揭秘嫦娥六號月球背面采樣的關鍵部件材料

6月2日至3日，嫦娥六號順利完成在月球背面南極-艾特肯盆地的智能快速采樣，并按預定形式將月球背面樣品封裝存放在上升器攜帶的貯存裝置中。

《中國科學報》從中國科學院金屬研究所（以下簡稱金屬所）獲悉，該所研究團隊研制的鋁基復合材料外鉆桿和輕質鋁合金取芯管在嫦娥六號月球背面采樣中繼續獲得成功應用，上一次應用是嫦娥五號在月球的正面采樣。

據了解，和嫦娥五號的任務相同，嫦娥六號也要進行“鉆取”和“表取”兩種采樣方式。鉆取采樣裝置設計長度為2.5米，一共有三層結構，最外層是可以旋轉鉆進的外鉆桿，緊靠外鉆桿的是取芯管，取芯管的外面包裹著一條長長的袋子，叫取芯袋。取樣后的取芯袋以纏繞的方式，存放在鉆取初級密封裝置上。

這里的外鉆桿由金屬所材料制備與加工研究部研究員馬宗義團隊研制的碳化硅顆粒增強鋁基復合材料制造，也是月球鉆取采樣機構中的關鍵部件。團隊通過研發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。

馬宗義介紹：“我們針對鉆桿用材開展材料高取向微觀結構設計，在保證耐磨性的同時，實現材料高強塑性匹配，先后突破了復合材料內孔高精度、高直線度加工、熱處理強化與矯直等關鍵技術，研制的鉆桿耐磨性和強度可與鋼材媲美，實現減重65%。”

取芯管由金屬所特種合金研究部研究員姜海昌團隊研制的兩種輕質異形鋁合金制造。姜海昌介紹，為應對月球背面取土，整體裝備的重量要進一步減輕，鋁合金管材的結構設計非常復雜，對材料性能和加工制備工藝提出了嚴苛的要求。

為此，姜海昌團隊克服了項目工期時間短、管材性能要求高、尺寸精度嚴苛、制造工藝復雜等一系列難題，突破了薄壁管材彈性回彈與尺寸精度之間的制約關系，利用新型高強鋁合金研制了具有輕量化結構的外護管和芯管零部件，部件的性能和尺寸滿足設計要求，為嫦娥六號月背自動采樣任務的順利完成提供保障。

鋁基復合材料外鉆桿。金屬所供圖

輕質鋁合金外護管和芯管。金屬所供圖