再生铝提供能源排放和电动汽车电池续航里程节省
现在可以收集废铝并使用汽车行业开发的创新工艺直接转化为新的汽车零件，尤其是电动汽车。今天，能源部太平洋西北国家实验室与领先的移动技术公司 Magna合作，推出了一种新的制造工艺，通过消除需要减少 50% 以上的隐含能量和 90% 以上的二氧化碳排放量开采和提炼等量的原铝矿石。轻质铝材还有助于延长电动汽车的续驶里程。
这种获得专利且屡获殊荣的 剪切辅助加工和挤压 (ShAPE™ ) 工艺收集汽车制造过程中产生的废料和剩余的铝边角料，并将其直接转化为适合新汽车零件的材料。它现在正在扩大规模，以制造用于电动汽车的轻型铝制部件。
新报告和Manufacturing Letters研究文章中详细描述了最新进展，消除了在将新开采的铝用于新零件之前将其添加到材料中的需要。通过降低回收铝的成本，制造商可以降低铝部件的总成本，从而更好地替代钢材。
PNNL 材料科学家兼首席研究员 Scott Whalen 表示：“我们证明，采用 ShAPE 工艺形成的铝制部件符合汽车行业的强度和能量吸收标准。” “关键是 ShAPE 工艺可以分解废料中的金属杂质，而无需能源密集型热处理步骤。仅此一项就可以节省大量时间并提高效率。”
新的报告和研究出版物标志着与北美最大的汽车零部件制造商 Magna 四年合作关系的高潮。麦格纳获得了能源部车辆技术办公室轻量化材料联盟 (LightMAT) 项目的合作研究资金。
“可持续性是我们在麦格纳所做的一切工作的重中之重，”麦格纳材料科学经理 Massimo DiCiano 说。“从我们的制造工艺到我们使用的材料，ShAPE 工艺很好地证明了我们正在寻求如何为我们的客户发展和创造新的可持续解决方案。”
铝的优势
除了钢铁，铝是汽车工业中使用最多的材料。铝的优越性能使其成为极具吸引力的汽车部件。铝更轻、更坚固，是制造轻型汽车以提高效率的战略中的关键材料，无论是延长电动汽车的续航里程还是减小电池容量。虽然汽车行业目前确实回收了大部分铝，但在重新使用之前，它通常会向其中添加新开采的原铝，以稀释杂质。
金属制造商还依赖于一个具有百年历史的预热工艺，即在行业中将砖块或“钢坯”预热至超过 1,000°F (550°C) 的温度数小时。预热步骤溶解原料金属中的硅、镁或铁等杂质簇，并通过称为均质化的过程将它们均匀分布在钢坯中。
相比之下，ShAPE 工艺在不到一秒的时间内完成相同的均化步骤，然后在几分钟内将固态铝转化为成品，无需预热步骤。
“与我们在 Magna 的合作伙伴一起，我们已经达到了 ShAPE 工艺发展的一个关键里程碑，”Whalen 说。“我们通过制造方形、梯形和多单元部件展示了它的多功能性，这些部件都符合强度和延展性的质量基准。”
在这些实验中，研究团队使用了一种名为 6063 或建筑铝的铝合金。这种合金用于各种汽车部件，例如发动机支架、保险杠组件、车架纵梁和外饰件。PNNL 研究团队使用扫描电子显微镜和电子背散射衍射检查了挤压形状，从而创建了成品中每个金属颗粒的位置和微观结构的图像。结果表明，ShAPE 产品强度均匀，没有可能导致零件故障的制造缺陷。特别是，这些产品没有大块金属的迹象——这些杂质会导致材料劣化，并阻碍了使用二次回收铝制造新产品的努力。
该研究团队现在正在研究通常用于电动汽车电池外壳的更高强度的铝合金。
“这项创新只是在制造业中为再生铝创造循环经济的第一步，”Whalen 说。“我们现在正致力于将消费后废物流包括在内，这可能会为再生铝废料创造一个全新的市场。”
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