最新動(dòng)態(tài)
鋁基碳化硅材料用于嫦娥五號月壤鉆桿

2020年12月2日,嫦娥五號著(zhù)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(guān)鍵部件—鉆桿及其結構件是由中國科學(xué)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(diǎn),滿(mǎn)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”三步走戰略。嫦娥五號探測器是負責嫦娥三期工程“采樣返回”任務(wù)的中國首顆月球采樣返回探測器。主要任務(wù)是采集月球樣品并返回地球,全面實(shí)現月球探測工程“三步走”戰略目標。采樣機構中搭載的2.5米長(cháng)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,常規金屬材料無(wú)法滿(mǎn)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、鋁等傳統金屬制備鉆桿的理想材料。然而,傳統鋁基復合材料強韌性匹配差,其穩定性和可靠性難以滿(mǎn)足鉆采機構苛刻的工作環(huán)境和“萬(wàn)無(wú)一失”的質(zhì)量要求。馬宗義團隊通過(guò)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(shí)現材料性能和穩定性的大幅提升。尤其針對鉆桿用材開(kāi)展材料高取向微觀(guān)結構設計,在保證耐磨性的同時(shí),實(shí)現材料高強塑性匹配,先后突破了復合材料內孔高精度、高直線(xiàn)度加工、熱處理強化與矯直等關(guān)鍵技術(shù),研制的鉆桿耐磨性和強度可與鋼材媲美,實(shí)現減重65%,解決了月壤鉆桿“無(wú)材可用、有材難加工”的困境。為嫦娥五號鉆采任務(wù)的順利完成提供了重要支撐。
文章主要內容來(lái)源于中國科學(xué)院金屬研究所官網(wǎng):http://www.imr.cas.cn/xwzx/zhxw/202012/t20201204_5808338.html