Investigadores convierten aluminio de autos en metal de alto rendimiento

En un avance significativo para la industria automotriz, investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) desarrollaron una nueva aleación de aluminio llamada RidgeAlloy, que permite convertir chatarra contaminada de carrocerías de autos en piezas estructurales robustas. Este nuevo material enfrenta el desafío de las impurezas que normalmente hacen que la chatarra reciclada sea inadecuada para aplicaciones de alto rendimiento.

El aluminio se encuentra en la lista de materiales críticos del Departamento de Energía de EE. UU. debido a su importancia en diversas tecnologías energéticas. Con la introducción de RidgeAlloy, el reciclaje de aluminio podría transformarse, permitiendo que el material reciclado cumpla con los rigurosos estándares de resistencia y durabilidad exigidos en la fabricación de vehículos modernos.

La aleación se crea mediante la remelting de aluminio recuperado de productos usados y su posterior recasting en una nueva aleación diseñada para satisfacer los requisitos de resistencia y seguridad en caso de accidentes. Según Allen Haynes, director del programa de Metales Ligeros de ORNL, "el equipo avanzó de un concepto en papel a una demostración exitosa de un nuevo componente a gran escala en solo 15 meses", lo que representa un ritmo de innovación sin precedentes en el desarrollo de aleaciones estructurales complejas.

A medida que más vehículos de aluminio, como la serie Ford F-150, alcanzan el final de su vida útil, se espera que alrededor de 350,000 toneladas de chatarra de paneles de carrocería ingresen a los sistemas de reciclaje en América del Norte cada año. Sin embargo, gran parte de este material no se reutiliza en componentes automotrices críticos debido a la contaminación que lo hace demasiado impuro.

El proceso de reciclaje actual a menudo resulta en el uso de aluminio reciclado en productos de menor valor o en su exportación. Sin embargo, RidgeAlloy tiene el potencial de cambiar esto al permitir que el aluminio reciclado se utilice en piezas estructurales de alta calidad. La contaminación, como pequeñas cantidades de hierro de partes como remaches, afecta el rendimiento del metal reciclado, impidiendo que cumpla con los estándares necesarios.

Utilizar chatarra remelted en lugar de aluminio primario podría reducir hasta un 95% la energía necesaria para procesar una pieza. Para desarrollar RidgeAlloy, los investigadores emplearon herramientas científicas avanzadas y realizaron más de dos millones de cálculos para determinar las combinaciones de elementos que ofrecerían las propiedades mecánicas deseadas. Además, llevaron a cabo análisis detallados de materiales y experimentos de difracción de neutrones en la fuente de neutrones de espalación de ORNL.

Después de identificar la fórmula óptima de la aleación, los investigadores evaluaron RidgeAlloy bajo condiciones de fabricación reales. La empresa PSW Group produjo lingotes de aluminio reciclado en Chicago que coincidían con el diseño de RidgeAlloy, los cuales fueron enviados a Falcon Lakeside Manufacturing en Michigan para ser fundidos y convertidos en componentes automotrices mediante fundición a presión.

La prueba confirmó que RidgeAlloy contiene la combinación de aluminio, magnesio, silicio, hierro y manganeso necesarios para las fundiciones estructurales de vehículos, incluso cuando el metal reciclado incluye niveles más altos de hierro y silicio. Este material ofrece la resistencia, resistencia a la corrosión y ductilidad requeridas para aplicaciones exigentes, como los bajos de vehículos y otros componentes estructurales clave.

El equipo de investigación de ORNL, que incluye a Alex Plotkowski, Amit Shyam y Sunyong Kwon, entre otros, espera que RidgeAlloy permita la producción de fundiciones de aluminio estructural reciclado en volúmenes equivalentes a al menos la mitad de la producción anual actual de aluminio primario en los Estados Unidos, lo que podría reducir el consumo de energía y fortalecer las cadenas de suministro nacionales.

Temas