Fraunhofer IWU 用铝切屑替代原生粉末制备铝泡沫

铝是实现交通工具轻量化和资源高效利用的重要材料，但其生产过程需要消耗大量能源。德国弗劳恩霍夫机床与成型技术研究所（Fraunhofer IWU）的研究人员近日展示了如何将生产废料、铝切屑以及报废铝泡沫部件重新纳入制造过程。相关研究为铝泡沫的循环生产提供了新的可能，并有望减少对原生原料的需求。

铝泡沫是目前最轻的结构材料之一，具有密度低、能量吸收能力强以及减振性能优良等特点，因此适用于汽车工程、机械结构、建筑以及节能轻量化系统等领域。不过，目前铝泡沫主要采用铝合金粉末制造，而这类粉末的生产过程相对复杂且成本较高。如何在不改变材料应用价值的前提下减少对原生粉末的依赖，也因此成为Fraunhofer IWU此次研究关注的重点。

研究人员将目光投向了粉末冶金泡沫材料生产中的循环材料利用。他们首先选择了成分单一且洁净的铝切屑、生产废料以及报废材料，通过机械处理将其重新转化为适用于铝泡沫生产的原料。其中，铝切屑尤其具有应用潜力，因为它们本身已经来自铝加工过程，不需要重新经历从原生铝到合金粉末的完整生产路径。

图1：采用研磨铝切屑制备的铝泡沫圆柱体（图1a）。经过处理的铝切屑可以用于制备铝泡沫，其结构与采用雾化粉末这一传统原生材料工艺制备的铝泡沫（图1b）具有可比性。© Fraunhofer IWU 

从铝切屑到可发泡半成品

研究表明，经过研磨和分级处理后，铝切屑可以转化为类似粉末的原料，并进一步制备可发泡半成品。由此获得的铝泡沫在结构和密度方面，与采用传统工艺制造的铝泡沫具有可比性。也就是说，原本作为生产废料的铝切屑，经过适当处理后，可以重新进入材料制造过程，承担原生铝合金粉末的部分甚至全部功能。

Fraunhofer IWU金属泡沫研究组负责人Jörg Hohlfeld博士表示：“将生产废料直接重新纳入材料循环，具有显著的环境和经济潜力。”

这种方式的意义不仅在于减少废料，还体现在原材料生产阶段的能源消耗。与原生铝相比，再生铝的生产所需能源明显更少，因此采用循环材料有望同时降低材料成本和二氧化碳排放。

图2：铝泡沫的循环经济路径：生产与回收流程。© Fraunhofer IWU

从铝切屑拓展至其他废料

在铝切屑之外，Fraunhofer IWU也进一步研究了尺寸较大的铝废料，包括铝箔、卷材以及轮辋材料等。针对这些不同形态的材料，研究人员采用切割、破碎、研磨和筛分等多级机械处理方式，将其加工成具有特定粒径的材料，使其能够重新用于铝泡沫生产。

这种思路同样可以延伸至铝泡沫自身的回收。对于已经达到使用寿命的铝泡沫部件，研究团队开发了相应的破碎、分选以及针对不同材料的再处理方案，使其原则上也能够重新进入材料循环。

更重要的是，Fraunhofer IWU并没有将回收路径局限于传统的熔炼再生，而是进一步探索固态回收（Solid-State Recycling）。与重新熔炼相比，这种方式能够保留原有材料结构的很大一部分，在减少能源消耗的同时，也有助于降低材料损失。

为铝泡沫建立循环材料路径

从目前的研究结果来看，经过处理的铝废料粉末可以作为新制铝合金粉末的技术等效替代材料。这意味着，铝泡沫生产有可能摆脱对高能耗原生粉末的完全依赖，并逐步建立从生产废料到新材料的循环路径。
对于汽车、机械制造和轨道交通等轻量化需求较高的行业而言，这种材料循环方式也提供了新的可能。Fraunhofer IWU认为，相关研究可以成为金属加工行业构建循环价值链的重要组成部分。

不过，从实验研究走向工业应用仍有一些问题需要解决。由于实际生产中的废料质量可能存在波动，如何保持最终材料性能的稳定性，是下一阶段研究的重点之一。此外，研究团队还计划开展更加全面的生命周期评估，以进一步量化采用废料生产铝泡沫所带来的环境效益，并为后续工业化应用提供依据。

对于Fraunhofer IWU而言，这项研究并不是单纯寻找一种铝废料的新处理方式，而是在探索铝泡沫从原料、制造到回收的完整材料循环。研究团队也希望通过后续项目进一步完善相关数据和科学依据，为铝泡沫的可回收性及循环利用提供更多验证。

背景：铝泡沫
铝泡沫是一种超轻型金属结构材料，密度远低于1g/cm³，具有较高的比刚度、优良的能量吸收能力和减振性能，可用于夹芯结构、碰撞吸能系统以及轻量化部件等。多年来，Fraunhofer IWU一直致力于该材料的资源高效制造技术，以及回收利用和循环经济相关研究。

来源：荣格-《国际金属加工商情》

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