- ShAPE eliminiert Homogenisierung und Extrusion als getrennte Schritte; mischt während der Extrusion
- Energieverbrauch sinkt um bis zu 50 Prozent im Herstellungsprozess
- Metallstück wird in Sekunden homogenisiert, kurz vor der Extrusion; kein eintägiges Vorheizen
- Verbesserte Mischung der Legierungselemente, potenziell stärkere, leichtere Aluminiumlegierungen
Die Forscher des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) haben einen neuen Prozess entwickelt, der die zur Herstellung von Hochleistungs-Aluminiumlegierungen benötigte Energie halbiert.
Im Folgenden erklären wir, wie dieser Prozess durchgeführt wird und welche Vorteile er im täglichen Leben und in der Automobilindustrie mit sich bringen wird.
In einem Artikel, der in der Zeitschrift Materials and Design veröffentlicht wurde, erklären die Forscher, dass die herkömmliche Metallproduktion Wärme verwendet, um einzelne Metalle und Legierungselemente – wie Aluminium, Kupfer oder Magnesium – zusammenzuschmelzen, um leichtere, stärkere oder leichter formbare Legierungen zu schaffen. Wenn diese Elemente nicht gut vermischt werden, können während des Verarbeitungsprozesses Risse und Brüche entstehen, die die Eigenschaften des Endprodukts beeinträchtigen. In der Metallproduktion wird Wärme eingesetzt, um sicherzustellen, dass die einzelnen Metallelemente in einer Legierung während einer Phase, die als Homogenisierung bezeichnet wird, gut vermischt werden.
Während der Homogenisierung werden große gegossene Metallstücke, sogenannte Barren, bis zu 500 Grad Celsius erhitzt und das bis zu 24 Stunden lang. Diese Phase der Wärmeeinwirkung löst Legierungsaggregate im Barren auf, um sicherzustellen, dass alle Metallelemente gleichmäßig verteilt oder homogenisiert sind. Dies verbessert die Leistung des Endprodukts. Nach der Homogenisierung durchlaufen die Metallstangen eine weitere Wärme- und Formgebungsphase, die als Extrusion bezeichnet wird.
Der größte Teil der Energie wird während des Homogenisierungsprozesses verbraucht. Die Forscher des PNNL haben einen Prozess namens ShAPE entwickelt, um den Bedarf an elektrischer Energie erheblich zu reduzieren und dabei mindestens ebenso gute Ergebnisse zu erzielen.
Der leitende Forscher des Teams, Scott Whalen, ein Experte auf dem Gebiet der Materialien und einer der Mitbegründer dieser Technologie, sagte, dass der ShAPE-Prozess die Notwendigkeit der getrennten Schritte der Homogenisierung und Extrusion eliminiert, indem er die Form des Metalls selbst verändert, wodurch der gesamte Prozess kürzer und effizienter wird.
In der ShAPE-Maschine wird das Metallstück gleichzeitig durch eine kleine Öffnung in einer rotierenden Form gedrückt. Durch die Prozesse der rotierenden Bewegung und Verformung, die gleichzeitig stattfinden, werden die Metallelemente sehr gut gemischt, während sie extrudiert werden.
Mit anderen Worten, der neue Prozess homogenisiert das Metallstück in wenigen Sekunden, unmittelbar bevor es extrudiert wird. Dies eliminiert die Notwendigkeit eines eintägigen Vorheiz-Homogenisierungsprozesses und bedeutet, dass keine zusätzliche Energie aufgewendet wird, um den Barren während der Extrusion zu erwärmen. Insgesamt führt dies zu Energieeinsparungen von bis zu 50%.
Die Forscher führten Leistungstests durch, die zeigten, dass ihre Technologie auch verbessert, wie die einzelnen Legierungselemente gemischt werden, und zu einem besseren Endprodukt führt. Im Detail übertrafen die mit ShAPE behandelten Aluminiumlegierungen die aktuellen Standards der American Society for Testing and Materials in Bezug auf Festigkeit und Dehnung.
Es scheint, dass diese neue Technologie in vielen Bereichen große Vorteile bringen kann, und wenn sie in großem Maßstab übernommen wird, wird sie aktiv dazu beitragen, den Endpreis von Aluminium erheblich zu senken. Außerdem wird sie den Elektrizitätsverbrauch in diesem Sektor erheblich reduzieren.
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