固相合金化：实现废料的高效转化为优质合金

来自 实验室仪器网

能源部太平洋西北实验室的研究人员表示，现在无需传统的熔炼工艺，金属废料就可以转化为高性能、高价值的合金。他们的研究发表在《自然通讯》上，重点介绍了一种名为固相合金的新方法，该方法可以将工业废料中的废铝转化为高性能合金。

升级后的铝材性能与原铝材料相当，为将优质再生金属产品推向市场提供了一种经济有效的途径。这种方法不仅可以提高材料性能，还可以通过将废料转化为有价值的铝产品来支持环境可持续性。

这项工作的创新之处在于，通过在铝屑混合物中添加精确数量的金属元素作为前体，您可以将其从低成本废料转化为高成本产品。我们只需一步即可完成此操作，所有合金在五分钟或更短的时间内即可完成。

固相合金工艺将铝废料与铜、锌和镁混合，在几分钟内即可制成高强度合金。相比之下，传统的熔化、铸造和挤压方法可能需要几天才能达到类似的效果。该团队依靠PNNL专利技术“剪切辅助加工和挤压”（ShAPE）来生产这些合金，但可以使用其他固相制造方法复制这些结果。

在ShAPE工艺中，高速旋转的模具会产生热量和摩擦，将原材料分散成均匀的合金。所得材料具有新制造的铝的特性，但生产时无需耗能的批量熔化。结合低成本的废料原料，这种方法可以显著降低生产成本。对于消费者来说，这意味着更耐用、更实惠的铝产品可用于汽车、建筑材料和家用电器等应用。

科学团队利用机械测试和复杂的成像技术研究了固相合金化回收材料的内部结构。他们的研究结果表明，回收的合金ShAPE赋予了独特的原子级纳米结构。在ShAPE过程中，合金内部形成了被称为Guinier-Preston区的原子级特征。

众所周知，这些特性可以提高金属合金的强度。升级后的合金具有更高的极限抗拉强度，比传统的再生铝强200%。这些品质可能会使产品使用寿命更长，性能更好。

固相合金化工艺在生产用于3D打印技术的定制金属丝合金方面也具有潜在应用。例如，线弧增材制造(WAAM)使用机器人焊枪熔化金属丝并制造3D部件。然而，为此类工艺获取具有定制成分的进料丝可能具有挑战性。

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