آلومینیوم بازیافتی جدید به کمک صنعت خودروسازی آمد

به گزارش می‌متالز به نقل از تک‌اکسپلوریست، آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام وزارت انرژی آمریکا، با همکاری شرکت پیشرو فناوری تحرک مگنا، از فرآیند تولید جدیدی رونمایی می‌کند که بیش از ۵۰ درصد از انرژی تجسم‌یافته و بیش از ۹۰ درصد از انتشار دی‌اکسیدکربن را با حذف نیاز به معدن و پالایش همان مقدار سنگ معدن آلومینیوم خام کاهش می‌دهد. آلومینیوم سبک وزن همچنین می‌تواند به افزایش برد رانندگی خودرو‌های الکتریکی کمک کند.

این فرآیند پردازش و اکستروژن (روش‌ی حجمی، برای تغییر شکل مواد به‌منظور کاهش ضخامت یا سطح مقطع آن‌ها) با کمک برشی که ثبت اختراع و برنده جایزه شده است، قطعات ضایعات و قطعات آلومینیومی باقی مانده از تولید خودرو را جمع‌آوری می‌کند و به‌طور مستقیم آن را به مواد مناسب برای قطعات خودرو جدید تبدیل می‌کند. این فرآیند در حال حاضر برای ساخت قطعات آلومینیومی سبک وزن در خودرو‌های برقی مقیاس‌بندی شده است.

این پیشرفت جدید، نیاز به افزودن آلومینیوم تازه استخراج شده به مواد قبل از استفاده از آن برای قطعات جدید را از بین می‌برد. با کاهش هزینه بازیافت آلومینیوم، سازندگان ممکن است بتوانند هزینه کلی اجزای آلومینیومی را کاهش دهند و آن‌ها را قادر به جایگزینی فولاد کنند.

اسکات والن، دانشمند مواد و محقق اصلی تحقیق گفت: ما نشان دادیم که قطعات آلومینیومی که با فرآیند تشکیل شده‌اند، مطابق با استاندارد‌های صنعت خودرو برای قدرت و جذب انرژی است. نکته کلیدی این است که فرآیند پردازش و اکستروژن با کمک برش، ناخالصی‌های فلزی موجود در ضایعات را بدون نیاز به مرحله عملیات حرارتی پر انرژی تجزیه می‌کند. این امر به تنهایی باعث صرفه‌جویی قابل توجهی در زمان می‌شود و کارایی‌های جدیدی را معرفی می‌کند.

ماسیمو دی سیانو، مدیر علوم مواد در مگنا گفت: ماندگاری در خط مقدم همه کار‌هایی است که ما در اینجا انجام می‌دهیم. از فرآیند‌های تولید ما گرفته تا موادی که استفاده می‌کنیم و فرآیند پردازش و اکستروژن با کمک برش، گواه خوبی است که نشان می‌دهد ما چگونه در جستجوی تکامل و ایجاد راه‌حل‌های پایدار جدید برای مشتریان خود هستیم.

مزایای آلومینیوم

در کنار فولاد، آلومینیوم پرمصرف‌ترین ماده در صنعت خودروسازی است. خواص سودمند آلومینیوم آن را به یک جزء جذاب خودرو تبدیل کرده است. آلومینیوم سبک‌تر و محکم، یک ماده کلیدی در راهبرد ساخت خودرو‌های سبک وزن برای بهبود کارایی است، زیرا برد خودرو‌های الکتریکی را افزایش می‌دهد یا ظرفیت باتری را کاهش می‌دهد. در حالی که صنعت خودرو در حال حاضر بیشتر آلومینیوم خود را بازیافت می‌کند، به‌طور معمول آلومینیوم اولیه تازه استخراج شده را قبل از استفاده مجدد به آن اضافه می‌کند تا ناخالصی‌ها را رقیق کند.

