德國(guó)研究人員近日在最新一期英國(guó)《自然》雜志上報(bào)告說(shuō)，他們發(fā)明了一種新的合金冶煉工藝，能一步到位將固態(tài)的金屬氧化物制成塊狀合金。該技術(shù)不需要提煉金屬后熔融、混合，有助減少溫室氣體排放，節(jié)約能源。
德國(guó)馬克斯·普朗克可持續(xù)材料研究所的研究人員以氫氣代替碳作為還原劑，在遠(yuǎn)低于金屬熔點(diǎn)的溫度下提取金屬并形成合金，已在實(shí)驗(yàn)中成功制造出低膨脹合金。低膨脹合金由64%的鐵和36%的鎳組成，在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi)能保持體積基本不變，在工業(yè)上有廣泛用途。
研究人員將氧化鐵和氧化鎳按低膨脹合金所需的比例混合，用球磨機(jī)混合均勻后壓制成小圓餅，放入爐中加熱至700攝氏度，通入氫氣。該溫度不足以讓鐵或鎳熔融，但足以讓金屬還原出來(lái)。檢測(cè)顯示，加工后得到的塊狀金屬具有低膨脹合金的典型特征，并因晶粒尺寸小而有著更好的機(jī)械性能。因?yàn)槌善肥菈K狀而不是粉末或納米顆粒，所以容易鑄造加工。
傳統(tǒng)的合金冶煉分為三大步驟，先將礦石中的金屬氧化物用碳還原成金屬，金屬脫碳后將不同金屬熔融并混合，然后展開(kāi)熱機(jī)械加工以調(diào)整微結(jié)構(gòu)，使合金具有特定性能。這些步驟耗能巨大，而且用碳還原金屬的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳，冶金業(yè)的碳排放約占全球總量的10%。
研究人員說(shuō)，用氫還原金屬的副產(chǎn)物是水，碳排放為零，流程簡(jiǎn)單也使新工藝擁有巨大的節(jié)能潛力。不過(guò)實(shí)驗(yàn)中使用的氧化鐵和氧化鎳純度較高，以天然礦石為原料的效率如何尚待驗(yàn)證，而且氫氣本身制取和應(yīng)用成本較高。研究團(tuán)隊(duì)正嘗試提高反應(yīng)溫度以減少氫氣用量，希望進(jìn)一步降低能耗。
