Une culasse coulée par Eck Industries utilisant l'alliage Ce-Al et testée à l'ORNL. Crédit :Laboratoire national d'Oak Ridge
Eck Industries du Wisconsin a signé une licence exclusive pour la commercialisation d'un alliage de cérium-aluminium (Ce-Al) co-développé par le laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie, idéal pour créer des matériaux légers, composants solides pour véhicules et avions de pointe.
L'alliage en instance de brevet a été développé dans le cadre du Critical Materials Institute (CMI) du DOE et utilise du cérium, l'élément de terre rare le plus abondant. Le cérium représente jusqu'à la moitié des terres rares extraites, a pourtant moins de valeur que les éléments co-minés comme le néodyme et le dysprosium qui sont très demandés pour les applications de technologies énergétiques avancées. La création de nouvelles utilisations pour le cérium soutient à la fois les opérations minières nationales de terres rares et le secteur manufacturier américain.
Les scientifiques de l'ORNL, travailler avec Eck Industries et des chercheurs des laboratoires nationaux Ames et Lawrence Livermore du DOE, développé l'alliage Ce-Al facile à travailler, poids léger, résistant à la corrosion, et exceptionnellement stable à haute température, ce qui le rend idéal pour l'automobile, aérospatial, la production d'énergie, et d'autres applications.
Des tests ont montré que l'alliage Ce-Al est stable à 500 degrés Celsius. Résister à des températures plus élevées signifie, par exemple, que les moteurs fabriqués à l'aide de l'alliage peuvent fonctionner plus chaud avec une combustion de carburant plus complète tout en étant plus légers, qui améliore l'efficacité énergétique.
Ce-Al ne nécessite pas de traitement thermique supplémentaire pendant le processus de coulée et profite d'abondants, cérium bon marché, a déclaré Orlando Rios, scientifique de l'ORNL. La coulée avec l'alliage peut être réalisée en utilisant les pratiques de fonderie d'aluminium standard et sans atmosphère protectrice.
"L'alliage est thermodynamiquement stable, ", a déclaré Rios. Le coût du traitement thermique et l'usinage supplémentaire requis en raison de la distorsion thermique peuvent représenter environ 50 à 60% du coût de la coulée d'alliages traditionnels. Les coûts énergétiques pourraient potentiellement être réduits de 30 à 60% par rapport aux procédés de coulée traditionnels. , il a noté. Le potentiel de l'alliage Ce-Al marque un écart important par rapport aux approches de traitement thermique post-coulée et de durcissement par vieillissement développées au cours d'une centaine d'années et peut ainsi améliorer considérablement la compétitivité de la fabrication, Ajouta Rios.
Directeur du transfert de technologie Michael Paulus, Le président d'Eck Industries Kiley Eck Hayon, lors de la cérémonie de remise des licences. Crédit :Laboratoire national d'Oak Ridge
Alain Liby, directeur du programme de fabrication avancée de l'ORNL, mentionné, « Les propriétés révolutionnaires observées dans cet alliage innovant permettront une plus grande efficacité énergétique de fabrication et de nouveaux produits économes en énergie. »
Eck, une entreprise privée basée à Manitowoc, Wisconsin, a participé au développement et aux essais de l'alliage dans le cadre d'un accord distinct. La société a produit des pièces moulées en aluminium pour des clients dans l'armée, automobile, aérospatial, énergie, médical, et les marchés industriels depuis 1948.
« Il y a eu un énorme intérêt de la part de l'industrie en raison des propriétés uniques du matériau et du faible coût de cet alliage, " a déclaré David Weiss, vice-président de l'ingénierie/R&D chez Eck. « Ce projet est un modèle pour un développement et une commercialisation rapides. ' nous avons également développé une autoroute pour la communication de nos clients à nous pour aider à guider le projet."
L'implication de plusieurs laboratoires nationaux et de l'industrie via l'intérêt de CMI à tirer parti des connaissances scientifiques pour aider à résoudre les problèmes critiques de matériaux était essentielle au développement rapide de l'alliage. Les chercheurs de l'ORNL ont dirigé l'équipe de développement tout en se concentrant sur la stabilité des propriétés de moulage et de microstructure. Ames a mené des expériences sur le traitement thermomécanique et a examiné les propriétés thermophysiques de l'alliage Ce-Al. Lawrence Livermore a effectué des travaux de caractérisation en utilisant la microscopie avancée et d'autres méthodes. Eck a participé à des expériences à l'échelle pilote et a fourni des connaissances et une expertise en matière de fabrication.
La stratégie de CMI est de fédérer les industriels, académique, et l'expertise des laboratoires nationaux pour répondre à la dépendance des États-Unis à l'égard de matériaux critiques tels que les éléments des terres rares qui sont essentiels à l'énergie, la défense, et d'autres secteurs manufacturiers.
« Il est difficile pour une mine de survivre si la moitié de sa production n'a pas de marché. Cet alliage crée une utilisation pour le cérium qui accompagne les terres rares rares et critiques comme le néodyme et le dysprosium, ", a déclaré le directeur du CMI, Alex King.