سازندگان فلزات همچنین به یک فرآیند ۱۰۰ ساله پیش گرمایش قطعات یا بیلت‌ها تا دمای بیش از ۱۰۰۰ درجه فارنهایت (۵۵۰ درجه سانتی‌گراد) برای چندین ساعت، متکی هستند. مرحله پیش گرمایش، خوشه‌هایی از ناخالصی‌ها مانند سیلیکون، منیزیم یا آهن را در فلز خام حل می‌کند و آن‌ها را از طریق فرآیندی به‌نام همگن‌سازی به‌طور یکنواخت در بیلت پخش می‌کند.

در مقابل، فرآیند جدید همان مرحله همگن‌سازی را در کمتر از یک ثانیه انجام می‌دهد سپس آلومینیوم جامد را در عرض چند دقیقه به محصول نهایی تبدیل می‌کند و نیازی به مرحله پیش گرمایش نیست.

والن ابراز کرد: ما با شرکای خود در مگنا، به نقطه عطف مهمی در تکامل فرآیند پردازش و اکستروژن با کمک برش رسیده‌ایم. ما تطبیق‌پذیری آن را با ایجاد قطعات مربعی، ذوزنقه‌ای و چند سلولی نشان داده‌ایم که همگی معیار‌های کیفیت برای استحکام و شکل‌پذیری را دارند.

برای این آزمایش‌ها، گروه تحقیقاتی با یک آلیاژ آلومینیوم معروف به ۶۰۶۳ یا آلومینیوم معماری کار کردند. این آلیاژ برای انواع قطعات خودرو مانند پایه موتور، مجموعه سپر، ریل قاب و تزئینات بیرونی استفاده می‌شود.

گروه تحقیقاتی اشکال از قالب خارج شده را با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش الکترونی پس پراکنده بررسی کردند که تصویری از محل قرارگیری و ریزساختار هر ذره فلزی در محصول نهایی ایجاد می‌کند.

نتایج نشان داد که محصولات حاصل از فرآیند جدید به‌طور یکنواخت قوی و فاقد عیوب ساخت که می‌تواند موجب خرابی قطعات شود، هستند. به‌ویژه، محصولات هیچ نشانه‌ای از خوشه‌های بزرگ فلز نداشتند؛ ناخالصی‌هایی که می‌توانند باعث خراب شدن مواد شوند و مانع تلاش‌ها برای استفاده از آلومینیوم بازیافتی ثانویه در تولید محصولات جدید می‌شوند.

گروه تحقیقاتی اکنون در حال بررسی آلیاژ‌های آلومینیومی با استحکام بالاتری است که اغلب در محفظه باتری خودرو‌های الکتریکی استفاده می‌شود.

والن افزود: این نوآوری تنها اولین گام به سمت ایجاد یک اقتصاد چرخشی برای آلومینیوم بازیافتی در تولید است. ما اکنون در حال کار روی گنجاندن جریان‌های ضایعات پس از مصرف هستیم که می‌تواند بازار به‌طور کامل جدیدی برای ضایعات آلومینیوم ثانویه ایجاد کند.

لازم به ذکر است که میکروسکوپ الکترونی روبشی نوعی میکروسکوپ الکترونی است که قابلیت عکس‌برداری از سطوح با بزرگنمایی ۱۰ تا ۵۰۰ هزار برابر با قدرت تفکیکی کمتر از یک تا ۲۰ نانومتر (بسته به نوع نمونه) را دارد و پراش الکترونی پس پراکنده، یک شیوه مطالعه ریزساختاری کریستالوگرافی مبتنی بر میکروسکوپ الکترونی روبشی است که اغلب در مطالعه مواد کریستالی یا پلی کریستالی استفاده می‌شود. این روش می‌تواند اطلاعاتی در مورد ساختار، جهت‌گیری کریستال، فاز، یا کرنش در ماده ارائه دهد.

یافته‌های این تحقیق در مجله Manufacturing Letters به تفصیل شرح داده و منتشر شده است.

منبع: خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)