由橡樹嶺國家實驗室（ORNL，隸屬于美國能源部）研究人員開發的新型結構合金RidgeAlloy制造的汽車零部件。（來源：ORNL，美國能源部）

美國能源部旗下的橡樹嶺國家實驗室（ORNL）研發出一種名為RidgeAlloy的新型再生鋁合金。該合金通過對消費后的廢舊鋁進行重熔，并重新鑄造成一種符合結構車輛零部件強度、延展性和耐撞性標準的材料。這一創新成果預計將推動低價值廢舊鋁轉化為高價值的國內供應鏈，用于制造新型結構汽車零部件。

ORNL輕金屬核心項目主任艾倫·海恩斯（Allen Haynes）表示：“我們團隊僅用15個月時間，就將這種新型合金從紙面概念轉化為全尺寸零部件的實證。在復雜結構合金研發領域，這樣的創新速度是前所未有的。”

汽車鋁廢料回收利用

2015年，福特汽車推出了以鋁為主要材質的 F-150 卡車系列，使其成為美國市場上首款大規模量產的鋁制車身汽車。此后，眾多轎車與卡車在設計中開始采用鋁。據預測，到21世紀30年代初，這些車輛中的大部分將達到使用壽命終點，屆時北美地區每年產生的高品質汽車車身鋁板廢料將高達35萬噸。

幸運的是，美國擁有全球頂尖的車輛拆解與鋁廢料回收基礎設施。然而，在車輛拆解和粉碎過程中，鋁往往會與鐵等其他金屬及材料混合。這類混合廢料純度較低，無法安全用于制造新型關鍵汽車零部件，通常只能降級加工為低等級鑄件，這不僅限制了其價值，還導致部分廢料直接出口，錯失了將這些資源用作國內高質量鋁源的機會。

ORNL耦合物理計算團隊負責人亞歷克斯·普洛特科夫斯基（Alex Plotkowski）指出：“我們可以將消費后鋁廢料重新加工用于非結構件，如發動機缸體。但這類再生鋁不具備高價值、結構安全的車身應用所需的性能。”

RidgeAlloy的研發歷程

為解決這一問題，ORNL散裂中子源（美國能源部科學辦公室用戶設施）的團隊應用了世界一流的科學工具：如涉及超過200萬次計算的高通量計算，以及材料表征和中子衍射，來預測具有目標性能的最佳合金成分。這些工具幫助研究人員了解了特定雜質如何影響合金性能。中子因其獨特的穿透性，可以深入穿透致密金屬而不損壞材料，使科學家能夠清晰觀察內部結構和原子級變化。

在通過快速計算預測和實驗室試驗確定理想成分后，研究團隊在實際場景中對這種新型合金進行了測試。伊利諾伊州芝加哥的Trialco Aluminum公司提供了由混合汽車車身板廢料鑄造并符合RidgeAlloy規格的再生鋁錠。隨后，這些鋁錠被運往密歇根州的Falcon Lakeside Manufacturing公司，在那里成功使用高壓壓鑄工藝將其鑄造成汽車零部件。

普洛特科夫斯基表示：“我們選擇的零部件尺寸中等且復雜度適中。最終目標是能夠鑄造更大尺寸的零部件，甚至可能是汽車巨型鑄件，但這是第一步。”

測試結果顯示，由鋁、鎂、硅、鐵和錳組成的RidgeAlloy合金，即使由含鐵和硅量較高的再生鋁混合料制成，仍具備汽車結構鑄件所需的綜合性能。該合金兼具強度、耐腐蝕性與延展性，能夠利用消費后鋁廢料生產底盤、框架組件和其他關鍵零部件的結構鑄件。

技術突破帶來的積極影響

這一技術突破為北美汽車車身鋁板廢料的合理估值提供了可能，未來這些廢料可通過分類回收，重新用于新型汽車車身鋁板制造。預計到 21 世紀 30 年代初，RidgeAlloy 合金有望推動再生鋁結構鑄件的產量達到美國年度原生鋁產量的一半。這將大幅降低能源消耗、削減成本，并強化本土供應鏈的穩定性。

海恩斯表示：“RidgeAlloy提供了首個能夠回收即將到來且規模龐大的國內高質量再生汽車鋁板合金價值的技術。這是我們團隊所期望的供應鏈重大影響。”

參與此次橡樹嶺國家實驗室項目團隊的成員包括Alex Plotkowski、Amit Shyam、Allen Haynes、Sunyong Kwon、Ying Yang、Sumit Bahl、Nick Richter、Severine Cambier、Alice Perrin和Gerry Knapp。這項研究得到了美國能源部能源效率和可再生能源辦公室的支持，并在車輛技術辦公室輕質金屬核心項目下開發。

本文英文版來自輕金屬時代，由《壓鑄周刊》整理編譯