太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 (PNNL) 的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新工藝，可將制造高性能鋁合金所需的能源減少一半。

據(jù)科學(xué)家介紹，剪切輔助加工和擠壓 (ShAPE) 技術(shù)可以消除生產(chǎn)過(guò)程中的熱處理步驟，從而顯著節(jié)省能源并減少排放。

ShAPE被定義為一種綠色、經(jīng)濟(jì)的制造方法，可以在汽車(chē)應(yīng)用中廣泛使用高性能鋁合金。

在《材料與設(shè)計(jì)》雜志上發(fā)表的一篇論文中，研究人員解釋說(shuō)，傳統(tǒng)的金屬生產(chǎn)使用熱量將單個(gè)金屬和合金元素（如鋁、銅或鎂）熔化在一起，從而制造出更輕、更強(qiáng)或更容易形成的合金. 如果這些元素沒(méi)有充分混合，則在加工過(guò)程中會(huì)形成裂縫和斷裂，從而影響最終產(chǎn)品的性能。在金屬生產(chǎn)中，熱量用于確保合金中的各個(gè)金屬元素在稱為均質(zhì)化的步驟中充分混合。

在均質(zhì)化過(guò)程中，稱為鋼坯的大型金屬鑄件被加熱到接近 500 攝氏度，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 24 小時(shí)。該熱處理步驟溶解鋼坯中的合金聚集體，以確保所有金屬元素均勻分布或均質(zhì)化。這提高了最終產(chǎn)品的性能。均質(zhì)化后，金屬棒在稱為擠壓的步驟中進(jìn)一步加熱和成型。

然而，均質(zhì)化是整個(gè)金屬擠壓過(guò)程中耗能最大的步驟。

這就是ShaAPE流程的用武之地。

PNNL首席材料科學(xué)家和該技術(shù)的共同開(kāi)發(fā)者Scott Whalen 表示，ShAPE機(jī)器通過(guò)結(jié)合加熱和變形——金屬本身形狀的變化，消除了單獨(dú)的均質(zhì)化和擠壓步驟的需要。

在ShAPE機(jī)器中，金屬坯料同時(shí)被推過(guò)旋轉(zhuǎn)模具中的一個(gè)小開(kāi)口。當(dāng)金屬元件被擠壓時(shí)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和變形一起徹底混合金屬元件。

換言之，新工藝可在幾秒鐘內(nèi)將金屬坯料均勻化，就在它被擠壓之前。這消除了對(duì)長(zhǎng)達(dá)一天的預(yù)熱均化步驟的需要，并且意味著在擠壓過(guò)程中無(wú)需使用額外的能量來(lái)加熱坯料?？傊?，這可以節(jié)省高達(dá) 50% 的能源。

Whalen和他的同事Tianhao Wang進(jìn)行了一些性能測(cè)試，結(jié)果表明他們的技術(shù)還提高了各個(gè)合金元素的混合程度，從而獲得了更好的最終產(chǎn)品。詳細(xì)地說(shuō)，用 ShAPE 加工的鋁合金制成的部件的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率超過(guò)了美國(guó)測(cè)試和材料協(xié)會(huì)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。

“我們使用電子顯微鏡仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)ShAPE在擠壓前分解了合金聚集體并將它們?nèi)芙獾戒X基體中，使其更易于擠壓，”王說(shuō)。“這轉(zhuǎn)化為更好的性能——我們的 7075 鋁合金更堅(jiān)固，在斷裂前拉伸得更遠(yuǎn)。”