太平洋西北国家实验室 (PNNL) 的研究人员开发了一种新工艺，可将制造高性能铝合金所需的能源减少一半。

据科学家介绍，剪切辅助加工和挤压 (ShAPE) 技术可以消除生产过程中的热处理步骤，从而显着节省能源并减少排放。

ShAPE被定义为一种绿色、经济的制造方法，可以在汽车应用中广泛使用高性能铝合金。

在《材料与设计》杂志上发表的一篇论文中，研究人员解释说，传统的金属生产使用热量将单个金属和合金元素（如铝、铜或镁）熔化在一起，从而制造出更轻、更强或更容易形成的合金. 如果这些元素没有充分混合，则在加工过程中会形成裂缝和断裂，从而影响最终产品的性能。在金属生产中，热量用于确保合金中的各个金属元素在称为均质化的步骤中充分混合。

在均质化过程中，称为钢坯的大型金属铸件被加热到接近 500 摄氏度，持续时间长达 24 小时。该热处理步骤溶解钢坯中的合金聚集体，以确保所有金属元素均匀分布或均质化。这提高了最终产品的性能。均质化后，金属棒在称为挤压的步骤中进一步加热和成型。

然而，均质化是整个金属挤压过程中耗能最大的步骤。

这就是ShaAPE流程的用武之地。

PNNL首席材料科学家和该技术的共同开发者Scott Whalen 表示，ShAPE机器通过结合加热和变形——金属本身形状的变化，消除了单独的均质化和挤压步骤的需要。

在ShAPE机器中，金属坯料同时被推过旋转模具中的一个小开口。当金属元件被挤压时，旋转运动和变形一起彻底混合金属元件。

换言之，新工艺可在几秒钟内将金属坯料均匀化，就在它被挤压之前。这消除了对长达一天的预热均化步骤的需要，并且意味着在挤压过程中无需使用额外的能量来加热坯料。总之，这可以节省高达 50% 的能源。

Whalen和他的同事Tianhao Wang进行了一些性能测试，结果表明他们的技术还提高了各个合金元素的混合程度，从而获得了更好的最终产品。详细地说，用 ShAPE 加工的铝合金制成的部件的强度和伸长率超过了美国测试和材料协会的现行标准。

“我们使用电子显微镜仔细观察，发现ShAPE在挤压前分解了合金聚集体并将它们溶解到铝基体中，使其更易于挤压，”王说。“这转化为更好的性能——我们的 7075 铝合金更坚固，在断裂前拉伸得更远。”