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金属所为嫦娥五号月球钻土制造钻杆
2020-12-14 13:26:01 来源:中国有色金属报 点击:

责编·作者:金属所
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嫦娥五号探测器落月瞬间。
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钻杆钻取过程。
  12月2日,嫦娥五号着陆器和上升器组合体完成了月球钻取采样及封装工作,其中月球钻取采样机构中的关键部件—钻杆及其结构件是由中国科学院金属研究所马宗义团队研制的碳化硅颗粒增强铝基复合材料制成,其轻质、高刚度、高强度和耐磨损等特点,满足了嫦娥五号在月球表面苛刻工况下的采样需求。
  我国的探月工程分为“绕”“落”“回”三步走战略。嫦娥五号探测器是负责嫦娥三期工程“采样返回”任务的中国首颗月球采样返回探测器。主要任务是采集月球样品并返回地球,全面实现月球探测工程“三步走”战略目标。采样机构中搭载的2.5米长深孔钻取式采样器负责钻入月壤取样并送到上升器中。复杂的月壤构成、剧烈的环境温度变化、苛刻的轻量化要求,对钻采机构结构件的重量、强度和耐磨性提出了严苛的要求,其中,钻杆要钻入月壤深处,对材料的要求更加苛刻,常规金属材料无法满足制备要求。
  铝基复合材料具有低密度、高强度、高模量、耐磨损等优异特性,是替代钢、钛、铝等传统金属制备钻杆的理想材料。然而,传统铝基复合材料强韧性匹配差,其稳定性和可靠性难以满足钻采机构苛刻的工作环境和“万无一失”的质量要求。马宗义团队通过研发铝基复合材料大尺寸坯锭及多道次变形加工工艺,研制出高强韧铝基复合材料挤压棒材、锻件和厚壁管材,实现材料性能和稳定性的大幅提升。尤其针对钻杆用材开展材料高取向微观结构设计,在保证耐磨性的同时,实现材料高强塑性匹配,先后突破了复合材料内孔高精度、高直线度加工、热处理强化与矫直等关键技术,研制的钻杆耐磨性和强度可与钢材媲美,实现减重65%,解决了月壤钻杆“无材可用、有材难加工”的困境。为嫦娥五号钻采任务的顺利完成提供了重要支撑。

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