Nhôm phế liệu giờ đây có thể được thu gom và chuyển đổi trực tiếp thành các bộ phận mới của xe bằng cách sử dụng một quy trình cải tiến đang được phát triển bởi ngành công nghiệp ô tô, đặc biệt là đối với xe điện. Hôm nay, Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương của Bộ Năng lượng, phối hợp với công ty công nghệ di động hàng đầu Magna, công bố một quy trình sản xuất mới giúp giảm hơn 50% năng lượng tiêu thụ và hơn 90% lượng khí thải carbon dioxide bằng cách loại bỏ nhu cầu khai thác và tinh chế cùng một lượng quặng nhôm thô. Nhôm nhẹ cũng có thể giúp mở rộng phạm vi lái xe EV.
Quy trình Shear Assisted Processing and Extrusion (ShaAPE) đã được cấp bằng sáng chế và từng đoạt giải thưởng này thu thập các mẩu phế liệu và các chi tiết trang trí bằng nhôm còn sót lại từ quá trình sản xuất ô tô và biến đổi trực tiếp thành vật liệu phù hợp cho các bộ phận mới của xe. Nó hiện đang được mở rộng quy mô để tạo ra các bộ phận bằng nhôm nhẹ cho xe điện.
Tiến bộ gần đây nhất, được mô tả chi tiết trong một báo cáo mới và trong một bài báo nghiên cứu của tạp chí Sản xuất , loại bỏ nhu cầu thêm nhôm mới khai thác vào vật liệu trước khi sử dụng nó cho các bộ phận mới. Bằng cách giảm chi phí tái chế nhôm, các nhà sản xuất có thể giảm chi phí tổng thể của các thành phần nhôm, cho phép họ thay thế thép tốt hơn.
Scott Whalen, nhà khoa học vật liệu PNNL và trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi đã chỉ ra rằng các bộ phận nhôm được hình thành bằng quy trình ShAPE đáp ứng các tiêu chuẩn của ngành ô tô về độ bền và khả năng hấp thụ năng lượng”. "Điều quan trọng là quy trình ShAPE phá vỡ các tạp chất kim loại trong phế liệu mà không yêu cầu bước xử lý nhiệt tốn nhiều năng lượng. Chỉ riêng điều này đã tiết kiệm đáng kể thời gian và mang lại hiệu quả mới."
Báo cáo mới và các ấn phẩm nghiên cứu đánh dấu đỉnh cao của mối quan hệ hợp tác kéo dài 4 năm với Magna, nhà sản xuất phụ tùng ô tô lớn nhất ở Bắc Mỹ.
Phế liệu nhôm của các nhà sản xuất ô tô biến thành các bộ phận xe mới với quy trình sản xuất ShAPE đã được cấp bằng sáng chế của PNNL. Nhiệt và ma sát làm mềm nhôm và biến nó từ kim loại thô thành một sản phẩm đồng nhất mịn, bền mà không cần qua bước nóng chảy. Tín dụng: Hoạt hình của Sara Levine, Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương
Massimo DiCiano, Giám đốc Khoa học Vật liệu tại Magna cho biết: “Tính bền vững luôn được đặt lên hàng đầu trong mọi việc chúng tôi làm tại Magna. "Từ quy trình sản xuất của chúng tôi đến vật liệu chúng tôi sử dụng và quy trình ShAPE là bằng chứng tuyệt vời về cách chúng tôi đang tìm cách phát triển và tạo ra các giải pháp bền vững mới cho khách hàng của mình."
ưu điểm của nhôm
Bên cạnh thép, nhôm là vật liệu được sử dụng nhiều nhất trong ngành công nghiệp ô tô. Các đặc tính có lợi của nhôm làm cho nó trở thành một thành phần ô tô hấp dẫn. Nhẹ hơn và bền hơn, nhôm là vật liệu chính trong chiến lược tạo ra các phương tiện nhẹ để cải thiện hiệu suất, có thể mở rộng phạm vi hoạt động của xe điện hoặc giảm kích thước dung lượng pin. Mặc dù ngành công nghiệp ô tô hiện đang tái chế phần lớn nhôm của mình, nhưng nó thường bổ sung nhôm sơ cấp mới được khai thác vào nhôm trước khi tái sử dụng để pha loãng tạp chất.
Các nhà sản xuất kim loại cũng dựa vào quy trình nung nóng sơ bộ gạch, hay còn gọi là "phôi thép" như chúng được biết đến trong ngành, đã tồn tại hàng thế kỷ, ở nhiệt độ trên 1.000°F (550°C) trong nhiều giờ. Bước gia nhiệt trước sẽ hòa tan các cụm tạp chất như silicon, magiê hoặc sắt trong kim loại thô và phân phối chúng đồng đều trong phôi thông qua một quá trình được gọi là đồng nhất hóa.
Ngược lại, quy trình ShAPE hoàn thành bước đồng nhất tương tự trong chưa đầy một giây , sau đó biến nhôm rắn thành sản phẩm hoàn thiện chỉ trong vài phút mà không cần bước gia nhiệt trước.
Whalen cho biết: “Với các đối tác của chúng tôi tại Magna, chúng tôi đã đạt được một cột mốc quan trọng trong quá trình phát triển của quy trình ShAPE. "Chúng tôi đã thể hiện tính linh hoạt của nó bằng cách tạo ra các bộ phận hình vuông, hình thang và nhiều ô, tất cả đều đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng về độ bền và độ dẻo."
Đối với những thí nghiệm này, nhóm nghiên cứu đã làm việc với một hợp kim nhôm được gọi là 6063, hay còn gọi là nhôm kiến trúc. Hợp kim này được sử dụng cho nhiều bộ phận ô tô, chẳng hạn như giá đỡ động cơ, cụm cản, đường ray khung và trang trí ngoại thất. Nhóm nghiên cứu PNNL đã kiểm tra các hình dạng ép đùn bằng kính hiển vi điện tử quét và nhiễu xạ tán xạ ngược điện tử, tạo ra hình ảnh về vị trí và vi cấu trúc của từng hạt kim loại trong thành phẩm. Kết quả cho thấy các sản phẩm ShAPE có độ bền đồng đều và không có các lỗi sản xuất có thể gây ra hỏng hóc cho các bộ phận. Đặc biệt, các sản phẩm không có dấu hiệu của các cụm kim loại lớn—các tạp chất có thể gây hư hỏng vật liệu và cản trở nỗ lực sử dụng nhôm tái chế thứ cấp để sản xuất các sản phẩm mới.
Nhóm nghiên cứu hiện đang kiểm tra các hợp kim nhôm có độ bền cao hơn thường được sử dụng trong vỏ pin cho xe điện.
Whalen cho biết: "Sự đổi mới này chỉ là bước đầu tiên hướng tới việc tạo ra một nền kinh tế tuần hoàn cho nhôm tái chế trong sản xuất". "Chúng tôi hiện đang làm việc để bao gồm các dòng chất thải sau tiêu dùng, có thể tạo ra một thị trường hoàn toàn mới cho phế liệu
