--- title: "PNLL-Forscher recyceln Metallschrott zu hochwertigen Legierungen" url: https://www.voxelmatters.com/de/pnll-forscher-recyceln-metallschrott-zu-hochwertigen-legierungen/ date: 2024-12-31 modified: 2024-12-26 lang: de author: "Edward Wakefield" description: "Nach Angaben von Forschern des Pacific Northwest National Laboratory (PNLL) des Energieministeriums kann Metallschrott direkt umgewandelt und durch „Festphasenlegierung“ zu hochwertigen Hochleistungslegierungen veredelt werden, ohne dass herkömmliche Schmelzverfahren erforderlich sind...." categories: - "Additive Fertigung von Metallen" - "AM-Forschung" - "Materialien" - "Nachhaltigkeit" - "Verbrauchsartikel" tags: - "future" image: https://www.voxelmatters.com/wp-content/uploads/2024/12/Xiao-Li-holds-wire-640x480.jpg word_count: 633 --- # PNLL-Forscher recyceln Metallschrott zu hochwertigen Legierungen [Nach Angaben von Forschern](https://www.pnnl.gov/news-media/metal-scrap-upcycled-high-value-alloys-solid-phase-manufacturing) des Pacific Northwest National Laboratory (PNLL) des Energieministeriums kann Metallschrott direkt umgewandelt und durch „Festphasenlegierung“ zu hochwertigen Hochleistungslegierungen veredelt werden, ohne dass herkömmliche Schmelzverfahren erforderlich sind. Die Forschungsstudie, [die diese Woche in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde](https://www.nature.com/articles/s41467-024-53062-2), zeigt, dass aus Aluminiumschrott aus industriellen Abfallströmen Hochleistungsmetalllegierungen hergestellt werden können. Das upgecycelte Aluminium schneidet genauso gut ab wie identische Materialien, die aus Primäraluminium hergestellt werden – ein Hinweis darauf, dass dieser Ansatz einen kostengünstigen Weg bieten kann, um mehr hochwertige recycelte Metallprodukte auf den Markt zu bringen. Durch die Umwandlung von Abfall in Hochleistungsaluminiumprodukte verbessert die neue Methode nicht nur die Materialeigenschaften, sondern trägt auch zur ökologischen Nachhaltigkeit bei. „Das Neue an unserer Arbeit hier ist, dass man durch die Zugabe einer präzisen Menge von Metallelementen in die Mischung mit Aluminiumspänen als Vorprodukt diese tatsächlich von einem kostengünstigen Abfall in ein hochwertiges Produkt umwandeln kann“, sagte Xiao Li, ein PNNL-Materialwissenschaftler und Hauptautor der Forschungsstudie. „Wir machen das in nur einem einzigen Schritt, bei dem alles in fünf Minuten oder weniger legiert wird“. ![PNLL researchers upcycle metal scrap - using ](https://www.voxelmatters.com/wp-content/uploads/2024/12/Metal_Upcycling_diagram.jpg) Das innovative Festphasenlegierungsverfahren wandelt Aluminiumschrott, der mit Kupfer, Zink und Magnesium vermischt ist, in wenigen Minuten in ein präzise entworfenes hochfestes Aluminiumlegierungsprodukt um – im Vergleich zu den Tagen, die für die Herstellung desselben Produkts durch herkömmliches Schmelzen, Gießen und Strangpressen erforderlich sind. Das Forschungsteam verwendete ein vom PNNL patentiertes Verfahren namens Shear Assisted Processing and Extrusion (ShAPE), um seine Ergebnisse zu erzielen. Die Forscher wiesen jedoch darauf hin, dass die Ergebnisse auch mit anderen Festphasenherstellungsverfahren reproduzierbar sein sollten. Beim ShAPE-Verfahren erzeugt eine mit hoher Geschwindigkeit rotierende Matrize