科创中国

行业领域

新材料产业

需求背景

利用废旧铝/铝合金材料重熔制备再生铝产品，能够缓解我国铝产品消费量增长与铝土矿资源短缺之间的矛盾，对加快铝工业绿色低碳发展至关重要。再生铝生产只需将废铝熔融除杂并添加合金元素，碳排放远小于原铝生产，能耗仅为生产等量原铝的 5%，仅产生 0.5 吨二氧化碳排放。据统计，我国 2021 再生铝产量约830万吨，且每年呈约 10%以上速度增长。此外，由于废铝杂质含量高，难以生产出对杂质铁含量要求严格的汽车用铝和航空航天用铝等高端变形铝合金材料，无法高效实现废铝的保级再利用。因此，开展再生铝合金凝固组织调控理论与技术研究，对提高废铝原材料的利用率以及再生铝产品附加值具有双重意义，符合“十四五”规划纲要中“推动绿色发展、促进人与自然和谐共生”要求的加快发展方式绿色转型、全面提高资源利用效率的国家重大战略需求。杂质铁、硅对再生铝合金性能具有不利影响，虽高温熔炼造渣可除去部分铁，但铁深度除杂能耗高、难度大、效率低，因此需要开展新的工艺方法降低再生铝合金的中的铁、硅等杂质元素。

需解决的主要技术难题

由Fe与Al原子半径相差较大，只能形成溶解度很小的固溶体。若Fe原子进入 α-Al 中，势必引起较大晶格畸变和膨胀，系统自由能增加，则Fe原子只能向原子排列不规则和疏松的晶界处富集来降低系统自由能，生成粗大团聚富铁相。此外，铝铜合金中的 Cu 元素和 Al2Cu 相对合金起固溶强化和时效强化作用，然而 β-Fe 会消耗强化相 Al2Cu 中的 Cu，降低 Al2Cu 含量，对再生铝铜合金性能产生不利影响。如何减少粗大针状富铁相的生成，扩大再生铝铜合金中杂质Fe极限含量范围，对实现再生铝铜合金保级再利用十分关键。微观层次上，由于杂质 Fe熔点高，凝固初期再生铝铜合金熔液中存在 Fe 原子团簇、预析出初生富铁相团簇。团簇演化过程相互联系、相互制衡，其组成与结构对随后析出的富铁相组织具有决定性作用。因此，在凝固初期强化杂质铁扩散和调控富铁相组成、形核、长大是再生铝铜合金凝固过程富铁相组织优化技术难点。

期望实现的主要技术目标

1、 建立超声作用下再生铝合金中Fe、Si杂质元素的分布规律以及其与铝合金基体之间的冶金反应行为；

2、在超声外场作用下，杂质元素Fe、Si均匀分布，借助于超声空化行为，实现对杂质元素的去除，使得企业再生铝产品在行业内达到领先水平。

处理进度