德国发明新工艺 直接用金属氧化物制取合金
发布时间: 2024-09-24 10:27:38
德国研究人员近日在最新一期英国《自然》杂志上报告说，他们发明了一种新的合金冶炼工艺，能一步到位将固态的金属氧化物制成块状合金。该技术不需要提炼金属后熔融、混合，有助减少温室气体排放，节约能源。
德国马克斯·普朗克可持续材料研究所的研究人员以氢气代替碳作为还原剂，在远低于金属熔点的温度下提取金属并形成合金，已在实验中成功制造出低膨胀合金。低膨胀合金由64%的铁和36%的镍组成，在相当大的温度范围内能保持体积基本不变，在工业上有广泛用途。
研究人员将氧化铁和氧化镍按低膨胀合金所需的比例混合，用球磨机混合均匀后压制成小圆饼，放入炉中加热至700摄氏度，通入氢气。该温度不足以让铁或镍熔融，但足以让金属还原出来。检测显示，加工后得到的块状金属具有低膨胀合金的典型特征，并因晶粒尺寸小而有着更好的机械性能。因为成品是块状而不是粉末或纳米颗粒，所以容易铸造加工。
传统的合金冶炼分为三大步骤，先将矿石中的金属氧化物用碳还原成金属，金属脱碳后将不同金属熔融并混合，然后展开热机械加工以调整微结构，使合金具有特定性能。这些步骤耗能巨大，而且用碳还原金属的过程会产生大量二氧化碳，冶金业的碳排放约占全球总量的10%。
研究人员说，用氢还原金属的副产物是水，碳排放为零，流程简单也使新工艺拥有巨大的节能潜力。不过实验中使用的氧化铁和氧化镍纯度较高，以天然矿石为原料的效率如何尚待验证，而且氢气本身制取和应用成本较高。研究团队正尝试提高反应温度以减少氢气用量，希望进一步降低能耗。
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