NASA太空非晶金属制造 (FAMIS)，聚焦金属玻璃合金中钨基相的扩散和再沉淀研究

根据3D科学谷的了解，NASA太空非晶金属制造 (MSL SCA-FAMIS) 研究聚焦于在微重力下加工的块体金属玻璃 (BMG) 和钨球复合材料的微观结构。 BMG也称为非晶金属，具有优异的机械性能，例如耐磨性。 用钨和 BMG 形成复合材料可以创造出一种新型的高性能合金和涂层，但两者之间巨大的密度差异使得在地球重力下实现这一目标具有挑战性。

▲NASA太空非晶金属制造 (FAMIS)研究

©NASA

▲金属玻璃应用

©3D科学谷白皮书

“玻璃之王”

非晶态金属（金属玻璃）又称非晶态合金， 它既有金属和玻璃的优点， 又克服了它们各自的弊病．如玻璃易碎， 没有延展性．金属玻璃的强度高于钢， 硬度超过高硬工具钢， 且具有一定的韧性和刚性， 所以， 人们赞扬金属玻璃为“敲不碎、砸不烂”的“玻璃之王”。

根据3D科学谷的市场观察，2022 年初，由美国宇航局NASA位于南加州的喷气推进实验室领导的冷可操作月球可展开臂 (COLDArm) 项目成功地将特殊齿轮集成到机械臂的部件中，该机械臂计划在未来几年投入到月球任务中。

这些大块金属玻璃 (BMG) 齿轮集成到 COLDArm 的关节和执行器中，是通过改变游戏规则的开发大块金属玻璃（非晶态合金）齿轮项目开发的，可在低于华氏 280 度（负173摄氏度）的极端温度下运行。

根据3D科学谷《金属玻璃齿轮集成到关节中，3D打印成就更好的NASA月球任务机器人》一文，据悉， NASA的COLDArm 项目中的机器人关节和执行器中的金属玻璃齿轮合金具有无序的原子级结构，使其既坚固又富有弹性，足以承受这些异常低温。典型的齿轮箱需要加热才能在这样的低温下运行。BMG 齿轮电机已经过测试并在大约 -279 华氏度（-173 摄氏度）下成功运行，无需加热辅助。这种齿轮电机是使机械臂能够在极冷环境中运行的关键技术之一，例如在月球夜晚。

而NASA的决心并非仅仅在地球上处理这样的金属玻璃，NASA太空非晶金属制造 (FAMIS)研究结果可以支持开发用于太空和地球应用的新一代齿轮和涂层元件。

钨基相的沉降与扩散研究

NASA的太空非晶金属制造 (FAMIS) 研究样品包含在样品盒组件 (SCA) 中，并在材料科学实验室 (MSL) 中安装的低梯度炉 (LGF) 中进行全面处理。一旦 FAMIS SCA 登上国际空间站，机组人员就会将它们一一安装在 LGF 中，并在 1200°C 的温度下进行处理。调查和设施数据（例如温度、压力、功率等）由操作和实验团队在地面进行实时下行和监控。返回地球后，SCA样品盒组件被拆卸，调查样本将由调查人员进行分析。

▲NASA太空非晶金属制造 (FAMIS)研究

©NASA

l实验说明

太空非晶金属制造 (MSL SCA-FAMIS) 研究的目标是对两种基于锆铌铜镍铝 (ZrNbCuNiAl) 和钨球增强铜锆铝钴 (CuZrAlCo) 的金属玻璃形成合金进行半固态固持。主要科学目标是研究在存在和不存在重力驱动沉降的情况下金属玻璃合金中钨基相的扩散和再沉淀。样品安装在国际空间站 (ISS) 材料科学实验室 (MSL) 的低梯度炉中进行处理。

l空间应用

这项研究可能会导致新型金属合金的开发，用于齿轮、轴承、耐磨涂层以及航天器和机器人的其他元件，支持未来的太空探索任务。

l地球应用

研究结果可以为地球上的齿轮和涂层等结构应用提供性能改进的新型金属合金。

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