美国开发新型再生铝合金,加强国内汽车零部件制造供应链

美国能源部（DOE）下属的橡树岭国家实验室（ORNL）开发了一种名为RidgeAlloy的新型再生铝合金。该合金是通过将消费后废铝重熔并将其重铸成符合结构车辆零件强度、延展性和耐撞性标准的材料而生产的。预计这将使低价值废料转变为高价值的国内供应链，用于制造新的汽车结构件。

“该团队在短短15个月内就从纸质概念发展到新合金的成功、全尺寸零件演示，”ORNL轻金属核心项目主任Allen Haynes说。“这是开发复杂结构合金方面闻所未闻的创新速度。”

福特于150年推出了铝密集型F-2015卡车系列，使其成为美国市场上第一款量产的铝制汽车。从那时起，许多汽车和卡车开始在其设计中使用铝。到2030年代初，其中许多车辆预计将报废，从而产生高质量铝车身板废料的激增——在北美每年高达350,000吨。

美国拥有完善的车辆粉碎和废铝回收基础设施。然而，当车辆被拆卸和切碎时，铝通常会与其他金属和材料（如铁）混合。这些废料通常过于不纯，无法安全地重复用于新的关键汽车零部件，而是被降级回收为低档铸件，限制其价值，或者出口，这错失了利用这些资源作为优质国产铝来源的机会。

ORNL团队应用了世界一流的科学工具——例如涉及200多万次计算的高通量计算，以及材料表征和中子衍射——来预测具有目标特性的最佳合金成分。这些工具帮助研究人员了解特定杂质如何影响合金行为。中子特别适合此类研究，因为它们可以深入致密金属而不损坏材料，使科学家能够观察内部结构和原子尺度的变化。

在通过快速计算预测和实验室试验确定所需的共混物后，新合金在真实环境中进行了测试。位于伊利诺伊州芝加哥的Trialco Aluminium提供由混合车身板废料铸造的回收铝锭，并根据RidgeAlloy的规格量身定制。然后，这些锭被运往密歇根州的猎鹰湖滨制造厂，在那里它们使用高压压铸成功铸造成汽车零部件。

铸件证实，由铝、镁、硅、铁和锰组成的RidgeAlloy具有结构车辆铸件所需的性能组合，即使由铁和硅含量较高的回收混合物制成也是如此。该合金具有强度、耐腐蚀性和延展性，能够利用消费后废铝生产车身底部、车架部件和其他关键部件的结构铸件。

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。到2030年代初，RidgeAlloy的回收结构铸件的产量至少相当于美国原铝年产量的一半。这将减少能源使用、降低成本并加强国内供应链。