一种铝加工屑回收方法及其铸件性能表征的研究

《Advances in Materials Science and Engineering》：An Approach for Recycling of Aluminum Machining Chips and Characterizing Its Castings

研究铝机加工碎屑的两种回收方法，发现直接熔化因氧化问题失败，而熔融混合法通过预熔铝废料与碎屑混合，获得94.33%金属回收率，铸件密度2.61 g/cm3、硬度53.7 HV、抗拉173.33 MPa、抗压402.62 MPa，表面粗糙度1.35 μm，无裂纹，证实该方法高效环保。

　　铝的回收利用在现代工业中扮演着越来越重要的角色。由于铝具有较低的密度、优良的机械性能、良好的耐腐蚀性以及高度的可回收性，它被广泛应用于汽车、航空航天、食品包装、交通运输、饮料罐、炊具、建筑以及医疗材料等多个领域。随着铝的使用量不断增加，其加工过程中产生的废料，尤其是铝加工碎屑，也在持续增长。这些碎屑如果不能有效回收利用，不仅会造成环境污染，还可能导致铝资源的浪费。因此，探索高效、环保的铝加工碎屑回收方法，对于可持续发展和资源节约具有重要意义。

本研究的主要目标是开发一种简单且高效的铝加工碎屑回收方法，避免使用传统的辅助材料如熔剂和盐。传统方法中，直接熔炼铝碎屑常常导致严重的氧化问题，使得回收效率低下，甚至完全失败。而将碎屑与初始熔化的铝合金废料混合后再次熔炼的方法，被证明是一种可行且有效的回收策略。通过实验分析，该方法在金属回收率、密度、硬度、抗拉强度、抗压强度以及表面粗糙度等方面均表现出良好的性能。

在实验过程中，研究者首先尝试了直接熔炼铝碎屑的方法，但结果令人失望。所有碎屑在高温熔炼过程中完全氧化，导致无法获得可用的金属材料。这说明直接熔炼铝碎屑在物理性质和环境因素的影响下存在显著的回收困难。相比之下，将碎屑与初始熔化的铝合金废料混合后再次熔炼的方法取得了成功。这种方法不仅有效避免了氧化问题，还显著提高了金属回收率，达到94.33%。这一结果表明，该方法在铝碎屑的大规模回收中具有较大的应用潜力。

为了验证该方法的可行性，研究者对回收后的铸件进行了多方面的性能测试。包括金属回收率、密度、相对密度、硬度、抗拉强度、抗压强度以及表面粗糙度等关键指标。测试结果表明，回收后的铸件在多个方面均表现良好。其金属回收率达到94.33%，密度为2.61克/立方厘米，相对密度为96.67%，硬度为53.7 HV，抗拉强度为173.33兆帕，抗压强度为402.62兆帕，表面粗糙度为1.35微米。这些数据不仅展示了该方法在回收效率上的优势，还表明回收后的材料在物理和机械性能上达到了预期标准，适用于实际生产应用。

进一步的化学成分分析显示，回收的铸件属于铝硅合金4044，其中硅的含量为8.98%。X射线衍射（XRD）分析结果表明，回收后的材料具有高度结晶的微观结构，这说明其内部结构均匀，无明显缺陷。这一发现对于确保材料在实际应用中的性能至关重要，因为材料的微观结构直接影响其机械性能和使用可靠性。

此外，研究者还对回收后的铸件进行了加工测试，以评估其在实际制造中的适用性。通过使用传统的车床和铣床进行加工，研究发现回收材料能够满足生产需求，其表面和内部均无明显空洞或裂纹。这表明，通过这种回收方法得到的材料具有良好的加工性能，可以用于制造各种零部件和模型。这也进一步验证了该方法在实际工业应用中的可行性。

从经济和环境角度来看，该方法具有显著的优势。它不需要额外的消耗材料，如熔剂和盐，从而降低了生产成本，减少了操作复杂度。这使得该方法不仅在技术上可行，而且在实际应用中更具推广价值。随着铝回收技术的不断进步，未来的研究可以进一步优化该方法，比如通过系统分析不同碎屑尺寸对回收率的影响，以及进行更深入的微观结构分析，以更好地理解材料性能与回收工艺之间的关系。

总体而言，本研究提出了一种简单、高效且环保的铝加工碎屑回收方法，为铝资源的可持续利用提供了新的思路。该方法不仅有效解决了传统直接熔炼铝碎屑带来的氧化问题，还实现了较高的金属回收率和优良的材料性能。未来，随着技术的不断改进和工艺的进一步优化，这种回收方法有望在更广泛的工业领域中得到应用，从而为环境保护和资源节约做出更大贡献。