采用火花等离子烧结法回收7075铝合金加工切屑

《ARABIAN JOURNAL FOR SCIENCE AND ENGINEERING》：Recycling of Aluminum 7075 Machining Chips by Spark Plasma Sintering Method

Spark Plasma Sintering (SPS)技术回收Al7075航空加工屑，经磁选、球磨、筛分预处理后，在450℃、30MPa下烧结15分钟。实验表明SPS烧结体密度＞99%，硬度达126.5HV，弯曲强度742MPa，显著优于传统铸造材料。微观分析显示晶界细化、析出相溶解及致密化效应共同作用，而T6热处理样品因微观结构不连续导致强度降低。XRD证实合金元素部分溶入基体，无杂质污染，验证了SPS作为低能耗、高回收率技术的可行性。

　　

摘要

本研究探讨了利用火花等离子烧结（SPS）技术回收航空航天级Al7075加工切屑的方法，以克服传统铝回收过程中存在的环境和能源效率问题。这些切屑经过磁选、铣削、筛分后，在450°C、30MPa的压力下进行15分钟的SPS处理。研究了两种处理状态：退火状态（S-7075-0）和T6热处理状态（S-7075-T6），并与相应的铸件样品（7075-0和7075-T6）进行了对比。SPS处理后的样品密度接近理论值（>99%），高于铸件样品的98.93%，这是因为局部加热和压力作用降低了孔隙率和晶粒生长。S-7075-0的维氏硬度为126.5 HV，弯曲强度为742 MPa，远优于铸件样品（分别为55 HV和260 MPa）。性能提升的原因包括铣削过程中的加工硬化效应、MgZn₂沉淀物的溶解以及更强的颗粒间结合力。S-7075-T6的硬度与常规T6铸件相当（148.8 HV vs 147.7 HV），但弯曲强度较低（613 MPa vs 675 MPA），这归因于微观结构的不连续性。XRD分析证实Zn、Mg和Cu部分溶解到了铝基体中，SEM观察到了更清晰的晶界。加工过程中没有杂质残留，因此其机械性能优于以往使用商用粉末的研究结果。这些结果表明，SPS是一种可持续、低能耗的高质量回收Al7075制备方法，避免了传统熔炼方法的缺点。未来的研究应进一步优化颗粒尺寸和预压处理工艺，以进一步提升材料性能。