汽車行業，特別是電動汽車行業正在開拓一種創新工藝，收集廢鋁並將其轉化為新的汽車零部件。美國能源部的西北太平洋國家實驗室與頂級移動技術公司麥格納合作，剛剛揭示了一種新的製造方法，通過消除提取和加工相同數量的原鋁礦石的需要，可減少50%以上的內含能源，並減少90%以上的二氧化碳排放。此外，使用輕質鋁還可以提高電動汽車的行駛里程。

梯形鋁內部的微觀結構顯示出高度精細和均勻的晶粒大小，這是實現強大和可靠產品的關鍵。資料來源：圖片由Nicole Overman提供；由Cortland Johnson改進|太平洋西北國家實驗室

這種獲得專利和獎項的剪切輔助加工和擠壓（ShAPE）工藝收集了汽車製造中的廢舊碎片和剩餘的鋁邊角料，並將其直接轉化為適合新汽車部件的材料。它現在正被擴大規模，用於製造電動車的輕質鋁部件。

在一份新的報告和《製造業通訊》的研究文章中詳細描述了最近的進展，在將其用於新零件之前，不需要將新開采的鋁添加到材料中。通過降低鋁的回收成本，製造商可能能夠降低鋁部件的整體成本，更好地使其取代鋼鐵。

汽車製造商的廢鋁通過PNNL專利的ShAPE製造工藝轉變為新的汽車部件。熱量和摩擦使鋁軟化，並將其從粗糙的金屬轉化為光滑、堅固的統一產品，而無需熔化步驟。

“研究表明，用ShAPE工藝形成的鋁零件符合汽車工業的強度和能量吸收標準，”PNNL材料科學家和首席研究員Scott Whalen說。”關鍵是ShAPE工藝打破了廢料中的金屬雜質，而不需要一個能源密集型的熱處理步驟。僅此一點就能節省大量時間，並引入新的效率”。

新的報告和研究出版物標誌著與北美最大的汽車零部件製造商麥格納公司為期四年的合作達到了巔峰，麥格納從能源部的車輛技術辦公室、輕質材料聯盟（LightMAT）計劃獲得了合作研究的資金。

麥格納材料科學經理Massimo DiCiano說：”可持續發展是我們在麥格納所做的一切的首要任務。從我們的製造工藝到我們使用的材料，ShAPE工藝是一個很好的證明，說明我們正在尋求發展，並為我們的客戶創造新的可持續解決方案。”

除了鋼鐵，鋁是汽車工業中使用最多的材料。鋁的優勢特性使其成為有吸引力的汽車部件。鋁更輕、更強，是製造輕量級汽車以提高效率的戰略中的一種關鍵材料，無論是延長電動車的續航能力還是減少電池容量大小。雖然目前汽車行業確實回收了大部分的鋁，但在重新使用之前，它通常會將新開采的原鋁加入其中，以稀釋雜質。

金屬製造商還依賴一種有百年曆史的預熱工藝，將鋁磚，或業內所稱的”鋁坯”，在超過1,000華氏度（550攝氏度）的溫度下加熱數小時。預熱步驟可以溶解原始金屬中的矽、鎂或鐵等雜質團，並通過一個被稱為均質化的過程將它們均勻地分佈在鋼坯中。

ShAPE用AA6063工業廢料製成的擠壓件，生產出(a)圓形，(b)方形，(c)梯形，和(d)雙室梯形的型材。資料來源：Scott Whalen | 太平洋西北國家實驗室

相比之下，ShAPE工藝在不到一秒鐘的時間內完成了同樣的均質化步驟，然後在幾分鐘內將固體鋁轉化為成品，不需要預熱步驟。

“與我們在麥格納的合作夥伴一起，我們已經達到了ShAPE工藝發展中的一個關鍵里程碑，”Whalen說。”我們通過創造方形、梯形和多單元零件，顯示了它的多功能性，這些零件都符合強度和延展性的質量基準。”

在這些實驗中，研究小組使用了一種被稱為6063的鋁合金，或建築鋁。這種合金被用於各種汽車部件，如發動機支架、保險槓組件、車架導軌和外部裝飾。PNNL研究小組使用掃描電子顯微鏡和電子反向散射衍射法檢查了擠壓的形狀，這種方法可以創建成品中每個金屬顆粒的位置和微觀結構的圖像。結果顯示，ShAPE產品具有均勻的強度，並且缺乏可能導致部件故障的製造缺陷。特別是這些產品沒有大團的金屬雜質的跡象，這些雜質會導致材料變質，並阻礙了使用二次回收鋁製造新產品的努力。

該研究小組現在正在研究通常用於電動汽車電池外殼的更高強度的鋁合金。