鋁在我們這個(gè)時(shí)代普遍存在的金屬，但令人驚訝的是難以生產(chǎn)合金，經(jīng)常由于不良混合導(dǎo)致鋁合金報(bào)廢。麻省理工學(xué)院的研究員Antoine Allanore和Samuel R. Wagstaff一直在研究鋁合金硬化過(guò)程，并提出了一種使用噴嘴在鑄件中產(chǎn)生更均勻銅和錳分布的方法。

鋁合金密度低，強(qiáng)度較高，塑性好，具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和抗蝕性，應(yīng)用廣泛。然而鑄造過(guò)程中因合金元素分布不均，會(huì)造成材料的浪費(fèi)，這讓人很頭疼，

生產(chǎn)鋁合金鑄錠的一個(gè)有效方法是直接激冷鑄造，它是將熔融金屬澆注到冷卻模具中，快速冷卻的半連續(xù)鑄錠法。但Allanore和Wagstaff表示，這種方法在質(zhì)量控制方面存在問(wèn)題，雖然外表看起來(lái)似乎完美，但內(nèi)部合金元素分布不均勻，這樣得到的合金會(huì)很脆弱，導(dǎo)致鑄造出來(lái)的鋁合金可能存在質(zhì)量問(wèn)題。

這些缺陷通常在鑄件的內(nèi)部形成而在表面上看不見，直到鑄件軋制時(shí)才會(huì)被發(fā)現(xiàn)。這降低了生產(chǎn)速度，而且不能制造用于卡車或飛機(jī)機(jī)翼的大型板材。

為了生產(chǎn)更均勻的鑄件，麻省理工學(xué)院研究人員通過(guò)測(cè)量宏觀偏析指數(shù)——一種衡量實(shí)際混合物組成與理想化學(xué)組成差異程度的數(shù)值，可以將合金混合物的均勻程度提高20％。
Allanore說(shuō)：“分析熔融鋁合金液固轉(zhuǎn)變的結(jié)構(gòu)是非常困難的，尤其開始出現(xiàn)固體顆粒時(shí)。因?yàn)槟銦o(wú)法看穿鋁，合金會(huì)在700℃迅速冷卻，而且固化時(shí)不同尺寸晶粒以大約每分鐘兩到三英寸的速率移動(dòng)。凝固板坯或鑄錠的中心附近常常缺少合金元素。”為了使合金均勻程度更高，Allancore和Wagstaff以不同時(shí)間鑄造的熔融合金作為樣品，研究其晶粒的形成和遷移過(guò)程。正是這個(gè)過(guò)程導(dǎo)致了宏觀偏析，所以研究人員嘗試使用射流阻止這個(gè)過(guò)程，促進(jìn)熔體的循環(huán)，以保持合金元素均勻分布。這個(gè)方法也能夠促進(jìn)晶粒移動(dòng)并改變固化金屬的微觀結(jié)構(gòu)，因此得到的凝固橫截面更均勻。“在鑄造過(guò)程中，我們只需要用磁力泵改變射流的轉(zhuǎn)速、力度和前進(jìn)速度，然后利用射流的功率與直徑之間的函數(shù)關(guān)系就可以通過(guò)改變射流的功率來(lái)調(diào)節(jié)射流直徑。”Wagstaff說(shuō)，“噴射的妙處在于它很容易控制，因?yàn)槲覀兛梢韵鄬?duì)容易地研究出它們是如何擴(kuò)展的，建立射流的力與時(shí)間、空間的函數(shù)關(guān)系。與以往的噴射磁鐵耦合式不同，我們用非接觸式磁力泵來(lái)制造噴射器。”
實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)提出一個(gè)新的指標(biāo)來(lái)衡量樣品成分偏離理想成分多少。噴射器鑄造鋁合金與傳統(tǒng)方法相比質(zhì)量改善可達(dá)60％，也可以提高鋁合金回收率。
Allanore說(shuō)：“不是所有的鋁材回收產(chǎn)品都是一樣的，因?yàn)槠渲幸恍﹣?lái)自飛機(jī)，其中一些來(lái)自飲料罐，而這是兩種不同的合金。因此，當(dāng)談到社會(huì)回收利用和制造高質(zhì)量的新鋁制品時(shí)，有一個(gè)突出問(wèn)題就是我們?cè)撊绾翁幚磉@些合金元素。我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)很好的例子，即如何改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)用于更好的回收材料又不影響新產(chǎn)品質(zhì)量。