Sciencemag.cz
Doporučujeme
Použití slitin hliníku v průmyslu (samozřejmě včetně výroby aut a letadel) bude růst, problém je však energetická náročnost této výroby. A to jak samotného hliníku, tak následně i příslušných slitin. Výzkumníci z Pacific Northwest National Laboratory proto přišli s technologií ShAPE (Shear Assisted Processing and Extrusion), která omezuje počet kroků tepelného zpracování a energetickou náročnost výroby slitiny.
Při běžné výrobě slitin kovů se nejprve za tepla smíchají dohromady jednotlivé kovy a legující prvky. Pokud nejsou dobře promíchány, mohou se během dalšího zpracování vytvořit trhliny a praskliny, které zhorší vlastnosti konečného výrobku. Promíchání (homogenizace) hliníkových slitin představuje samostatný a energeticky náročný krok. Velké kovové odlitky se při ní zahřívají na teplotu téměř 500 °C po dobu až 24 hodin. Následuje další ohřev a samotné tvarování pomocí vytlačování.
Nové zařízení provádějící technologii ShAPE spojuje homogenizaci a tvarování do jediného kroku. Ve stroji se kovový polotovar současně protlačuje malým otvorem v matrici, která se otáčí. Rotační pohyb a deformace společně důkladně promíchají kovové prvky při jejich vytlačování. Proces ShAPE tak v podstatě homogenizuje kovový polotovar během několika sekund bezprostředně před jeho vytlačováním. Tím odpadá nutnost celodenního předehřívání a dodatečný ohřev polotovaru. Při použití systému ShAPE lze podle autorů výzkumu dosáhnout úsporu energie až 50 %. ShAPE je navíc rychlejší a také zlepšuje úroveň promíchání jednotlivých legujících prvků, což vede i ke kvalitnějšímu výslednému produktu. Má to potvrzovat jak samotné testování vlastností výrobků, tak i analýza těchto materiálů pomocí elektronového mikroskopu. Hliníková slitina 7075 vyrobená tímto způsobem byla pevnější a vydržela větší deformaci tahem, než došlo k narušení celkové struktury.
Slitina 7075 je jedním z nejpevnějších hliníkových materiálů vůbec. Vedle hliníku (cca 90 %) obsahuje také zinek, hořčík, měď a chróm (v klesajících poměrech).
Tianhao Wang et al, Extrusion of Unhomogenized Castings of 7075 Aluminum via ShAPE, Materials & Design (2021). DOI: 10.1016/j.matdes.2021.110374
Sertac Akar et al, Techno-Economic Analysis for Shear Assisted Processing and Extrusion (ShAPE) of High Strength Aluminum Alloys, (2022). DOI: 10.2172/1846614
Zdroj: Pacific Northwest National Laboratory / Phys.org a další
