Wisconsin's Eck Industries heeft een exclusieve licentie getekend voor de commercialisering van een cerium-aluminium (Ce-Al) legering die mede is ontwikkeld door het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy en ideaal is voor het maken van lichtgewicht, sterke componenten voor geavanceerde voertuigen en vliegtuigen.

De legering waarvoor patent is aangevraagd, is ontwikkeld als onderdeel van het Critical Materials Institute (CMI) van DOE en maakt gebruik van cerium, het meest voorkomende zeldzame aarde-element. Cerium maakt maar liefst de helft uit van de gedolven zeldzame aardmetalen, maar heeft minder waarde dan geco-mineerde elementen zoals neodymium en dysprosium waar veel vraag naar is voor geavanceerde energietechnologietoepassingen. Het creëren van nieuwe toepassingen voor cerium ondersteunt zowel de binnenlandse mijnbouwactiviteiten van zeldzame aardmetalen als de Amerikaanse productiesector.

Wetenschappers van ORNL, werken met Eck Industries en onderzoekers van DOE's Ames en Lawrence Livermore nationale laboratoria, ontwikkelde de gemakkelijk te verwerken Ce-Al legering, lichtgewicht, Roestvrij, en uitzonderlijk stabiel bij hoge temperaturen - waardoor het ideaal is voor auto's, ruimtevaart, stroomopwekking, en andere toepassingen.

Testen hebben aangetoond dat de Ce-Al-legering stabiel is bij 500 graden Celsius. Bestand tegen hogere temperaturen betekent, bijvoorbeeld, dat motoren gemaakt met behulp van de legering heter kunnen draaien met een meer volledige verbranding van de brandstof, terwijl ze lichter in gewicht zijn, wat de brandstofefficiëntie bevordert.

Ce-Al vereist geen extra thermische verwerking tijdens het gietproces en profiteert van overvloedige, goedkope cerium, zei ORNL-wetenschapper Orlando Rios. Gieten met de legering kan worden bereikt met behulp van standaard aluminiumgieterijpraktijken en zonder een beschermende atmosfeer.

"De legering is thermodynamisch stabiel, " zei Rios. De kosten van warmtebehandeling en de extra bewerking die nodig is als gevolg van thermische vervorming kunnen zo'n 50-60 procent uitmaken van de kosten van het gieten van traditionele legeringen. De energiekosten kunnen mogelijk met 30-60 procent worden verlaagd in vergelijking met traditionele gietprocessen , hij merkte. Het potentieel van de Ce-Al-legering markeert een significante afwijking van de benaderingen voor warmtebehandeling na het gieten en verouderingsharding die in de loop van ongeveer 100 jaar zijn ontwikkeld en kan het concurrentievermogen van de productie aanzienlijk verbeteren als resultaat, voegde Rios toe.

Alan Liby, directeur van het Advanced Manufacturing Program van ORNL, zei, "De baanbrekende eigenschappen die in deze innovatieve legering worden waargenomen, zullen een grotere energie-efficiëntie bij de productie en nieuwe energie-efficiënte producten mogelijk maken."

Ek, een particulier bedrijf gevestigd in Manitowoc, Wis., was betrokken bij de ontwikkeling en het testen van de legering in het kader van een afzonderlijke overeenkomst. Het bedrijf produceert aluminium gietstukken voor klanten in het leger, auto, ruimtevaart, energie, medisch, en industriële markten sinds 1948.

"Er is enorme belangstelling van de industrie vanwege de unieke materiaaleigenschappen en lage kosten van deze legering, " zei David Weiss, vice-president Engineering/R&D bij Eck. "Dit project is een sjabloon voor snelle ontwikkeling en commercialisering. We hebben niet alleen de onderzoeksvallei des doods, ' we hebben ook een snelweg ontwikkeld voor communicatie van onze klanten naar ons om het project te begeleiden."

De betrokkenheid van meerdere nationale laboratoria en de industrie via de interesse van CMI om wetenschappelijke kennis te gebruiken om kritieke materiaalproblemen op te lossen, was essentieel voor een snelle ontwikkeling van de legering. ORNL-onderzoekers leidden het ontwikkelingsteam terwijl ze zich concentreerden op het gieten en de stabiliteit van microstructuren. Ames voerde experimenten uit met thermomechanische verwerking en onderzocht de thermofysische eigenschappen van de Ce-Al-legering. Lawrence Livermore voerde karakteriseringswerk uit met behulp van geavanceerde microscopie en andere methoden. Eck was betrokken bij experimenten op pilotschaal en leverde inzicht en expertise op het gebied van fabricage.

De strategie van CMI is het samenbrengen van industriële, academisch, en nationale laboratoriumexpertise om de Amerikaanse afhankelijkheid van kritieke materialen zoals zeldzame aardelementen die essentieel zijn voor energie, aan te pakken, verdediging, en andere productiesectoren.

"Het is moeilijk voor een mijn om te overleven als de helft van zijn productie geen markt heeft. Deze legering creëert een gebruik voor het cerium dat gepaard gaat met schaarse en kritieke zeldzame aarden zoals neodymium en dysprosium, ", aldus CMI-directeur Alex King.