2025-09-02

航空航天工业长期以来一直接纳材料回收。诸如波音和美铝的闭环铝回收计划，以及罗尔斯·罗伊斯针对镍、钛和钴合金的“Revert”倡议等项目，都已证明回收金属能够满足关键飞行系统的要求。但随着航空航天制造日益转向增材制造工艺，挑战不再在于回收材料是否可以使用，而在于如何将其加工成满足粉末基增材制造（AM）质量和精度要求的金属粉末。这一转变正值超级合金的材料供应链面临越来越大压力之时。地缘政治不稳定、波动的能源价格以及有限的矿产原料获取途径，使得合金元素的成本和供应变得难以预测。与此同时，增材制造因其设计灵活性和轻量化优势，持续成为生产高性能部件的优选方法。满足这种需求需要稳定、高质量且成本效益高的合金粉末——而经过正确处理的回收金属可以满足要求。

一、重新定义粉末背景下的“回收”

在增材制造中，“回收粉末”一词常常被误用。构建后粉末的重复使用——即对构建完成后剩余的粉末进行筛分并重复使用——可能会引入污染和形态漂移。颗粒可能因氧化、溅射、冷凝物或反复的热循环而发生改变，从而损害流动性和机械完整性。

真正的粉末生产回收意味着从固态的、经过认证的废料开始——例如符合AMS或ASTM规范的涡轮叶片、车屑或固体原料。这种材料必须经过完全重熔和雾化，以制造出全新的粉末，而不仅仅是重新利用。对于满足航空航天应用的机械和化学要求而言，这种区分至关重要。

二、苛刻应用所需的精密控制

粉末冶金引入了锻件或铸件所不具备的独特敏感性。即使是化学或形态上的微小偏差，也可能引发孔隙、开裂或疲劳等失效模式。

将回收料有效转化为粉末需要一个多步骤且严格控制的过程：

原料鉴定：必须按合金种类对废料进行分类，进行机械和化学清洗，并分析微量元素和潜在污染物。此阶段的错误分类可能导致下游的化学成分漂移或夹杂物形成。

熔炼与精炼：在受控气氛下进行等离子熔炼，并采用冷床炉精炼，有助于去除致密夹杂物并尽量减少氧的吸入。冷床炉技术在沉淀析出工具磨损碎屑或残留夹杂物方面特别有效，否则这些杂质会带入最终产品。

雾化与后处理：气体雾化可产生高度球形的颗粒，随后进行筛分以达到所需的粒度分布（对于LPBF技术通常为15–45 µm）。每批粉末必须验证其流动性、密度、氧含量、夹杂物含量和化学成分。

这些控制对于维持航空航天级粉末质量至关重要，并确保回收材料的性能匹配或超过原始原料的性能。

三、性能与可持续性，并非取舍

来自商业和实验验证的数据表明，经过适当重熔和雾化的粉末，其拉伸强度、疲劳强度、蠕变性能和延伸率均能满足航空航天部件的需求。其性能与原始粉末相当——同时避免了开采、精炼和运输新材料所产生的隐含碳足迹。

事实上，根据俄勒冈州立大学进行的一项生命周期分析，与传统的粉末生产相比，使用回收原料生产金属粉末最多可减少99.7%的二氧化碳排放。这不仅仅是一个可持续性的说辞，更是一个在不影响性能的前提下满足ESG（环境、社会和治理）要求和范围3减排目标的实际杠杆。

四、展望未来

循环金属生态系统已证明了其飞行价值。下一个前沿是通过应用冶金严谨性、质量控制和可追溯性，在增材制造中释放其全部价值。随着航空航天领域持续创新和适应，源自回收材料的高性能粉末代表了一条通往更可持续、更具韧性且成本效益更高的生产之路。

以上文章来源于VoxelMatters