- 研究团队开发了 14 种新的铁基合金，强度显著提高。
- 新方法将生产成本降低了 8.1%，并利用金属废料中的杂质。
- 这些新合金完全由回收废料生产，未添加原铁。
- 该技术可扩展至回收钢、铝和铜合金，应用广泛。
中国和德国的研究人员利用回收废料开发了总共 14 种新的铁基合金，这些合金的强度显著提高，且成本比传统替代品低超过 8%。该项目由中国的上海交通大学、香港城市大学、华东理工大学、中南大学，以及德国的马克斯·普朗克可持续材料研究所共同进行。在研究中，团队创建了一种机器学习方法，将金属废料中的杂质转化为更强的合金，而不是去除它们。这一方法生成了 14 种新的铁基合金，其拉伸强度提高了 15.2%，或在断裂时的延展性提升了 73.2%。
马克斯·普朗克可持续材料研究所的合伙人小组负责人、该研究的共同作者之一韩流流（Liuliu Han）表示：“传统的方法是通过添加原材料来稀释金属废料中的杂质。”新的方法将生产成本降低了 8.1%。
新方法的环保意义
全球每年生产约 20 亿吨金属，主要来自新开采的材料。然而，这一生产过程也占据了约 40% 的工业温室气体排放，和 10% 的全球能源消耗。虽然回收能够显著减少这一环境问题，但金属废料常常含有杂质，且其化学组成各不相同。这正是使得生产具有可预测机械性质的合金变得复杂的原因。生产者通常通过添加新金属来稀释杂质，但这一过程需要额外的能量并增加碳排放。为了解决这一挑战，研究人员的机器学习框架将杂质视为潜在的有用合金元素。
该系统使用算法和神经网络寻找最合适的金属混合物和加工方法，并分析温度、加工时间、拉伸强度和延展性等因素，以预测哪些组合能够提供更好的性能。最有前景的设计将被测试，结果也会反馈回系统以供未来的预测。
为了测试该方法，团队使用了具有强度和灵活性且能容忍杂质的常见工业材料——铸铁。全球每年生产约 1.2 亿吨铸铁。科学家们评估了框架提出的 17 种合金设计，其中 14 种在现有的回收铁数据集中显示出最佳的强度和延展性组合。这些新合金的拉伸强度提高了 15.2%，同时不失去延展性，或在不牺牲强度的情况下，延展性提高了 73.2%。根据科学家的说法，这些合金完全由回收废料生产，未添加原铁。
未来应用的潜力
他们确信这项技术可以扩展到回收钢、铝和铜合金，并在交通、能源基础设施和工业制造中得到应用。
韩流流详述了这一方法如何将金属杂质转变为优势。他在一份声明中表示：“因此，我们开发了一种新的机器学习策略，将这些杂质从问题转变为优势，使我们能够设计出不仅能容忍污染物，甚至能从中受益的合金。”该研究已发表在《科学进展》期刊上。
项目 规格 拉伸强度 提高 15.2% 延展性 提高 73.2% 成本降低 8.1%
新型合金技术的环保与经济影响
这项研究的突破在于利用机器学习将金属废料中的杂质转化为合金优势，显示出环保与经济的双重效益。传统金属生产过程不仅消耗大量能源，还造成高碳排放，而新技术则通过回收利用减少了这些问题。这不仅提高了材料的性能，还降低了生产成本，为未来的工业应用提供了可持续的解决方案，尤其是在交通和能源基础设施等重要领域。