中科院金属所为“祝融号”火星车“锻造筋骨”

中国网/中国发展门户网讯 2020年7月23日, “天问一号”火星探测器成功发射，并于2021年5月15日成功在火星着陆。5月22日，“祝融号”火星车已安全驶离着陆平台，到达火星表面，开始巡视探测。 为应对火星表面苛刻环境考验和满足探测需求，此次火星车关键结构中许多部件由中科院金属所研制的新型复合材料制成。

据了解，由于火星表面服役工况极其严苛、复杂，火星车对材料提出了极高的要求。首先，轻量化指标极高，重量以克为单位计算；其次，材料必须耐磨，要满足长距离地面行驶要求；材料还要高强且各向同性，满足载重需求；同时必须具备高塑性，避免因剧烈碰撞、刺穿等突发状况导致失效。由于这些要求，传统的金属材料难以满足，必须研制高性能的新型复合材料。

中科院金属所在2015年接到该任务开展研发。研究员马宗义表示，由于这是我国首个火星车研制任务，加之国外技术封锁，此次火星车所使用的新型材料选择几乎毫无经验。在时间紧、任务重的情况下，研究人员以“啃硬骨头”的作风，仅用三个月时间就实现了材料成分设计、大尺寸坯锭制备与可控塑性变形加工的技术突破，开发出高强韧性的新型铝基碳化硅复合材料。其中，如何通过调控碳化硅的添加量和优化基体合金的成分来平衡复合材料的强度、耐磨性和塑韧性，是满足工程需求的关键。研究人员经过了不断改进与研发，最终制备的材料的耐磨性是铝合金的几十倍，但加工成零件的重量比铝合金还轻。这一结果给了火星车设计、制造人员以极大信心。凭借这样的性能，新型材料顺利通过在环境模拟实验阶段的严苛考核，相关技术方案取得高度认可，最终得以应用在火星车的结构、机构和仪器等几十种零部件“筋骨结构”中，使火星车成为我国使用铝基复合材料占比最大的航天器。

新型材料研制成功的背后，是我国金属基复合材料国产化的不懈探索。据悉，我国金属基复合材料研发起步较晚，面临组织性能难控、制备与加工困难等世界性难题，长期处于技术进展缓慢、需求牵引不足两者相互制约的困境。中科院金属所马宗义研究团队是国内最早开展金属基复合材料研究的团队之一。近年来，团队先后突破了多项关键技术瓶颈，制备出大尺寸坯锭，提高了材料塑性成形能力。经过长期积累，金属基复合材料成果已获得国家发明专利授权30余项，成功实现批量化应用。目前中科院金属所已发展成为国内金属基复合材料领域重要的研发与产业化基地，年产量近百吨。

此次新型材料在火星车上的应用，是我国材料研发领域的一件大事。中科院金属所研究人员介绍，未来，我国在深空探测、大飞机、通用航空、核电自主化、轨道交通等领域对金属基复合材料还存在大量需求，中科院金属所还将开展研究，力图攻克复合材料的高强韧性设计、组织性能模拟、界面精细结构调控等国际上面临的共性难题。