德國研究人員最新一期英國《自然》雜志上報告說，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。
這種新型合金冶煉工藝是一種直接還原法，它可以將固態(tài)金屬氧化物直接還原成塊狀合金。傳統(tǒng)的冶金工藝需要先將金屬氧化物提煉出來，然后再進行熔融、混合等步驟才能得到所需的合金。而這種新型工藝可以一步到位地完成這些工序，從而大大提高了生產(chǎn)效率。
德國馬克斯·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，在遠低于金屬熔點的溫度下提取金屬并形成合金，已在實驗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。檢測顯示，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械性能。因為成品是塊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，然后展開熱機械加工以調(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程會產(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，用氫還原金屬的副產(chǎn)物是水，碳排放為零，流程簡單也使新工藝擁有巨大的節(jié)能潛力。不過實驗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證，而且氫氣本身制取和應(yīng)用成本較高。研究團隊正嘗試提高反應(yīng)溫度以減少氫氣用量，希望進一步降低能耗。
總之，這項德國研究人員發(fā)明的新型合金冶煉工藝無疑是一項具有劃時代意義的突破。它不僅有助于減少溫室氣體排放，節(jié)約能源，還將為全球冶金行業(yè)帶來革命性的變化。我們有理由相信，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，這一創(chuàng)新將為人類社會的可持續(xù)發(fā)展作出更大貢獻。
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