La Eck Industries del Wisconsin ha firmato una licenza esclusiva per la commercializzazione di una lega di cerio-alluminio (Ce-Al) sviluppata congiuntamente dall'Oak Ridge National Laboratory del Department of Energy, ideale per creare prodotti leggeri, componenti robusti per veicoli avanzati e aeroplani.

La lega in attesa di brevetto è stata sviluppata come parte del Critical Materials Institute (CMI) del DOE e fa uso di cerio, l'elemento delle terre rare più abbondante. Il cerio costituisce la metà delle terre rare estratte, tuttavia ha un valore inferiore rispetto a elementi co-minati come il neodimio e il disprosio che sono molto richiesti per applicazioni di tecnologia energetica avanzata. La creazione di nuovi usi per il cerio supporta sia le operazioni minerarie nazionali di terre rare che il settore manifatturiero statunitense.

Scienziati dell'ORNL, lavorando con Eck Industries e ricercatori presso i laboratori nazionali Ames e Lawrence Livermore del DOE, ha sviluppato la lega Ce-Al con cui è facile lavorare, leggero, resistente alla corrosione, ed eccezionalmente stabile alle alte temperature, rendendolo ideale per il settore automobilistico, aerospaziale, produzione di energia, e altre applicazioni.

I test hanno dimostrato che la lega Ce-Al è stabile a 500 gradi Celsius. Resistere a temperature più elevate significa ad esempio, che i motori realizzati con la lega possono diventare più caldi con una combustione del carburante più completa pur essendo più leggeri, che migliora l'efficienza del carburante.

Ce-Al non richiede ulteriori trattamenti termici durante il processo di colata e sfrutta abbondanti, cerio a basso costo, ha detto lo scienziato dell'ORNL Orlando Rios. La fusione con la lega può essere eseguita utilizzando pratiche di fonderia di alluminio standard e senza atmosfera protettiva.

"La lega è termodinamicamente stabile, " ha affermato Rios. Il costo del trattamento termico e la lavorazione aggiuntiva richiesta a causa della distorsione termica possono costituire circa il 50-60 percento del costo della fusione delle leghe tradizionali. I costi energetici potrebbero essere potenzialmente ridotti del 30-60 percento rispetto ai processi di fusione tradizionali , ha notato. Il potenziale della lega Ce-Al segna un significativo allontanamento dal trattamento termico post-fusione e dagli approcci di indurimento per invecchiamento sviluppati in circa 100 anni e può far avanzare significativamente la competitività della produzione come risultato, Rios ha aggiunto.

Alan Libia, direttore dell'Advanced Manufacturing Program di ORNL, disse, "Le proprietà rivoluzionarie osservate in questa lega innovativa consentiranno una maggiore efficienza energetica di produzione e nuovi prodotti ad alta efficienza energetica".

Eck, un'azienda privata con sede a Manitowoc, Sap., è stato coinvolto nello sviluppo e nel test della lega in base a un accordo separato. L'azienda produce getti di alluminio per clienti del settore militare, settore automobilistico, aerospaziale, energia, medico, e mercati industriali dal 1948.

"C'è stato un enorme interesse da parte dell'industria a causa delle proprietà uniche del materiale e del basso costo di questa lega, " ha detto David Weiss, vicepresidente di Engineering/R&D presso Eck. "Questo progetto è un modello per un rapido sviluppo e commercializzazione. Non solo abbiamo colmato la ricerca 'valle della morte, ' abbiamo anche sviluppato un'autostrada per la comunicazione dai nostri clienti a noi per aiutare a guidare il progetto."

Il coinvolgimento di più laboratori nazionali e dell'industria attraverso l'interesse di CMI a sfruttare le conoscenze scientifiche per aiutare a risolvere problemi critici sui materiali è stato essenziale per un rapido sviluppo della lega. I ricercatori di ORNL hanno guidato il team di sviluppo concentrandosi sulla stabilità delle proprietà di fusione e microstruttura. Ames ha condotto esperimenti sulla lavorazione termomeccanica ed ha esaminato le proprietà termofisiche della lega Ce-Al. Lawrence Livermore ha eseguito un lavoro di caratterizzazione utilizzando la microscopia avanzata e altri metodi. Eck è stato coinvolto in esperimenti su scala pilota e ha fornito informazioni e competenze sulla produzione.

La strategia di CMI è quella di riunire industriale, accademico, e l'esperienza di laboratorio nazionale per affrontare la dipendenza degli Stati Uniti da materiali critici come gli elementi delle terre rare che sono essenziali per l'energia, difesa, e altri settori manifatturieri.

"È difficile per una miniera sopravvivere se metà della sua produzione non ha mercato. Questa lega crea un uso per il cerio che accompagna le terre rare scarse e critiche come il neodimio e il disprosio, ", ha affermato il direttore di CMI Alex King.