Исследователи Ок–Риджской национальной лаборатории Министерства энергетики США представили новый алюминиевый сплав RidgeAlloy, способный изменить индустрию вторичной переработки металлов. Технология позволяет преобразовывать загрязненный лом, который ранее считался непригодным для ответственных узлов, в высококачественный материал для автомобильной промышленности. Разработка направлена на решение проблемы дефицита первичного алюминия и снижение зависимости от импортных поставок сырья.
Актуальность проекта связана с прогнозируемым резким ростом объемов отходов. В середине прошлого десятилетия автопроизводители начали массово использовать алюминиевые кузовные панели, и к началу 2030–х годов эти машины начнут выходить из эксплуатации. По оценкам экспертов, ежегодно на рынок Северной Америки будет поступать до 350 тысяч тонн алюминиевого лома. До настоящего времени этот ресурс использовался неэффективно: из–за примесей железа и кремния, попадающих в массу при шредировании кузовов, вторичный металл шел на производство простых деталей вроде блоков двигателей или экспортировался как низкосортное сырье.
Главным препятствием для качественной переработки оставалось загрязнение железом из заклепок и крепежных элементов. Даже незначительное содержание таких примесей делает состав непредсказуемым, что критически снижает прочность и пластичность, необходимые для силовых конструкций автомобиля. Из–за этого большинство структурных деталей сегодня изготавливают из первичного алюминия, добыча и выплавка которого требуют колоссальных энергозатрат. RidgeAlloy позволяет нивелировать негативное влияние примесей, сохраняя характеристики материала на уровне первичного сырья.
При создании сплава ученые использовали суперкомпьютеры для проведения более чем двух миллионов расчетов, прогнозируя поведение различных комбинаций элементов. Структуру материала на атомном уровне изучали в центре нейтронных исследований ORNL. Нейтронное излучение позволило ученым наблюдать за внутренними изменениями в кристаллической решетке металла без его повреждения. В результате путь от теоретической концепции до создания полноразмерной промышленной детали занял всего 15 месяцев, что является исключительно высоким темпом для материаловедения.
Экономическая эффективность технологии RidgeAlloy заключается в сокращении энергопотребления на 95% по сравнению с производством алюминия из руды. Внедрение метода в промышленных масштабах позволит к 2030 году покрывать до половины потребностей США в алюминиевых отливках за счет внутреннего лома. Это существенно упрочит цепочки поставок и снизит себестоимость производства транспортных средств.
Помимо гражданского автопрома, новый сплав может найти применение в авиакосмической отрасли, производстве сельскохозяйственной техники, судостроении и энергетическом машиностроении. Испытания подтвердили, что детали, отлитые из RidgeAlloy под высоким давлением, полностью соответствуют стандартам безопасности для рамных конструкций, элементов шасси и других узлов, работающих в условиях высоких нагрузок и агрессивных сред.