Lavorazione ed estrusione assistita da taglio

Laboratorio nazionale del Pacifico nordoccidentale, Richland, Washington

Shear Assisted Processing and Extrusion (ShAPE™) consente la creazione di estrusioni di fili, barre e tubi che mostrano un miglioramento significativo nelle proprietà dei materiali; ad esempio, le estrusioni di magnesio sono state prodotte con duttilità (quanto può allungarsi il materiale prima di rompersi) e assorbimento di energia (quanta energia può essere assorbita durante la compressione di un'estrusione tubolare) senza precedenti rispetto ai metodi convenzionali.

La tecnologia fa parte della suite Solid Phase Processing (SPP) di PNNL, un approccio alla produzione di metalli che può essere migliore, più economico e più ecologico rispetto ai metodi basati sulla fusione tipicamente associati alla produzione di metalli.

In ShAPE, un contenitore contenente materiale di base, come polvere metallica, scaglie o billette, viene forzato in uno stampo rotante. Il riscaldamento per attrito viene generato all'interfaccia tra la materia prima e la filiera, ammorbidendo solo il materiale da estrudere ed eliminando la necessità di preriscaldamento della materia prima o di applicazione del calore esterno utilizzato nell'estrusione convenzionale. Le scanalature a spirale sulla faccia della matrice alimentano il materiale verso l'interno verso l'orifizio di estrusione, riducendo notevolmente la forza richiesta durante l'estrusione.

Ad esempio, utilizzando ShAPE, la polvere di alluminio nanostrutturata può essere estrusa direttamente in barre tonde utilizzando una forza 50 volte inferiore e un consumo energetico molto inferiore rispetto all’estrusione convenzionale, ottenendo al contempo il doppio della duttilità. Le fasi costose e dispendiose in termini di tempo richieste dalla lavorazione convenzionale delle polveri vengono completamente eliminate. La forza e la potenza inferiori consentono macchinari di produzione sostanzialmente più piccoli.

Con un rapporto di estrusione di 200:1 dimostrato per il magnesio, ShAPE ottiene in un singolo passaggio ciò che richiederebbe più passaggi con l'estrusione convenzionale. La tecnologia consente il controllo sull'affinamento del grano e sull'orientamento della microstruttura nelle estrusioni, cosa che non è possibile con altri processi di estrusione. Inoltre, le estrusioni di magnesio realizzate da ShAPE non richiedono costosi elementi di terre rare per produrre estrusioni con duttilità e assorbimento di energia sufficienti per l'uso in alcune applicazioni strutturali automobilistiche (ad esempio, paraurti per automobili), consentendo una maggiore convenienza nella produzione di massa.

ShAPE potrebbe essere un metodo praticabile per la produzione di acciai resistenti al creep che potrebbero essere utilizzati per scambiatori di calore nel settore dell'energia elettrica, rame ad alta conduttività e magneti avanzati per l'applicazione nei motori elettrici. È stato utilizzato anche per produrre barre di alluminio ad alta resistenza con applicazioni nell'industria aerospaziale. In un'altra potenziale applicazione, ShAPE si dimostra promettente come metodo per produrre materiali termoelettrici semiconduttori.

Per ulteriori informazioni, contattare Sara Hunt, Responsabile della commercializzazione della tecnologia, all'indirizzo Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo..

Questo articolo è apparso per la prima volta nel numero di luglio 2019 di Tech Briefs Magazine.

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