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鋁合(he)金密度低，強度較高，塑性好(hao)，具有優良的導電、導熱性和抗(kang)蝕性，應(ying)用廣泛(fan)，然而鑄造過(guo)程中因合(he)金元(yuan)素分布(bu)不均造成的材料浪(lang)費也(ye)很(hen)讓(rang)人(ren)頭疼，最(zui)近MIT研究人(ren)員的一項新技術，很(hen)好(hao)的解(jie)決了這個問題。

現代社會，鋁的(de)應用非常廣泛，但(dan)鋁合金(jin)的(de)制(zhi)造并(bing)不是想象中的(de)那么簡單，經常因為(wei)混合不良而報廢，材料成本浪費太大。MIT研(yan)究(jiu)員Antoine Allanore和(he)Samuel R. Wagstaff一直致力于(yu)鋁合金(jin)硬(ying)化機(ji)制(zhi)的(de)研(yan)究(jiu)，并(bing)在(zai)最近(jin)提出利用噴(pen)射器(qi)可以使合金(jin)中的(de)銅、錳分布更均勻。

直(zhi)接(jie)激冷鑄造(zao)是(shi)生產(chan)鋁合(he)金(jin)(jin)鑄錠的(de)一(yi)個有效方法，它是(shi)將熔(rong)融金(jin)(jin)屬澆注到冷卻(que)模具中快速冷卻(que)的(de)半連續鑄錠法。但Allanore和Wagstaff表(biao)示，這種(zhong)方法在(zai)質量控制方面(mian)存在(zai)問(wen)題(ti)，雖然外表(biao)看起來似乎(hu)完美，但其中合(he)金(jin)(jin)元素分(fen)布(bu)不均(jun)勻，銅(tong)或錳(meng)斑塊尺(chi)寸從英寸到英尺(chi)不等，得到的(de)合(he)金(jin)(jin)很脆弱只能報廢。

這些(xie)缺陷通常在(zai)鑄(zhu)件(jian)的(de)內部形成而在(zai)表面上看不(bu)見，直到鑄(zhu)件(jian)軋制時才會被發現。這降低了(le)生產(chan)速(su)度，而且不(bu)能制造用于卡車(che)或(huo)飛機機翼的(de)大型板材。

為了生(sheng)產更均(jun)(jun)勻(yun)(yun)的(de)鑄件，MIT研究人員(yuan)通過(guo)測量宏觀偏(pian)析指(zhi)數——一種衡(heng)量實際混合(he)物組成與理想化(hua)學組成差異(yi)程度的(de)數值，將合(he)金混合(he)物的(de)均(jun)(jun)勻(yun)(yun)程度提高20％。

Allanore說：“分析熔融鋁合金(jin)液固(gu)(gu)轉變(bian)的(de)結構是非(fei)常困(kun)難的(de)，尤其開始出現固(gu)(gu)體顆粒時。因(yin)為你無法看穿鋁，合金(jin)在700℃（1292℉）迅速(su)冷卻，而(er)且固(gu)(gu)化時不同尺寸(cun)晶(jing)粒以大約每分鐘兩到三英(ying)寸(cun)的(de)速(su)率移動。凝(ning)固(gu)(gu)板坯或鑄錠(ding)的(de)中(zhong)心附(fu)近常常缺(que)少合金(jin)元素。”

為了(le)使合金(jin)均勻(yun)(yun)(yun)程度更高，Allancore和Wagstaff以鑄造不同時間的熔融金(jin)屬作為樣品(pin)，研究(jiu)其(qi)晶粒的形(xing)成和遷移(yi)過程。正(zheng)是這(zhe)(zhe)個過程導致了(le)宏觀偏析，所(suo)以研究(jiu)人(ren)員嘗試使用射流(liu)阻止(zhi)這(zhe)(zhe)個過程，促進熔體的循環，以保持(chi)合金(jin)元素均勻(yun)(yun)(yun)分布。這(zhe)(zhe)個方法也(ye)能(neng)夠促進晶粒移(yi)動并改變固(gu)化金(jin)屬的微觀結構，因(yin)此得(de)到的凝固(gu)橫截(jie)面(mian)更均勻(yun)(yun)(yun)。

“在(zai)鑄造過程(cheng)中(zhong)，我們(men)(men)只(zhi)需要用(yong)磁力(li)(li)泵(beng)改變(bian)射(she)(she)流(liu)的(de)轉速、力(li)(li)度(du)和前進速度(du)，然后(hou)利(li)用(yong)射(she)(she)流(liu)的(de)功率(lv)與(yu)直徑之(zhi)間(jian)(jian)的(de)函數關系就可以通過改變(bian)射(she)(she)流(liu)的(de)功率(lv)來(lai)調節射(she)(she)流(liu)直徑。”Wagstaff說(shuo)，“噴(pen)射(she)(she)的(de)妙處(chu)在(zai)于(yu)它很容易(yi)控制(zhi)(zhi)，因為我們(men)(men)可以相對容易(yi)地研(yan)究出它們(men)(men)是如何擴(kuo)展的(de)，建立射(she)(she)流(liu)的(de)力(li)(li)與(yu)時間(jian)(jian)、空(kong)間(jian)(jian)的(de)函數關系。與(yu)以往(wang)的(de)噴(pen)射(she)(she)磁鐵(tie)耦(ou)合式(shi)不同，我們(men)(men)用(yong)非(fei)接觸式(shi)磁力(li)(li)泵(beng)來(lai)制(zhi)(zhi)造噴(pen)射(she)(she)器(qi)。”

實驗中，團(tuan)隊提(ti)出一個(ge)新(xin)的指(zhi)標來(lai)衡量樣品(pin)成(cheng)分(fen)(fen)偏離理想成(cheng)分(fen)(fen)多少。噴(pen)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(ti)高鋁合金回收率。

Allanore說：“不(bu)是所(suo)有的(de)鋁材(cai)回收產(chan)品都是一樣的(de)，因(yin)為其中一些(xie)來(lai)(lai)自飛機，其中一些(xie)來(lai)(lai)自飲料(liao)罐(guan)，而這(zhe)是兩種不(bu)同的(de)合金(jin)。因(yin)此，當談到社會回收利用和制(zhi)造(zao)高質量的(de)新鋁制(zhi)品時，有一個(ge)突出(chu)問題就是我們該(gai)如(ru)何(he)處理這(zhe)些(xie)合金(jin)元素。我認為我們的(de)工作是一個(ge)很好的(de)例子，即(ji)如(ru)何(he)改(gai)進現有技術用于更好的(de)回收材(cai)料(liao)又不(bu)影響新產(chan)品質量。”