Исследователи продемонстрировали способ получения качественных магниевых сплавов с использованием порошка из яичной скорлупы. Такая технология позволяет заменить традиционные кальциевые материалы, которые производят из руды с большими затратами энергии. Получаемые сплавы могут применяться в автомобильной, аэрокосмической и биомедицинской сферах.
Яичная скорлупа примерно на 95% состоит из карбоната кальция. В ходе обработки этот компонент превращается в оксид кальция и элементарный кальций, необходимые для улучшения свойств магния. «Например, карбонат кальция и оксид кальция являются важными материалами для производства металлических сплавов», — сказал Бхарат Гвалани, доцент кафедры материаловедения и инженерии Университета штата Северная Каролина и автор исследования.
По словам учёного, обычная технология требует добычи руды и нескольких этапов её переработки. «Мы продемонстрировали технику, которая позволяет пропустить один этап. Вместо переработки руды для получения кальциевых материалов, а затем использования этих материалов при производстве металлов или сплавов можно получить качественный металлический сплав непосредственно из яичной скорлупы», — отметил Гвалани.
В эксперименте скорлупу применили для создания более прочного и твёрдого магниевого сплава. Сначала в цилиндрическом магниевом блоке просверлили равномерно расположенные отверстия и заполнили их мелко измельчённой скорлупой. Затем заготовку поместили в стальной цилиндр, после чего на неё опустили стальную оправку с центральным отверстием, вращавшуюся со скоростью 300 оборотов в минуту.
Процесс получил название экструзии трением с перемешиванием. Давление и вращение оправки смешивают порошок с магнием, а возникающее трение преобразует карбонат кальция в оксид кальция и кальций. Одновременно формируется высокопрочный сплав Mg2Ca, который выдавливается через отверстие в оправке в виде готового стержня.
«У этого подхода есть много преимуществ: этапов становится меньше, цепочка поставок — более надёжной и устойчивой, а сама яичная скорлупа стоит недорого. Кроме того, требуется значительно меньше энергии, поскольку не нужно получать кальциевые продукты из руды», — заявил Гвалани. Результаты опубликованы в Journal of Magnesium and Alloys, а в работе участвовали специалисты Университета штата Северная Каролина, Национальной лаборатории Тихоокеанского Северо-Запада, Городского университета Гонконга и Индийского технологического института Дели; исследование поддержали Управление военно-морских исследований США и Национальная лаборатория Тихоокеанского Северо-Запада.