比钢硬比铝轻！中科院金属研究所助力“祝融号”火星探测

6月11日，国家航天局举行“天问一号”探测器着陆火星首批科学影像图揭幕仪式，由“祝融号”火星车拍摄的着陆点全景、火星地形地貌、“中国印迹”和“着巡合影”等影像图首次展现在公众面前。

本次火星探测之旅是中国继月球探索后，中国航天事业上的又一重大成就，而这其中不乏中国科学院金属研究所的身影。近五年，位于沈阳的中国科学院金属研究所已经为嫦娥、北斗、天宫等航天工程提供复合材料产品百余批次、万余件。

火星车材料又强又韧又稳定

在未知的火星表面服役，高强、高塑、高稳定性成为“祝融号”火星车材料的必要条件，而要兼具这些特性，仅依靠传统的铝以及钛合金已经难以实现。据悉，火星车材料轻量化指标极高，重量甚至需要以克作为单位计算，但为满足长距离探测行驶和载物等需求，在保障轻量化指标基础上，材料还需要耐磨并满足一定的载重需求。

面对矛盾的需求，以及没有先例可循的背景下，2015年，中国科学金属研究所接到任务后提出低合金元素、多元析出相混杂强化的新型设计思想，研发出高强韧性的新型铝基碳化硅复合材料，助力“祝融号”顺利完成火星探测任务。

据介绍，中国科学院金属研究所共开发出4种铝基碳化硅复合材料，这种材料是由铝与陶瓷组成的新型复合材料，从特点看，重量比铝轻，但在硬度上丝毫不逊于常见钢铁。

值得注意的是，本次火星车铝基复合材料不同于此前传统的铝基碳化硅复合材料，材料制备与加工研究部曾撰文指出，与传统铝基碳化硅复合材料相比，新型复合材料塑性提升一倍以上，同时保持高强度、高各向同性、高耐磨性和稳定性。通过解决大尺寸坯锭制备、材料塑性成形等技术瓶颈，研制出不同规格的复合材料样件。

中国科学院金属所研究员马宗义在接受媒体采访时指出，新型复合材料已经用于祝融号结构、机构、仪器等50余种零部件，共供货460余件，约3吨，使火星车成为我国使用铝基复合材料最多的航天器。

金属基复合材料的需求的日益增长

所谓金属基复合材料，是将金属或合金金属材料作为基料，与其他增强材料一起通过复合方式加工而成的统一整体，具备抗疲劳、耐磨、高导热等优点。按照不同基料材质分类，大致可分为铝基复合材料、钢基复合材料、镍基复合材料以及钛基复合材料等，其中，钢基复合材料以及本次火星车所用的铝基复合材料用途最为广泛。

早在20年前，北美、欧洲及日本等发达国家已形成了相对成熟的金属基复合材料产业，这些发达国家金属基复合材料的产量当时已经占到全球市场的八成以上，并对我国进行长期技术封锁。不仅是技术，高性能金属基复合材料装备的建设还需要工程化制备等关键技术的“加持”才能让产品生产实现批量化。

中国科学院金属研究所马宗义团队是国内最早开展金属基复合材料研究的科研团队之一。马宗义此前在接受中国科学报采访时曾指出，该团队通过突破短流程与规模化粉末冶金制备工艺、可控成形加工、搅拌摩擦焊等制约金属基复合材料应用的关键技术瓶颈，打通了其工程应用的全链条难点。

近年来，随着国家重大工程如航空航天、电子封装、核电、轨道交通等对金属基复合材料的需求日益增长，金属基复合材料已经成为国民经济建设过程中需求量较大的一种工程材料。

截止目前，中国科学院金属研究所已经为嫦娥、北斗、天宫等十几个关键型号提供复合材料产品万余件。“我们将继续促进先进金属基复合材料与技术的工程化应用和成果转化。”马宗义说。

辽氪小结

据悉，中国科学院金属研究所金属基复合材料成果已获得国家发明专利授权30余项，成为国内金属基复合材料领域最大的研发与产业化基地。随着国家不同时期的发展不同，对科技研究的侧重点也有所区别，但把握核心科技的自主权一直是我国科学发展的重要目标，期待未来将有更多研究突破关键技术瓶颈。

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