当前位置:首页>铝镁锌

美国研制新型再生压铸铝合金,用于汽车零部件制造

william 发表于2025/10/15 9:41:33 再生铝合金汽车零部件
分享:

由橡树岭国家实验室(ORNL,隶属于美国能源部)研究人员开发的新型结构合金RidgeAlloy制造的汽车零部件。(来源:ORNL,美国能源部)

美国能源部旗下的橡树岭国家实验室(ORNL)研发出一种名为RidgeAlloy的新型再生铝合金。该合金通过对消费后的废旧铝进行重熔,并重新铸造成一种符合结构车辆零部件强度、延展性和耐撞性标准的材料。这一创新成果预计将推动低价值废旧铝转化为高价值的国内供应链,用于制造新型结构汽车零部件。

ORNL轻金属核心项目主任艾伦·海恩斯(Allen Haynes)表示:“我们团队仅用15个月时间,就将这种新型合金从纸面概念转化为全尺寸零部件的实证。在复杂结构合金研发领域,这样的创新速度是前所未有的。”

汽车铝废料回收利用

2015年,福特汽车推出了以铝为主要材质的 F-150 卡车系列,使其成为美国市场上首款大规模量产的铝制车身汽车。此后,众多轿车与卡车在设计中开始采用铝。据预测,到21世纪30年代初,这些车辆中的大部分将达到使用寿命终点,届时北美地区每年产生的高品质汽车车身铝板废料将高达35万吨。

幸运的是,美国拥有全球顶尖的车辆拆解与铝废料回收基础设施。然而,在车辆拆解和粉碎过程中,铝往往会与铁等其他金属及材料混合。这类混合废料纯度较低,无法安全用于制造新型关键汽车零部件,通常只能降级加工为低等级铸件,这不仅限制了其价值,还导致部分废料直接出口,错失了将这些资源用作国内高质量铝源的机会。

ORNL耦合物理计算团队负责人亚历克斯·普洛特科夫斯基(Alex Plotkowski)指出:“我们可以将消费后铝废料重新加工用于非结构件,如发动机缸体。但这类再生铝不具备高价值、结构安全的车身应用所需的性能。”

RidgeAlloy的研发历程

为解决这一问题,ORNL散裂中子源(美国能源部科学办公室用户设施)的团队应用了世界一流的科学工具:如涉及超过200万次计算的高通量计算,以及材料表征和中子衍射,来预测具有目标性能的最佳合金成分。这些工具帮助研究人员了解了特定杂质如何影响合金性能。中子因其独特的穿透性,可以深入穿透致密金属而不损坏材料,使科学家能够清晰观察内部结构和原子级变化。

在通过快速计算预测和实验室试验确定理想成分后,研究团队在实际场景中对这种新型合金进行了测试。伊利诺伊州芝加哥的Trialco Aluminum公司提供了由混合汽车车身板废料铸造并符合RidgeAlloy规格的再生铝锭。随后,这些铝锭被运往密歇根州的Falcon Lakeside Manufacturing公司,在那里成功使用高压压铸工艺将其铸造成汽车零部件

普洛特科夫斯基表示:“我们选择的零部件尺寸中等且复杂度适中。最终目标是能够铸造更大尺寸的零部件,甚至可能是汽车巨型铸件,但这是第一步。”

测试结果显示,由铝、镁、硅、铁和锰组成的RidgeAlloy合金,即使由含铁和硅量较高的再生铝混合料制成,仍具备汽车结构铸件所需的综合性能。该合金兼具强度、耐腐蚀性与延展性,能够利用消费后铝废料生产底盘、框架组件和其他关键零部件的结构铸件

技术突破带来的积极影响

这一技术突破为北美汽车车身铝板废料的合理估值提供了可能,未来这些废料可通过分类回收,重新用于新型汽车车身铝板制造。预计到 21 世纪 30 年代初,RidgeAlloy 合金有望推动再生铝结构铸件的产量达到美国年度原生铝产量的一半。这将大幅降低能源消耗、削减成本,并强化本土供应链的稳定性。

海恩斯表示:“RidgeAlloy提供了首个能够回收即将到来且规模庞大的国内高质量再生汽车铝板合金价值的技术。这是我们团队所期望的供应链重大影响。”

参与此次橡树岭国家实验室项目团队的成员包括Alex Plotkowski、Amit Shyam、Allen Haynes、Sunyong Kwon、Ying Yang、Sumit Bahl、Nick Richter、Severine Cambier、Alice Perrin和Gerry Knapp。这项研究得到了美国能源部能源效率和可再生能源办公室的支持,并在车辆技术办公室轻质金属核心项目下开发。

本文英文版来自轻金属时代,由《压铸周刊》整理编译

回页顶部