近年来，随着工业化进程的加快，金属废料的回收与再利用成为热点问提。
2024年12月21日，据资源库了解，美国能源部下属的太平洋西北国家实验室（PNNL）研究团队开发了一种名为“固相合金化”的创新技术，为铝废料的高效利用提供了全新的解决方案。该研究成果已发表在《自然通讯》期刊上。
这一方法不仅避免了传统的熔炼工艺存在能源消耗高、生产周期长等缺陷，还能在短时间内将铝废料转化为高强度金属合金，为工业废料升级利用开辟了新道路。
工艺原理与核心技术
固相合金化的核心在于将铝废料与铜、锌、镁等金属元素精确混合，通过PNNL的专利技术——剪切辅助加工与挤压（Shear Assisted Processing and Extrusion，简称 ShAPE）实现合金化。ShAPE技术通过旋转模具产生摩擦和热量，使原材料在不到五分钟内转变为均匀的合金。这一工艺完全跳过了传统熔炼环节，将数天的制造周期缩短为几分钟。
研究表明，ShAPE技术能够在加工过程中形成特殊的 Guinier-Preston 区，这种微观结构显著提高了合金的强度和耐用性。与传统再生铝相比，固相合金化生产的合金强度可提升多达200%。
高效与环保的优势
固相合金化技术的最大亮点之一是其显著的能源效率。传统的铝熔炼过程需要消耗大量能源，并伴随高碳排放，而固相合金化完全在固态下进行，避免了熔化和铸造所需的高温操作。这种工艺不仅降低了生产成本，还将环境影响降至最低，为实现绿色制造提供了强有力的技术支持。
此外，该技术工艺简单，仅需单步操作即可完成合金化过程。这一特点使其在工业化生产中更具实际应用价值。
广泛的应用前景
固相合金化技术的潜力不仅限于铝废料。研究人员指出，这一技术理论上适用于任何金属组合。尤其是在3D打印领域，固相合金化为电弧增材制造（WAAM）等技术提供了定制化合金材料的新解决方案。例如，通过精确控制合金成分，技术可生产出含2%铜或5%铜等特殊配比的金属丝，从而满足不同打印需求。
这种能力使得固相合金化在航空航天、汽车制造以及增材制造等高端行业中表现出巨大的商业价值。目前，该项目得到了美固相加工科学计划实验室项目的支持。我们可以预估，随着技术的进一步优化，固相合金化或将成为金属材料制造领域的关键推动力量。