Reibung und Wärme, die die stückigen Ausgangsbestandteile in eine einheitliche Legierung mit denselben Eigenschaften wie ein neu hergestelltes Aluminium-Knetprodukt umwandelt. Das Festphasenverfahren macht das energieintensive Schmelzen überflüssig, was in Verbindung mit den kostengünstigen, aus Schrott stammenden Ausgangsstoffen die Kosten für die Herstellung dieser Werkstoffe drastisch senken kann. Für die Verbraucher bedeutet dies, dass Produkte aus recyceltem Aluminium eine längere Lebensdauer und eine bessere Leistung zu niedrigeren Kosten aufweisen, unabhängig davon, ob sie Teil eines Fahrzeugs, eines Baumaterials oder eines Haushaltsgeräts sind. ![PNLL researchers upcycle metal scrap - using ](https://www.voxelmatters.com/wp-content/uploads/2024/12/Raw-aluminum-chips-and-metal-additives.jpeg) Das wissenschaftliche Team untersuchte die innere Struktur der durch Festphasenlegierung hergestellten upgecycelten Werkstoffe mit Hilfe mechanischer Tests und moderner Bildgebung. Ihre Ergebnisse zeigten, dass die ShAPE-Upcycling-Legierung eine einzigartige Nanostruktur auf atomarer Ebene aufweist. Während des ShAPE-Prozesses bilden sich in der Legierung Merkmale auf atomarer Ebene, so genannte Guinier-Preston-Zonen. Diese Merkmale sind dafür bekannt, dass sie die Festigkeit von Metalllegierungen verbessern. Im Vergleich zu herkömmlichem recyceltem Aluminium ist die upgecycelte Legierung 200 % stärker und weist eine höhere Zugfestigkeit auf. Diese Eigenschaften könnten sich in länger haltbaren und leistungsfähigeren Produkten für die Verbraucher niederschlagen. „Unsere Fähigkeit, Schrott zu recyceln, ist aufregend, aber was mich an dieser Forschung am meisten begeistert, ist, dass die Festphasenlegierung nicht nur auf Aluminiumlegierungen und Schrottrohstoffe beschränkt ist“, sagte Cindy Powell, Chief Science and Technology Officer für Energie und Umwelt am PNNL und Mitautorin der Studie. „Die Festphasenlegierung ist theoretisch auf jede denkbare Metallkombination anwendbar, und die Tatsache, dass die Herstellung vollständig im festen Zustand erfolgt, bedeutet, dass man völlig neue Legierungen in Betracht ziehen kann, die wir bisher nicht herstellen konnten.“ https://www.youtube.com/watch?v=Gg7QBhvmp3c Das Festphasenlegierungsverfahren könnte zur Herstellung kundenspezifischer Metalldrahtlegierungen für verschiedene 3D-Drucktechnologien verwendet werden. Die [additive Fertigung mit Drahtbögen (WAAM)](https://www.voxelmatters.com/waam3ds-new-robowaam-xp-expands-size-mass-and-speed/) wird zum Beispiel für den 3D-Druck oder die [Reparatur von Metallteilen](https://www.voxelmatters.com/optomec-and-siemens-advance-metal-repair-with-am/) verwendet. „Es ist schwierig, Zuführungsdrähte mit maßgeschneiderten Zusammensetzungen für die drahtbasierte additive Fertigung zu erhalten“, so Li. „Die Festphasenlegierung ist eine fantastische Möglichkeit, maßgeschneiderte Legierungen mit exakten Zusammensetzungen wie 2 % Kupfer oder 5 % Kupfer herzustellen.“ Die Forschungsstudie wurde durch das Laboratory Directed Research and Development Programm des PNNL als Teil der Solid Phase Processing Science Initiative unterstützt. Die PNNL-Forscher Tianhao Wang, Zehao Li, Tingkun Liu, Xiang Wang, Arun Devaraj, Cindy Powell und Jorge F. dos Santos trugen ebenfalls zu der Studie bei.