固相合金化:将铝废料转化为具有3D打印潜力的高性能合金 

2024-12-16 10:34
据资源库12月16日了解,美国能源部下属的太平洋西北国家实验室研究团队开发了一种高效将铝废料转化为高强度金属合金的方法。这项名为“固相合金化”的技术无需传统的熔炼工艺,为将工业废料转化为高附加值产品提供了新的可能性。研究成果已发表在《自然通讯》(Nature Communications)期刊上。
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这一技术的核心是处理铝废料,通过加入适量的铜、锌和镁等金属元素,将其转化为耐用的合金。该团队采用了一种专利技术——剪切辅助加工与挤压(Shear Assisted Processing and Extrusion,简称 ShAPE),该技术通过旋转模具产生摩擦和热量,在不到五分钟内将原材料加工为均匀的合金。而相比之下,传统的熔炼和铸造方法通常需要数天时间。

研究团队指出,这一创新点在于通过将精确量的金属元素与铝屑混合,可以实现从低成本废料到高价值产品的转变。整个工艺仅需一步,在五分钟内即可完成合金化。

这种方法的显著优势在于其能源效率。通过省去高能耗的熔炼过程,不仅降低了生产成本,还减少了环境影响。此外,所得合金表现出卓越的机械性能,其强度比传统再生铝高出多达200%。内部结构分析显示,ShAPE工艺中形成的 Guinier-Preston 区增强了合金的原子级强度。

研究人员进一步指出,固相合金化技术不仅能够对废料进行高效升级利用,还具有广泛的应用潜力。其理论上适用于任何金属组合,在固态下完成制造过程能够为开发此前无法制造的新型合金提供可能。

他们还强调,“固相合金化”技术对 3D 打印领域具有特别重要的意义,尤其是在电弧增材制造(WAAM)等应用中。通过这一方法,可以生产成分定制的金属丝合金,例如含2%铜或5%铜的定制化合金丝,这对增材制造的材料供应是一种全新解决方案。

目前,该项目得到了固相加工科学计划(Solid Phase Processing Science Initiative)实验室项目的支持。这一成果有望推动资源高效回收利用和新型材料的开发。
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