Beim Recycling schwankt die chemische Zusammensetzung von Metallschrott, und unerwünschte Bestandteile können die mechanischen Eigenschaften verschlechtern. Üblicherweise werden Verunreinigungen durch die Zugabe von neu gewonnenem Metall verdünnt. Ein internationales Forschungsteam verfolgt stattdessen einen anderen Ansatz: Es behandelt solche Bestandteile als mögliche Legierungselemente. Die Ergebnisse wurden in Science Advances veröffentlicht.
Das Machine-Learning-Verfahren verknüpft die Zusammensetzung einer Legierung und ihre Verarbeitungsbedingungen mit den gewünschten Eigenschaften. Ein Suchalgorithmus erzeugt aus bestehenden Legierungsentwürfen neue Varianten, indem er etwa Zusammensetzung, Temperatur und Verarbeitungsdauer innerhalb festgelegter Bereiche verändert. Neuronale Netze schätzen für die Kandidaten Zugfestigkeit und Bruchdehnung ab. Ein weiteres Modell prüft eine Vorauswahl anhand eines größeren Datensatzes. Ausgewählte Entwürfe werden hergestellt und getestet; die Messwerte fließen anschließend wieder in die Datenbank ein und helfen, die nächsten Vorschläge zu verbessern.
Als Testmaterial diente duktiles Gusseisen, das laut Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien industriell relevant und gegenüber Verunreinigungen tolerant ist. Weltweit werden davon jährlich 120 Millionen Tonnen produziert. Das Team prüfte 17 vom Verfahren vorgeschlagene Entwürfe. 14 davon erzielten im Vergleich zum vorhandenen Datensatz für recyceltes Eisen die besten Kombinationen aus Festigkeit und Verformbarkeit. Bei ähnlicher Bruchdehnung lag die Zugfestigkeit um bis zu 15,2 Prozent höher. Bei ähnlicher Zugfestigkeit stieg die Bruchdehnung um bis zu 73,2 Prozent.
Die Herstellungskosten lagen außerdem 8,1 Prozent unter denen der herkömmlichen Route, bei der Schrott mit neu gewonnenem Eisen gemischt wird. Die Angaben beziehen sich auf die untersuchten Legierungen und den genannten Vergleich. Das Institut beschreibt das Verfahren als Möglichkeit, Legierungen aus Metallschrott zu entwickeln, ohne dessen wechselnde Zusammensetzung grundsätzlich auszugleichen.