiar del proceso en acción es la unión que se produce cuando la cerámica se cuece en un horno.
El horno de bajo gradiente del Laboratorio de Ciencia de Materiales (LGF) durante el montaje previo al vuelo. Crédito:NASA
Este experimento se basa en la sinterización para estudiar el comportamiento de una nueva aleación en microgravedad.
"Después de la década de 1940, la sinterización realmente comenzó a despegar como proceso de fabricación, ", dijo German." Una vez que la industria automotriz lo adoptó, el campo experimentó un crecimiento fenomenal. Ahora queremos llevar la sinterización al espacio ".
Los componentes para la investigación se entregaron a la estación espacial a bordo de SpaceX CRS-14 y se dispararon en el horno de bajo gradiente del Laboratorio de Ciencia de Materiales (MSL-LGF) dentro del Rack de Investigación de Ciencia de Materiales Uno (MSRR-1).
La investigación utiliza un proceso conocido como sinterización en fase líquida para probar el grado de distorsión en la sinterización causada por la microgravedad. Ligeramente diferente de la sinterización tradicional, La sinterización en fase líquida introduce materiales con un punto de fusión más bajo en la mezcla para unir partículas que de otro modo no se sinterizarían fácilmente. El aditivo derretido acelera y mejora el proceso de unión. Los resultados pueden permitir a los científicos ajustar los cálculos futuros para crear enlaces más exitosos en microgravedad.
Horno de bajo gradiente de MSL después de la instalación de la manija del horno de vuelo. Crédito:NASA
"La sinterización ocurre a nivel atómico, ", dijo German." El aumento de las temperaturas puede hacer que esos átomos se muevan, y la fase líquida para nuestra investigación ayuda con este transporte atómico. En la tierra, tenemos estructuras muy estables donde las partículas son empujadas juntas por la gravedad, pero encontramos en experimentos anteriores que sin la compresión de la gravedad, los componentes que se sinterizan pueden deformarse enormemente ".
Inicialmente, los científicos del equipo de German esperaban sinterizar un tungsteno, níquel, y aleación de hierro, pero el equipo tuvo que ser creativo para adaptarse a una temperatura de 1210 C, el máximo permitido para el horno de bajo gradiente de la estación. ¿Su solución? Crea una nueva aleación. Si bien se basa en investigaciones previas sobre los puntos de fusión y las aplicaciones de sinterización del manganeso, la sustancia creada para esta investigación es una combinación novedosa de tungsteno, níquel, cobre y manganeso.
La aleación incluso podría tener usos para la sinterización a temperaturas más bajas en la Tierra, donde este proceso de unión ha revolucionado y ampliado las opciones para la industria de fabricación aditiva. Si bien los efectos de la atracción gravitacional de la Tierra son bien conocidos y definidos para la sinterización en el suelo, Los resultados de la investigación aún podrían permitir mejoras en el proceso y nuevos conocimientos sobre la distorsión. Igualmente, la nueva aleación desarrollada por el equipo de German podría ser útil para una variedad de aplicaciones industriales.
