В ближайшее десятилетие ожидается, что в Северной Америке большое количество алюминия от автомобильных кузовных панелей поступит в систему переработки. Из-за примесей, таких как железо, попадающих в процессе демонтажа, эти переработанные материалы в настоящее время в основном непригодны для ключевых автомобильных компонентов, что ограничивает их ценность применения. Исследовательская группа из Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) Министерства энергетики США разработала новый алюминиевый сплав под названием RidgeAlloy, предназначенный для преобразования низкокачественного переработанного алюминия в источник материала, пригодного для изготовления автомобильных конструкционных деталей.
Технология приготовления RidgeAlloy включает переплавку алюминия, извлеченного из старых изделий, и его повторное литье в новый сплав, отвечающий требованиям прочности, пластичности и безопасности при столкновениях для автомобильных конструкционных деталей. Исследователи ORNL использовали целевой метод проектирования сплавов для ускорения процесса разработки материалов. Алан Хейнс, директор основной программы по легким металлам в ORNL, заявил: «Команда всего за 15 месяцев прошла путь от концепции на бумаге до успешной демонстрации полноразмерных компонентов из нового сплава. Такая инновационная скорость в разработке сложных конструкционных сплавов беспрецедентна».
Автомобили с широким использованием алюминия начали выходить на американский рынок примерно с 2015 года, и пикап Ford F-150 стал одной из первых крупносерийных моделей. Ожидается, что к началу 2030-х годов большинство из этих автомобилей достигнут конца срока службы. К тому времени система переработки в Северной Америке может ежегодно получать до 350 000 тонн алюминиевых кузовных отходов. Алекс Плотковски, руководитель группы по вычислительной сопряженной физике в ORNL, отметил: «Вы можете повторно использовать алюминий после потребления для производства неконструкционных изделий, таких как блоки цилиндров двигателя, но он не обладает характеристиками, необходимыми для высокоценных конструкционных применений в кузовах автомобилей».
Для разработки RidgeAlloy исследовательская группа провела более двух миллионов симуляций с использованием высокопроизводительных вычислений, чтобы предсказать комбинации элементов, способные обеспечить требуемые механические свойства. Исследователи также провели анализ материалов и эксперименты с нейтронной дифракцией на источнике рассеянных нейтронов ORNL, чтобы понять механизмы влияния примесей на свойства сплава. После определения состава сплава компания Trialco Aluminum из Чикаго, входящая в группу PSW, произвела переработанные алюминиевые слитки, соответствующие дизайну RidgeAlloy. Затем эти слитки были отправлены в компанию Falcon Lakeside Manufacturing в Мичигане, где с использованием технологии литья под высоким давлением были изготовлены автомобильные компоненты. Испытания подтвердили, что комбинация алюминия, магния, кремния, железа и марганца в составе RidgeAlloy, даже при повышенном содержании железа и кремния в переработанном сырье, удовлетворяет требованиям для автомобильных конструкционных отливок.
Амит Шам, руководитель группы по поведению и проектированию сплавов в ORNL, заявил: «По оценкам, использование переплавленных отходов вместо первичного алюминия может сократить энергию, необходимую для обработки деталей, до 95%». К началу 2030-х годов технология RidgeAlloy может позволить производить переработанные конструкционные алюминиевые отливки в объеме, равном половине текущего годового производства первичного алюминия в США. Хейнс отметил: «Технология, предоставляемая RidgeAlloy, позволяет повторно использовать предстоящие крупномасштабные внутренние запасы высококачественной переработанной автомобильной алюминиевой листовой стали, и именно такое влияние на цепочку поставок стремится достичь наша команда». Потенциальные области применения этой технологии также включают промышленное оборудование, сельскохозяйственную технику, аэрокосмические системы и внедорожные транспортные средства.
