- ShAPE de la PNNL reduce energia cu ~50% față de metodele tradiționale.
- Elimină omogenizarea și extrudarea prin deformare și rotație a metalului.
- Procesul convențional necesită omogenizare la ~500°C timp de până la 24 ore.
- Tehnologia vizează aliajele de aluminiu de înaltă performanță pentru auto.
Cercetătorii de la Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) din Statele Unite au realizat o descoperire importantă în industria metalurgică. Echipa a dezvoltat un proces inovator care reduce la jumătate energia necesară pentru fabricarea aliajelor de aluminiu de performanță crescută, menținând în același timp standardele de calitate ridicate. Această avansare tehnologică promite să transforme atât industria auto, cât și multe alte sectoare care depind de aliaje metalice de calitate.
Cum funcționează producția convențională de aliaje
Într-un articol publicat în revista Materials and Design, cercetătorii explică faptul că producția convențională de metale utilizează căldură pentru a topi împreună metale individuale și elemente de aliere - cum ar fi aluminiul, cuprul sau magneziul - pentru a crea aliaje mai ușoare, mai rezistente sau mai ușor de format. Dacă aceste elemente nu sunt bine amestecate, în timpul prelucrării se pot forma fisuri și fracturi, ceea ce compromite proprietățile produsului final.
În producția de metale, căldura este utilizată pentru a se asigura că elementele metalice individuale dintr-un aliaj sunt bine amestecate în timpul unei etape numite omogenizare. Acest proces este esențial pentru obținerea unui material final de calitate superioară.
Etapa de omogenizare: principalul consumator de energie
În timpul omogenizării, piesele metalice turnate de mari dimensiuni, numite bile sau lingouri, sunt încălzite la aproape 500 de grade Celsius timp de până la 24 de ore. Această etapă de tratament termic dizolvă agregatele de aliaj din bilet pentru a se asigura că toate elementele metalice sunt distribuite uniform sau omogenizate. Acest lucru îmbunătățește dramatic performanța produsului final și îi conferă proprietățile mecanice dorite.
După omogenizare, tijele de metal sunt supuse unei noi etape de încălzire și formare într-o etapă numită extrudare. În cadrul procesului convențional, cea mai mare cantitate de energie este consumată în cadrul procesului de omogenizare, făcând din acesta punctul critic care trebuie optimizat pentru eficiență energetică.
Tehnologia ShAPE: soluția care schimbă paradigma
Cercetătorii de la PNNL au dezvoltat un proces numit ShAPE (Shear Assisted Processing and Extrusion), prin care să reducă în mod considerabil necesarul energiei electrice, dar să obțină rezultate cel puțin la fel de bune ca metodele tradiționale.
Scott Whalen, cercetător șef al echipei și expert în domeniul materialelor, care este unul dintre cei care au pus bazele acestei tehnologii, a declarat că procesul ShAPE elimină necesitatea unor etape separate de omogenizare și extrudare, prin schimbarea formei metalului în sine, ceea ce face ca întregul proces să devină mai scurt și mai eficient din punct de vedere energetic.
Mecanismul inovator al procesului ShAPE
În mașina ShAPE, bucata de metal este împinsă simultan printr-o mică deschidere într-o matriță care se rotește. Prin procesele de mișcare de rotație și de deformare, care au loc în același timp, elementele metalice sunt amestecate foarte bine în timp ce sunt extrudate.
Cu alte cuvinte, noul procedeu omogenizează bucata de metal în câteva secunde, imediat înainte de a fi extrudată. Acest lucru elimină necesitatea unei etape de omogenizare de preîncălzire, care durează o zi întreagă, și înseamnă că nu se utilizează energie suplimentară pentru a încălzi lingoul în timpul extrudării. Împreună, acest lucru duce la economii de energie de până la 50%, un procent impresionant care poate transforma industria metalurgică.
Performanță superioară produselor finale
Cercetătorii au efectuat teste de performanță riguroase care au arătat că tehnologia lor îmbunătățește, de asemenea, modul în care sunt amestecate elementele de aliere individuale, ceea ce duce la un produs final superior. În detaliu, componentele realizate din aliaje de aluminiu prelucrate cu ShAPE au depășit standardele actuale ale Societății Americane pentru Testare și Materiale (ASTM) în ceea ce privește rezistența și alungirea.
Aceste rezultate demonstrează că eficiența energetică nu vine în detrimentul calității. Dimpotrivă, procesul ShAPE oferă proprietăți mecanice îmbunătățite comparativ cu metodele convenționale, deschizând noi posibilități pentru aplicații în industrii exigente.
Impactul în industria auto și nu numai
Se pare că această nouă tehnologie poate aduce un mare plus în foarte multe domenii. Dacă va începe să fie folosită la scară largă, va ajuta în mod activ la scăderea semnificativă a prețului final al aluminiului. Mai mult, va reduce drastic consumul de energie electrică din această industrie, contribuind la obiectivele de sustenabilitate.
În industria auto, unde aliajele de aluminiu sunt din ce în ce mai căutate pentru reducerea greutății vehiculelor și creșterea eficienței energetice, această tehnologie ar putea accelera tranziția către vehicule mai ușoare și mai eficiente. Componentele structurale, blocurile motor și alte piese critice ar putea fi produse mai ieftin și mai sustenabil.
Tehnologia ShAPE reprezintă un pas important către o industrie metalurgică mai verde și mai eficientă, cu beneficii directe pentru consumatori prin prețuri mai accesibile și pentru mediu prin reducerea amprentei de carbon a producției de metale.
