中科院金屬所為嫦娥五號月球鉆土制造鉆桿
2020年12月14日 9:14 11696次瀏覽 來源： 金屬所 分類： 新材料前沿
12月２日，嫦娥五號著陸器和上升器組合體完成了月球鉆取采樣及封裝工作，其中月球鉆取采樣機構中的關鍵部件—鉆桿及其結構件是由中國科學院金屬研究所馬宗義團隊研制的碳化硅顆粒增強鋁基復合材料制成，其輕質(zhì)、高剛度、高強度和耐磨損等特點，滿足了嫦娥五號在月球表面苛刻工況下的采樣需求。
我國的探月工程分為“繞”“落”“回”三步走戰(zhàn)略。嫦娥五號探測器是負責嫦娥三期工程“采樣返回”任務的中國首顆月球采樣返回探測器。主要任務是采集月球樣品并返回地球，全面實現(xiàn)月球探測工程“三步走”戰(zhàn)略目標。采樣機構中搭載的２．５米長深孔鉆取式采樣器負責鉆入月壤取樣并送到上升器中。復雜的月壤構成、劇烈的環(huán)境溫度變化、苛刻的輕量化要求，對鉆采機構結構件的重量、強度和耐磨性提出了嚴苛的要求，其中，鉆桿要鉆入月壤深處，對材料的要求更加苛刻，常規(guī)金屬材料無法滿足制備要求。
鋁基復合材料具有低密度、高強度、高模量、耐磨損等優(yōu)異特性，是替代鋼、鈦、鋁等傳統(tǒng)金屬制備鉆桿的理想材料。然而，傳統(tǒng)鋁基復合材料強韌性匹配差，其穩(wěn)定性和可靠性難以滿足鉆采機構苛刻的工作環(huán)境和“萬無一失”的質(zhì)量要求。馬宗義團隊通過研發(fā)鋁基復合材料大尺寸坯錠及多道次變形加工工藝，研制出高強韌鋁基復合材料擠壓棒材、鍛件和厚壁管材，實現(xiàn)材料性能和穩(wěn)定性的大幅提升。尤其針對鉆桿用材開展材料高取向微觀結構設計，在保證耐磨性的同時，實現(xiàn)材料高強塑性匹配，先后突破了復合材料內(nèi)孔高精度、高直線度加工、熱處理強化與矯直等關鍵技術，研制的鉆桿耐磨性和強度可與鋼材媲美，實現(xiàn)減重６５％，解決了月壤鉆桿“無材可用、有材難加工”的困境。為嫦娥五號鉆采任務的順利完成提供了重要支撐。
責任編輯：陳巖
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