ĐỜI SỐNG

Sức mạnh của nhôm tái chế với ngành ô tô

Thiện Thuật • 04-05-2023 • Lượt xem: 1334
Sức mạnh của nhôm tái chế với ngành ô tô

Hiện nay, phế liệu nhôm của các nhà sản xuất ô tô biến thành các bộ phận xe mới với quy trình sản xuất ShAPE đã được cấp bằng sáng chế của PNNL. Nhiệt và ma sát làm mềm nhôm và biến nó từ kim loại thô thành một sản phẩm đồng nhất mịn, bền mà không cần qua bước nóng chảy.

Quy trình sản xuất mới

Tại phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương của DOE đã hợp tác với công ty công nghệ di động hàng đầu Magna, đưa ra một phương pháp sản xuất mới nhằm giảm hơn 50% năng lượng và giúp cắt giảm hơn 90% lượng khí thải carbon dioxide bằng cách loại bỏ nhu cầu chiết xuất và xử lý cùng một lượng quặng nhôm thô.

Ngành công nghiệp ô tô, đặc biệt là xe điện, đang tiên phong trong một quy trình đánh giá để góp phần thu gom và biến nhôm phế liệu thành các bộ phận mới của xe. Quy trình sản xuất mới ngoài việc tạo ra các bộ phận xe bằng nhôm có độ bền cao, vừa tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường. Ngoài ra còn giúp nâng cao phạm vi hoạt động của xe điện.

Quy trình này đã được cấp bằng sáng chế và từng đoạt giải thưởng về Xử lý và đùn có hỗ trợ cắt (ShAPE™) tiến hành thu thập các mẩu phế liệu và các chi tiết trang trí bằng nhôm còn sót lại từ quá trình sản xuất ô tô và biến đổi trực tiếp thành vật liệu phù hợp cho các bộ phận mới của xe. Quá trình hiện đang được mở rộng quy mô để tạo ra các bộ phận bằng nhôm nhẹ cho xe điện.

Các đánh giá gần đây cho thấy việc loại bỏ nhu cầu thêm nhôm mới khai thác vào vật liệu trước khi sử dụng nó cho các bộ phận mới bằng việc giảm chi phí tái chế nhôm, các nhà sản xuất còn có thể giảm chi phí tổng thể của các thành phần nhôm, cho phép họ thay thế thép tốt hơn.

Nhà khoa học vật liệu, Tiến sĩ Scott Whalen tại Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) cho biết: “Chúng tôi đã chỉ ra rằng các bộ phận bằng nhôm được hình thành bằng quy trình ShAPE đáp ứng các tiêu chuẩn của ngành ô tô về độ bền và khả năng hấp thụ năng lượng. Điều quan trọng là quy trình ShAPE phá vỡ các tạp chất kim loại trong phế liệu mà không yêu cầu bước xử lý nhiệt tốn nhiều năng lượng. Điều này một mình tiết kiệm thời gian đáng kể và giới thiệu hiệu quả mới”.

Báo cáo mới và các ấn phẩm nghiên cứu đánh dấu việc hợp tác 4 năm với Magna, nhà sản xuất phụ tùng ô tô lớn nhất ở Bắc Mỹ. Magna đã nhận được tài trợ cho nghiên cứu hợp tác từ Văn phòng công nghệ phương tiện của DOE, Chương trình hiệp hội vật liệu nhẹ (LightMAT).

Ông Massimo DiCiano, Giám đốc Khoa học vật liệu tại Magna cho biết: “Tính bền vững luôn được đặt lên hàng đầu trong mọi việc chúng tôi làm tại Magna. Từ các quy trình sản xuất của chúng tôi đến các vật liệu chúng tôi sử dụng và quy trình ShAPE là một bằng chứng tuyệt vời về cách chúng tôi đang tìm cách phát triển và tạo ra các giải pháp bền vững mới cho khách hàng của mình”.

Ưu điểm của nhôm và quy trình ShAPE

Nhôm là vật liệu đang được sử dụng nhiều nhất trong ngành công nghiệp ô tô. Đặc tính của nhôm là nhẹ hơn và bền hơn làm cho nó trở thành một thành phần ô tô hấp dẫn. Ngoài ra nhôm là vật liệu chính trong việc tạo ra các phương tiện nhẹ giúp cải thiện hiệu quả, có thể mở rộng phạm vi hoạt động của xe điện hoặc giảm kích thước dung lượng pin. Mặc dù ngành công nghiệp ô tô hiện đang tái chế phần lớn nhôm của mình, nhưng nó thường bổ sung nhôm sơ cấp mới được khai thác vào nhôm trước khi tái sử dụng để pha loãng tạp chất.

Các nhà sản xuất kim loại dựa vào quy trình nung nóng phôi ở nhiệt độ trên 1.000°F (550°C) trong nhiều giờ. Bước gia nhiệt trước hòa tan các cụm tạp chất như silicon, magiê hoặc sắt trong kim loại thô và phân phối chúng đồng đều trong phôi thông qua một quá trình được gọi là đồng nhất hóa.

Ngược lại, quy trình ShAPE hoàn thành bước đồng nhất tương tự trong chưa đầy một giây và sau đó biến nhôm rắn thành sản phẩm hoàn chỉnh chỉ trong vài phút mà không cần đến bước gia nhiệt trước.

Tiến sĩ Scott Whalen cho biết: “Với các đối tác của chúng tôi tại Magna, chúng tôi đã đạt được một cột mốc quan trọng trong quá trình phát triển của quy trình ShAPE. Chúng tôi đã thể hiện tính linh hoạt của nó bằng cách tạo ra các bộ phận hình vuông, hình thang và nhiều ô, tất cả đều đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng về độ bền và độ dẻo”.

Nhôm kiến trúc

Nhóm nghiên cứu đã làm việc với một hợp kim nhôm 6063, hay còn gọi là nhôm kiến ​​trúc, với tính chất cơ lý tốt, cứng, bền, chịu được va đập mạnh, khả năng chống mài mòn cao, có thể hàn, có tính gia công và định hình. Hợp kim này được sử dụng cho nhiều loại linh kiện ô tô, chẳng hạn như giá đỡ động cơ, cụm cản, thanh ray khung và trang trí ngoại thất. Nhóm nghiên cứu PNNL đã kiểm tra các hình dạng ép đùn bằng kính hiển vi điện tử quét và nhiễu xạ tán xạ ngược điện tử, tạo ra hình ảnh về vị trí và cấu trúc vi mô của từng hạt kim loại trong thành phẩm. Kết quả cho thấy các sản phẩm ShAPE có độ bền đồng đều và không có các lỗi sản xuất có thể gây ra hỏng hóc cho các bộ phận. Đặc biệt, các sản phẩm không có dấu hiệu của các cụm kim loại lớn, tạp chất có thể gây hư hỏng vật liệu và cản trở nỗ lực sử dụng nhôm tái chế thứ cấp để tạo ra các sản phẩm mới.

Tiến sĩ Scott Whalen đánh giá: “Sự đổi mới này chỉ là bước đầu tiên hướng tới việc tạo ra một nền kinh tế tuần hoàn cho nhôm tái chế trong sản xuất. Chúng tôi hiện đang làm việc để bao gồm các dòng chất thải sau tiêu dùng, điều này có thể tạo ra một thị trường hoàn toàn mới cho phế liệu nhôm thứ cấp”.