近年來，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，金屬?gòu)U料的回收與再利用成為熱點(diǎn)問提。

據(jù)資源庫(kù)12月16日了解，美國(guó)能源部下屬的太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種名為“固相合金化”的創(chuàng)新技術(shù)，為鋁廢料的高效利用提供了全新的解決方案。該研究成果已發(fā)表在《自然通訊》期刊上。

這一方法不僅避免了傳統(tǒng)的熔煉工藝存在能源消耗高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)等缺陷，還能在短時(shí)間內(nèi)將鋁廢料轉(zhuǎn)化為高強(qiáng)度金屬合金，為工業(yè)廢料升級(jí)利用開辟了新道路。

工藝原理與核心技術(shù)

固相合金化的核心在于將鋁廢料與銅、鋅、鎂等金屬元素精確混合，通過PNNL的專利技術(shù)——剪切輔助加工與擠壓（Shear Assisted Processing and Extrusion，簡(jiǎn)稱 ShAPE）實(shí)現(xiàn)合金化。ShAPE技術(shù)通過旋轉(zhuǎn)模具產(chǎn)生摩擦和熱量，使原材料在不到五分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻暮辖?。這一工藝完全跳過了傳統(tǒng)熔煉環(huán)節(jié)，將數(shù)天的制造周期縮短為幾分鐘。

研究表明，ShAPE技術(shù)能夠在加工過程中形成特殊的 Guinier-Preston 區(qū)，這種微觀結(jié)構(gòu)顯著提高了合金的強(qiáng)度和耐用性。與傳統(tǒng)再生鋁相比，固相合金化生產(chǎn)的合金強(qiáng)度可提升多達(dá)200%。

高效與環(huán)保的優(yōu)勢(shì)

固相合金化技術(shù)的最大亮點(diǎn)之一是其顯著的能源效率。傳統(tǒng)的鋁熔煉過程需要消耗大量能源，并伴隨高碳排放，而固相合金化完全在固態(tài)下進(jìn)行，避免了熔化和鑄造所需的高溫操作。這種工藝不僅降低了生產(chǎn)成本，還將環(huán)境影響降至最低，為實(shí)現(xiàn)綠色制造提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

此外，該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，僅需單步操作即可完成合金化過程。這一特點(diǎn)使其在工業(yè)化生產(chǎn)中更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

廣泛的應(yīng)用前景

固相合金化技術(shù)的潛力不僅限于鋁廢料。研究人員指出，這一技術(shù)理論上適用于任何金屬組合。尤其是在3D打印領(lǐng)域，固相合金化為電弧增材制造（WAAM）等技術(shù)提供了定制化合金材料的新解決方案。例如，通過精確控制合金成分，技術(shù)可生產(chǎn)出含2%銅或5%銅等特殊配比的金屬絲，從而滿足不同打印需求。

這種能力使得固相合金化在航空航天、汽車制造以及增材制造等高端行業(yè)中表現(xiàn)出巨大的商業(yè)價(jià)值。目前，該項(xiàng)目得到了美固相加工科學(xué)計(jì)劃實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的支持。我們可以預(yù)估，隨著技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化，固相合金化或?qū)⒊蔀榻饘俨牧现圃祛I(lǐng)域的關(guān)鍵推動(dòng)力量。

近年來，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，金屬?gòu)U料的回收與再利用成為熱點(diǎn)問提。

據(jù)資源庫(kù)12月16日了解，美國(guó)能源部下屬的太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種名為“固相合金化”的創(chuàng)新技術(shù)，為鋁廢料的高效利用提供了全新的解決方案。該研究成果已發(fā)表在《自然通訊》期刊上。

這一方法不僅避免了傳統(tǒng)的熔煉工藝存在能源消耗高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)等缺陷，還能在短時(shí)間內(nèi)將鋁廢料轉(zhuǎn)化為高強(qiáng)度金屬合金，為工業(yè)廢料升級(jí)利用開辟了新道路。

工藝原理與核心技術(shù)

固相合金化的核心在于將鋁廢料與銅、鋅、鎂等金屬元素精確混合，通過PNNL的專利技術(shù)——剪切輔助加工與擠壓（Shear Assisted Processing and Extrusion，簡(jiǎn)稱 ShAPE）實(shí)現(xiàn)合金化。ShAPE技術(shù)通過旋轉(zhuǎn)模具產(chǎn)生摩擦和熱量，使原材料在不到五分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻暮辖?。這一工藝完全跳過了傳統(tǒng)熔煉環(huán)節(jié)，將數(shù)天的制造周期縮短為幾分鐘。

研究表明，ShAPE技術(shù)能夠在加工過程中形成特殊的 Guinier-Preston 區(qū)，這種微觀結(jié)構(gòu)顯著提高了合金的強(qiáng)度和耐用性。與傳統(tǒng)再生鋁相比，固相合金化生產(chǎn)的合金強(qiáng)度可提升多達(dá)200%。

高效與環(huán)保的優(yōu)勢(shì)

固相合金化技術(shù)的最大亮點(diǎn)之一是其顯著的能源效率。傳統(tǒng)的鋁熔煉過程需要消耗大量能源，并伴隨高碳排放，而固相合金化完全在固態(tài)下進(jìn)行，避免了熔化和鑄造所需的高溫操作。這種工藝不僅降低了生產(chǎn)成本，還將環(huán)境影響降至最低，為實(shí)現(xiàn)綠色制造提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

此外，該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，僅需單步操作即可完成合金化過程。這一特點(diǎn)使其在工業(yè)化生產(chǎn)中更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

廣泛的應(yīng)用前景

固相合金化技術(shù)的潛力不僅限于鋁廢料。研究人員指出，這一技術(shù)理論上適用于任何金屬組合。尤其是在3D打印領(lǐng)域，固相合金化為電弧增材制造（WAAM）等技術(shù)提供了定制化合金材料的新解決方案。例如，通過精確控制合金成分，技術(shù)可生產(chǎn)出含2%銅或5%銅等特殊配比的金屬絲，從而滿足不同打印需求。

這種能力使得固相合金化在航空航天、汽車制造以及增材制造等高端行業(yè)中表現(xiàn)出巨大的商業(yè)價(jià)值。目前，該項(xiàng)目得到了美固相加工科學(xué)計(jì)劃實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的支持。我們可以預(yù)估，隨著技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化，固相合金化或?qū)⒊蔀榻饘俨牧现圃祛I(lǐng)域的關(guān)鍵推動(dòng)力量。