麻省理工新技術，利用噴射器提高鋁合金質量

鋁合金密度低，強度較高，塑性好，具有優良的導電、導熱性和抗蝕性，應用廣泛。然而鑄造過程中因合金元素分布不均，會造成材料的浪費，這讓人很頭疼，最近麻省理工學院研究人員的一項新技術，很好的解決了這個問題。

現代社會，鋁的應用非常廣泛，但鋁合金的製造並不是想像中的那麼簡單，經常因為混合不良而報廢，材料成本浪費太大。麻省理工學院的研究員Antoine Allanore和Samuel R. Wagstaff一直致力於鋁合金硬化機制的研究，並在最近提出利用噴射器可以使合金中的銅、錳分布更均勻。

生產鋁合金鑄錠的一個有效方法是直接激冷鑄造，它是將熔融金屬澆注到冷卻模具中，快速冷卻的半連續鑄錠法。但Allanore和Wagstaff表示，這種方法在質量控制方面存在問題，雖然外表看起來似乎完美，但內部合金元素分布不均勻，這樣得到的合金會很脆弱，只能報廢。

這些缺陷通常在鑄件的內部形成而在表面上看不見，直到鑄件軋制時才會被發現。這降低了生產速度，而且不能製造用於卡車或飛機機翼的大型板材。

為了生產更均勻的鑄件，麻省理工學院研究人員通過測量宏觀偏析指數——一種衡量實際混合物組成與理想化學組成差異程度的數值，可以將合金混合物的均勻程度提高20％。

Allanore說：「分析熔融鋁合金液固轉變的結構是非常困難的，尤其開始出現固體顆粒時。因為你無法看穿鋁，合金會在700℃迅速冷卻，而且固化時不同尺寸晶粒以大約每分鐘兩到三英寸的速率移動。凝固板坯或鑄錠的中心附近常常缺少合金元素。」

為了使合金均勻程度更高，Allancore和Wagstaff以不同時間鑄造的熔融合金作為樣品，研究其晶粒的形成和遷移過程。正是這個過程導致了宏觀偏析，所以研究人員嘗試使用射流阻止這個過程，促進熔體的循環，以保持合金元素均勻分布。這個方法也能夠促進晶粒移動並改變固化金屬的微觀結構，因此得到的凝固橫截面更均勻。

「在鑄造過程中，我們只需要用磁力泵改變射流的轉速、力度和前進速度，然後利用射流的功率與直徑之間的函數關係就可以通過改變射流的功率來調節射流直徑。」Wagstaff說，「噴射的妙處在於它很容易控制，因為我們可以相對容易地研究出它們是如何擴展的，建立射流的力與時間、空間的函數關係。與以往的噴射磁鐵耦合式不同，我們用非接觸式磁力泵來製造噴射器。」

實驗中，團隊提出一個新的指標來衡量樣品成分偏離理想成分多少。噴射器鑄造鋁合金與傳統方法相比質量改善可達60％，也可以提高鋁合金回收率。

Allanore說：「不是所有的鋁材回收產品都是一樣的，因為其中一些來自飛機，其中一些來自飲料罐，而這是兩種不同的合金。因此，當談到社會回收利用和製造高質量的新鋁製品時，有一個突出問題就是我們該如何處理這些合金元素。我認為我們的工作是一個很好的例子，即如何改進現有技術用於更好的回收材料又不影響新產品質量。」