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Mar 15, 2023

リサイクルアルミニウムによりエネルギー、排出ガス、電気自動車のバッテリー航続距離を節約

I rottami di alluminio dei produttori di automobili vengono trasformati in nuove parti di automobili.

自動車メーカーのアルミニウムスクラップは、PNNL が特許を取得した ShaPE 製造プロセスにより、新しい自動車部品に生まれ変わります。 熱と摩擦によりアルミニウムが柔らかくなり、溶解することなく、粗い金属から滑らかで強力な均一な製品に変わります。

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新しい製造プロセスにより、コストを削減し、より環境に優しい高強度アルミニウム自動車部品が製造されます。

ワシントン州リッチランド — 自動車業界、特に電気自動車向けに開発されている革新的なプロセスを使用して、スクラップアルミニウムを収集し、新しい車両部品に直接変換できるようになりました。 [今月]、エネルギー省太平洋岸北西部国立研究所は、大手モビリティテクノロジー企業マグナと協力し、体内に含まれるエネルギーを 50% 以上削減し、二酸化炭素排出量を 90% 以上削減する新しい製造プロセスを発表しました。同量の未加工のアルミニウム鉱石を採掘し、精製する必要がある。 軽量アルミニウムはEV走行距離の延長にも役立ちます。

特許取得済みで受賞歴のあるこのせん断支援加工および押出 (ShAPE™) プロセスは、自動車製造から出るスクラップビットや残りのアルミニウムトリミングを収集し、新しい自動車部品に適した材料に直接変換します。 現在、EV用の軽量アルミニウム部品を製造するためにスケールアップされています。

新しいレポートとマニュファクチャリング・レターズの研究記事で詳しく説明されている最新の進歩により、新たに採掘されたアルミニウムを新しい部品に使用する前に材料に添加する必要がなくなりました。 アルミニウムのリサイクルコストを削減することで、メーカーはアルミニウム部品の全体的なコストを削減し、スチールの代替をより可能にすることができる可能性があります。

PNNLの材料科学者で主任研究員のスコット・ウェーレン氏は、「ShAPEプロセスで形成されたアルミニウム部品が強度とエネルギー吸収に関して自動車業界の基準を満たしていることを示した」と述べた。 「重要なのは、ShAPE プロセスがエネルギー集約的な熱処理ステップを必要とせずにスクラップ内の金属不純物を分解することです。これだけでもかなりの時間が節約され、新たな効率が導入されます。」

新しいレポートと研究出版物は、北米最大の自動車部品メーカーであるマグナとの 4 年間にわたるパートナーシップの集大成を示します。 マグナは、DOE の車両技術局、軽量材料コンソーシアム (LightMAT) プログラムから共同研究への資金提供を受けました。

「持続可能性は、マグナで行うあらゆる活動の最前線にあります」とマグナの材料科学マネージャー、マッシモ ディシアーノ氏は述べています。 「当社の製造プロセスから使用する素材、そしてShaPEプロセスに至るまで、当社がどのように進化し、お客様のために新しい持続可能なソリューションを創造しようとしているかを示す優れた証拠です。」

アルミニウムの台形内の微細構造は、高度に洗練された均一な粒子サイズを示しており、これが強力で信頼性の高い製品を実現するための鍵となります。(画像提供: Nicole Overman; 強化版 by Cortland Johnson | Pacific Northwest National Laboratory)

鋼に加えて、アルミニウムは自動車業界で最もよく使用される材料です。 アルミニウムの優れた特性により、アルミニウムは魅力的な自動車部品となっています。 軽くて強いアルミニウムは、EVの航続距離を延ばしたり、バッテリー容量を小さくしたりすることで、効率を向上させる軽量車両の製造戦略における重要な素材です。 自動車業界は現在、アルミニウムの大部分をリサイクルしていますが、不純物を希釈するために、再利用する前に新しく採掘された一次アルミニウムを定期的にアルミニウムに加えています。

金属製造業者はまた、レンガ、または業界で知られている「ビレット」を 1,000°F (550°C) 以上の温度で長時間にわたって予熱する 100 年前のプロセスに依存しています。 予熱ステップでは、原料金属中のシリコン、マグネシウム、鉄などの不純物のクラスターを溶解し、均質化として知られるプロセスを通じてそれらをビレット内に均一に分散させます。

対照的に、ShAPE プロセスは同じ均質化ステップを 1 秒未満で完了し、予熱ステップを必要とせずに数分で固体アルミニウムを完成品に変換します。

「マグナのパートナーとともに、私たちはShAPEプロセスの進化における重要なマイルストーンに到達しました」とWhalen氏は語った。 「私たちは、強度と延性の品質ベンチマークをすべて満たす正方形、台形、およびマルチセル部品を作成することで、その多用途性を示しました。」

ShAPE によって AA6063 産業スクラップから作られた押出成形品。(a) 円形、(b) 正方形、(c) 台形、(d) 2 セル台形のプロファイルを生成します。 (画像提供: Scott Whalen | 太平洋岸北西部国立研究所)

これらの実験では、研究チームは 6063 または建築用アルミニウムとして知られるアルミニウム合金を使用しました。 この合金は、エンジン クレードル、バンパー アセンブリ、フレーム レール、外装トリムなどのさまざまな自動車部品に使用されています。 PNNL 研究チームは、走査型電子顕微鏡と後方散乱電子回折を使用して、押し出された形状を検査しました。これにより、最終製品内の各金属粒子の配置と微細構造の画像が作成されます。 結果は、ShAPE 製品は均一に強度があり、部品の故障を引き起こす可能性のある製造上の欠陥がないことを示しました。 特に、製品には、材料の劣化を引き起こす可能性があり、二次リサイクルされたアルミニウムを使用して新しい製品を製造する取り組みを妨げる不純物である金属の大きなクラスターの兆候はありませんでした。

研究チームは現在、電気自動車のバッテリーエンクロージャーに通常使用されるさらに高強度のアルミニウム合金を調査している。

「このイノベーションは、製造におけるリサイクルアルミニウムの循環経済を構築するための第一歩にすぎません」とホエーレン氏は述べた。 「私たちは現在、消費者の廃棄物の流れを含めることに取り組んでいます。これにより、二次アルミニウムスクラップの全く新しい市場が生まれる可能性があります。」

PNNLの研究チームには、ホエーレン氏に加えて、ニコール・オーバーマン氏、ブランドン・スコット・テイソム氏、レザ・イー・ラビー医師、マーク・ボウデン氏、ティモシー・スクシェク氏が参加した。 DiCiano に加えて、Magna の寄稿者には、Vanni Garbin、Michael Miranda、Thomas Richter、Cangji Shi、Jay Mellis が含まれていました。 この研究は、DOE の車両技術局 LightMAT プログラムによって支援されました。

特許取得済みの ShAPE テクノロジーは、他のアプリケーションのライセンスに利用できます。

カリン・ヘデ著、PNNL。 パシフィック・ノースウェスト国立研究所の提供による。

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