ASV pētnieki demonstrējuši koncepcijas pārbaudes metodi, kurā olu čaumalu pulveris tiek iestrādāts magnijā, lai iegūtu izturīgāku un cietāku magnija sakausējumu. Šī pieeja ļauj izmantot atkritummateriālu tradicionālo kalcija sastāvdaļu vietā, kuru ražošanai nepieciešama iegūtas rūdas apstrāde.

Procesā izmantota berzes maisīšanas ekstrūzija, kas olu čaumalu pulveri iestrādā magnijā jau ražošanas laikā. Tādējādi kalcija materiāli veidojas pašā izgatavošanas procesā, apejot atsevišķu rūdas pārstrādes posmu.

Mazāk enerģijas un vienkāršāka izejvielu ķēde

Magnija sakausējumus izmanto autobūvē, aviācijas un kosmosa nozarē, kā arī biomedicīnā. To priekšrocība ir maza masa apvienojumā ar izturību, bet pētnieku piedāvātā metode varētu nodrošināt lētāku un mazāk energoietilpīgu veidu, kā uzlabot šo materiālu mehāniskās īpašības.

Olu čaumalas aptuveni 95% sastāv no kalcija karbonāta, tāpēc tās var kalpot kā kalcija avots sakausējumu ražošanā. Apstrādes laikā kalcija karbonāts pārvēršas kalcija oksīdā un elementārā, jeb jaunizveidotā, kalcijā.

“Piemēram, kalcija karbonāts un kalcija oksīds ir svarīgi materiāli metālu sakausējumu ražošanā,” sacīja pētījuma korespondējošais autors, Ziemeļkarolīnas štata universitātes materiālzinātnes un inženierzinātņu docents Bharats Gvalani.

“Taču šo kalcija materiālu ražošana balstās uz sarežģītu procesu, kurā izmanto iegūtus materiālus. Mēs esam demonstrējuši paņēmienu, kas ļauj izlaist vienu posmu,” viņš piebilda.

Tā vietā, lai vispirms pārstrādātu rūdu kalcija produktos un tikai pēc tam tos pievienotu metāliem, pētnieki smalki samaltas olu čaumalas ievadīja tieši metāla izgatavošanas procesā.

“Tam ir daudz priekšrocību. Ir mazāk posmu, piegādes ķēde ir uzticama un ilgtspējīga, bet olu čaumalas ir lētas. Turklāt nepieciešams daudz mazāk enerģijas, jo nav jāiziet cauri procesam, kurā kalcija produktus iegūst no rūdas,” sacīja Gvalani.

Kā olu čaumalas tiek iestrādātas magnijā

Demonstrācijā pētnieki koncentrējās uz magniju, kura izturības un mazā svara kombinācija padara tā sakausējumus noderīgus elektronikas un aviācijas aprīkojumā.

Process sākas ar cilindrisku magnija bloku. Tajā izurbj vienmērīgi izvietotus caurumus, piepilda tos ar smalki samaltām olu čaumalām un bloku ievieto tērauda cilindrā.

Pēc tam cilindrā nolaiž tērauda serdi ar centrālu atveri. Tā darbojas līdzīgi piestai miezerī: serde spiež uz magniju, vienlaikus griežoties ar ātrumu 300 apgriezienu minūtē.

Spiediens un rotācija sajauc čaumalu pulveri ar apkārtējo metālu. Berze starp olu čaumalu daļiņām un magniju veicina kalcija karbonāta pārvēršanos kalcija oksīdā un kalcijā, kā rezultātā veidojas savienojums Mg2Ca.

Vienlaikus serdes lejupvērstais spēks izspiež apstrādāto materiālu caur centrālo atveri. Rezultātā tiek iegūts gatavā magnija sakausējuma ekstrudēts stienis.

“Kalciju pievieno magnijam, lai uzlabotu tā mehāniskās īpašības,” sacīja Gvalani.

“Mēs vēlējāmies noskaidrot, vai varam izmantot biogēnus atkritumus — olu čaumalas —, lai ražošanas laikā iegūtu nepieciešamos kalcija materiālus,” viņš piebilda.

Metodi plāno izmantot plašāk

Pētnieki šo pieeju raksturo kā mērogojamu un energoefektīvu, un norāda, ka tās iespējamais pielietojums neaprobežojas ar konkrēto atkritummateriāla un metāla kombināciju.

Šā gada sākumā komanda demonstrēja citu berzes maisīšanas ekstrūzijas pielietojumu: izmantojot magnētisku samārija un kobalta pulveri kopā ar alumīnija lūžņiem, tika izgatavoti magnētiski kompozītmateriāli.

Pētījums par olu čaumalu izmantošanu publicēts žurnālā Journal of Magnesium and Alloys. Darbs parāda, ka izmestas olu čaumalas var tieši magnija apstrādes laikā nodrošināt sakausējumu ražošanai nepieciešamās sastāvdaļas.