中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 2020年7月23日, “天問一號”火星探測器成功發(fā)射，并于2021年5月15日成功在火星著陸。5月22日，“祝融號”火星車已安全駛離著陸平臺，到達火星表面，開始巡視探測。 為應(yīng)對火星表面苛刻環(huán)境考驗和滿足探測需求，此次火星車關(guān)鍵結(jié)構(gòu)中許多部件由中科院金屬所研制的新型復(fù)合材料制成。

據(jù)了解，由于火星表面服役工況極其嚴苛、復(fù)雜，火星車對材料提出了極高的要求。首先，輕量化指標極高，重量以克為單位計算；其次，材料必須耐磨，要滿足長距離地面行駛要求；材料還要高強且各向同性，滿足載重需求；同時必須具備高塑性，避免因劇烈碰撞、刺穿等突發(fā)狀況導(dǎo)致失效。由于這些要求，傳統(tǒng)的金屬材料難以滿足，必須研制高性能的新型復(fù)合材料。

中科院金屬所在2015年接到該任務(wù)開展研發(fā)。研究員馬宗義表示，由于這是我國首個火星車研制任務(wù)，加之國外技術(shù)封鎖，此次火星車所使用的新型材料選擇幾乎毫無經(jīng)驗。在時間緊、任務(wù)重的情況下，研究人員以“啃硬骨頭”的作風，僅用三個月時間就實現(xiàn)了材料成分設(shè)計、大尺寸坯錠制備與可控塑性變形加工的技術(shù)突破，開發(fā)出高強韌性的新型鋁基碳化硅復(fù)合材料。其中，如何通過調(diào)控碳化硅的添加量和優(yōu)化基體合金的成分來平衡復(fù)合材料的強度、耐磨性和塑韌性，是滿足工程需求的關(guān)鍵。研究人員經(jīng)過了不斷改進與研發(fā)，最終制備的材料的耐磨性是鋁合金的幾十倍，但加工成零件的重量比鋁合金還輕。這一結(jié)果給了火星車設(shè)計、制造人員以極大信心。憑借這樣的性能，新型材料順利通過在環(huán)境模擬實驗階段的嚴苛考核，相關(guān)技術(shù)方案取得高度認可，最終得以應(yīng)用在火星車的結(jié)構(gòu)、機構(gòu)和儀器等幾十種零部件“筋骨結(jié)構(gòu)”中，使火星車成為我國使用鋁基復(fù)合材料占比最大的航天器。

新型材料研制成功的背后，是我國金屬基復(fù)合材料國產(chǎn)化的不懈探索。據(jù)悉，我國金屬基復(fù)合材料研發(fā)起步較晚，面臨組織性能難控、制備與加工困難等世界性難題，長期處于技術(shù)進展緩慢、需求牽引不足兩者相互制約的困境。中科院金屬所馬宗義研究團隊是國內(nèi)最早開展金屬基復(fù)合材料研究的團隊之一。近年來，團隊先后突破了多項關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，制備出大尺寸坯錠，提高了材料塑性成形能力。經(jīng)過長期積累，金屬基復(fù)合材料成果已獲得國家發(fā)明專利授權(quán)30余項，成功實現(xiàn)批量化應(yīng)用。目前中科院金屬所已發(fā)展成為國內(nèi)金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域重要的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化基地，年產(chǎn)量近百噸。

此次新型材料在火星車上的應(yīng)用，是我國材料研發(fā)領(lǐng)域的一件大事。中科院金屬所研究人員介紹，未來，我國在深空探測、大飛機、通用航空、核電自主化、軌道交通等領(lǐng)域?qū)饘倩鶑?fù)合材料還存在大量需求，中科院金屬所還將開展研究，力圖攻克復(fù)合材料的高強韌性設(shè)計、組織性能模擬、界面精細結(jié)構(gòu)調(diào)控等國際上面臨的共性難題。