- 研究團隊開發了 14 種新的鐵基合金，強度顯著提高。
- 新方法將生產成本降低了 8.1%，並利用金屬廢料中的雜質。
- 這些新合金完全由回收廢料生產，未添加原鐵。
- 該技術可擴展至回收鋼、鋁和銅合金，應用廣泛。
中國和德國的研究人員利用回收廢料開發了總共 14 種新的鐵基合金，這些合金的強度顯著提高，且成本比傳統替代品低超過 8%。該項目由中國的上海交通大學、香港城市大學、華東理工大學、中南大學，以及德國的馬克斯·普朗克可持續材料研究所共同進行。在研究中，團隊創建了一種機器學習方法，將金屬廢料中的雜質轉化為更強的合金，而不是去除它們。這一方法生成了 14 種新的鐵基合金，其拉伸強度提高了 15.2%，或在斷裂時的延展性提升了 73.2%。
馬克斯·普朗克可持續材料研究所的合夥人小組負責人、該研究的共同作者之一韓流流（Liuliu Han）表示：「傳統的方法是通過添加原材料來稀釋金屬廢料中的雜質。」新的方法將生產成本降低了 8.1%。
新方法的環保意義
全球每年生產約 20 億噸金屬，主要來自新開採的材料。然而，這一生產過程也佔據了約 40% 的工業溫室氣體排放，和 10% 的全球能源消耗。雖然回收能夠顯著減少這一環境問題，但金屬廢料常常含有雜質，且其化學組成各不相同。這正是使得生產具有可預測機械性質的合金變得複雜的原因。生產者通常通過添加新金屬來稀釋雜質，但這一過程需要額外的能量並增加碳排放。為瞭解決這一挑戰，研究人員的機器學習框架將雜質視為潛在的有用合金元素。
該系統使用算法和神經網絡尋找最合適的金屬混合物和加工方法，並分析溫度、加工時間、拉伸強度和延展性等因素，以預測哪些組合能夠提供更好的性能。最有前景的設計將被測試，結果也會反饋回系統以供未來的預測。
為了測試該方法，團隊使用了具有強度和靈活性且能容忍雜質的常見工業材料——鑄鐵。全球每年生產約 1.2 億噸鑄鐵。科學家們評估了框架提出的 17 種合金設計，其中 14 種在現有的回收鐵數據集中顯示出最佳的強度和延展性組合。這些新合金的拉伸強度提高了 15.2%，同時不失去延展性，或在不犧牲強度的情況下，延展性提高了 73.2%。根據科學家的說法，這些合金完全由回收廢料生產，未添加原鐵。
未來應用的潛力
他們確信這項技術可以擴展到回收鋼、鋁和銅合金，並在交通、能源基礎設施和工業製造中得到應用。
韓流流詳述了這一方法如何將金屬雜質轉變為優勢。他在一份聲明中表示：「因此，我們開發了一種新的機器學習策略，將這些雜質從問題轉變為優勢，使我們能夠設計出不僅能容忍污染物，甚至能從中受益的合金。」該研究已發表在《科學進展》期刊上。
項目 規格 拉伸強度 提高 15.2% 延展性 提高 73.2% 成本降低 8.1%
新型合金技術的環保與經濟影響
這項研究的突破在於利用機器學習將金屬廢料中的雜質轉化為合金優勢，顯示出環保與經濟的雙重效益。傳統金屬生產過程不僅消耗大量能源，還造成高碳排放，而新技術則通過回收利用減少了這些問題。這不僅提高了材料的性能，還降低了生產成本，為未來的工業應用提供了可持續的解決方案，尤其是在交通和能源基礎設施等重要領域。