Исследователи из США использовали яичную скорлупу для упрочнения магниевых сплавов

Американские исследователи показали, как использовать яичную скорлупу для повышения прочности и твёрдости магниевых сплавов. Вместо готовых кальцийсодержащих добавок в металл ввели измельчённую скорлупу, а необходимые соединения получили непосредственно во время обработки.

В эксперименте применили экструзию с перемешиванием трением. По словам авторов работы, этот подход сокращает число производственных этапов и может снизить затраты на сырьё и энергию: кальцийсодержащие компоненты не нужно предварительно получать из добытого минерального сырья.

Скорлупа как источник кальция

Яичная скорлупа примерно на 95% состоит из карбоната кальция, а не из чистого кальция. При обработке в магнии из неё образуются оксид кальция и кальций, который участвует в формировании соединения Mg₂Ca.

«Для улучшения механических свойств магния к нему добавляют кальций», — пояснил ведущий автор статьи Бхарат Гвалани, доцент кафедры материаловедения и инженерии Университета штата Северная Каролина. Команда проверила, можно ли использовать для этого биогенные отходы и получать необходимые компоненты прямо в процессе изготовления сплава.

Для эксперимента выбрали магний, сплавы которого применяют в автомобильной, аэрокосмической и биомедицинской отраслях. Их ценят за сочетание малого веса и прочности.

Как порошок вводят в металл

В цилиндрической магниевой заготовке просверлили равномерно расположенные отверстия и заполнили их мелко измельчённой яичной скорлупой. Затем заготовку поместили в стальной цилиндр.

На магний давила стальная оправка с центральным отверстием, вращавшаяся со скоростью 300 оборотов в минуту. Давление и вращение перемешивали порошок с металлом. В ходе обработки карбонат кальция превращался в оксид кальция и кальций, что приводило к образованию Mg₂Ca.

Одновременно оправка выдавливала материал через центральное отверстие. На выходе получался стержень из магниевого сплава.

Перспективы для переработки отходов

Авторы описывают технологию как масштабируемую и энергоэффективную. По оценке Гвалани, использование недорогой яичной скорлупы позволяет сократить производственную цепочку и снизить энергозатраты по сравнению с получением кальцийсодержащих добавок из руды.

Экструзию с перемешиванием трением команда применяла и в другой работе: магнитный порошок самария-кобальта смешивали с алюминиевым ломом для получения магнитных композитов.

Исследование с яичной скорлупой опубликовано в Journal of Magnesium and Alloys. Оно демонстрирует экспериментальный способ использования отходов как источника компонентов для магниевых сплавов непосредственно при обработке металла.