Inštitut
L2-70118: Nova generacija aluminijevih zlitin z visoko vsebnostjo magnezija za lahke, trajnostne in visoko zmogljive izdelke
|
Aluminij je eden ključnih materialov sodobne mobilnosti in energetike. Projekt razvija novo generacijo Al-Mg zlitin serije EN AW 5xxx z več kot 6 mas. % Mg, ki naj bi bile hkrati lažje, mehansko zmogljive, korozijsko odporne in primerne za trajnostnejšo proizvodnjo. Poseben poudarek je na zmanjšanju izgub magnezija med izdelavo ter na povezovanju naprednega valjanja in aditivne proizvodnje (LPBF). |
Shema projekta: razvoj nove zlitine, napredno valjanje ter atomizacija prahu in LPBF, sledita prenos in preverjanje na industrijski ravni.
Zakaj je projekt pomemben?
Aluminijeve zlitine z visoko vsebnostjo magnezija imajo velik potencial za avtomobilsko, letalsko in vesoljsko industrijo, embalažo ter sisteme za shranjevanje energije. Višja vsebnost Mg omogoča manjšo gostoto in dobro kombinacijo trdnosti ter korozijske obstojnosti, vendar hkrati povzroča tehnološke težave: magnezij med taljenjem in predelavo oksidira in se izgublja, zlitine postajajo težje preoblikovalne, pri valjanju se poveča nevarnost razpok, pri aditivni proizvodnji pa lahko nastajajo poroznost, vroče razpoke in neželena usmerjena mikrostruktura.
Projekt zato išče rešitev na ravni materiala in procesa hkrati. Zasnova nove kemijske sestave bo povezana z računalniškim modeliranjem, naprednimi postopki valjanja, hitro strjevalno atomizacijo prahu in LPBF-tiskanjem. S tem želimo zmanjšati klasično metodo poskusov in napak ter hitreje priti do materiala, ki bo uporaben tudi na industrijski ravni.
Kaj bomo razvili?
|
1. Nova Al-Mg zlitina Razvili bomo zlitine EN AW 5xxx z 6–12 mas. % Mg ter preučili dodatke, kot so Ca, Na, K in Sc, s katerimi želimo zmanjšati izgube Mg, izboljšati drobnozrnatost in omejiti nastanek neželenih faz. |
2. Napredno valjanje Poleg klasičnega valjanja bomo uporabili toplo valjanje, valjanje s temperaturnim gradientom in asimetrično valjanje. Cilj je izdelava kakovostnih tankih pločevin in folij z manj razpokami in nižjo porabo energije. |
|
3. Prah in 3D-tiskanje Iz izbranih zlitin bomo z ultrazvočno atomizacijo izdelali sferične praške ter optimirali LPBF proces. S prilagajanjem procesnih parametrov želimo doseči gosto, čim bolj brezrazpokno in homogeno mikrostrukturo. |
4. Več recikliranega aluminija V izbrano zlitino bomo postopno dodajali sekundarni aluminij in sistematično spremljali njegov vpliv na predelavo, mikrostrukturo ter mehanske in korozijske lastnosti. |
Od laboratorija do industrijske uporabe
Razvoj se ne bo zaključil pri laboratorijskih vzorcih. Najobetavnejša kombinacija kemijske sestave in tehnologije – valjanje in/ali LPBF – bo prenesena na industrijsko raven pri partnerju IMPOL 2000. Med možnimi aplikacijami so ultra-tanke folije za baterijske in druge sisteme shranjevanja energije, lahki izdelki za električna vozila ter komponente za letalsko in vesoljsko industrijo. LPBF omogoča tudi izdelavo kompleksnih lahkih geometrij z dobrim razmerjem med mehanskimi lastnostmi in maso.
Kako bomo preverili uspešnost?
Nove materiale bomo spremljali skozi celotno procesno verigo – od ulitkov in prahu do valjanih ter 3D-natisnjenih izdelkov. Uporabljene bodo napredne metode mikrostrukturne in kemijske karakterizacije (LM, SEM/EDS, EBSD, ECCI, (S)TEM, ICP-OES, XPS in XRD), mehanski preskusi ter korozijske in elektrokemijske raziskave. Tako bomo povezali kemijsko sestavo in procesne parametre z mikrostrukturo ter končnimi funkcionalnimi lastnostmi materiala.
|
Končni cilj Projekt želi pokazati, da je mogoče razviti okoljsko sprejemljivejšo visoko-magnezijevo aluminijevo zlitino z izboljšanimi lastnostmi, manjšo gostoto in učinkovitejšimi postopki predelave. Kot dokaz koncepta sta predvidena ultra-lahek, energijsko absorpcijski LPBF-izdelan element ter tanka valjana folija za baterijske aplikacije, oba ovrednotena z vidika mehanskih in korozijskih lastnosti. |
Vodja projekta: dr. Irena Paulin, IMT | Industrijski partner: IMPOL 2000
