Mg-Cu-Zn-Al-Si多元合金相變材料儲(chǔ)熱性能的研究.pdf

1、步入21世紀(jì)后，環(huán)境問題在全球范圍內(nèi)逐漸凸顯出來，經(jīng)濟(jì)全球化在給中國帶來機(jī)遇的同時(shí)，也帶來不可忽視的環(huán)境問題。近兩年，全國范圍內(nèi)出現(xiàn)了“霧霾”等嚴(yán)重的環(huán)境問題，更將生態(tài)平衡和環(huán)境污染推向了風(fēng)口浪尖。太陽能作為綠色能源，具有取之不盡用之不竭的特點(diǎn)，若能大力開發(fā)使用，將有效的遏制環(huán)境污染。儲(chǔ)熱材料是太陽能熱發(fā)電的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，金屬相變儲(chǔ)熱材料具有使用溫度高、儲(chǔ)熱量大等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文在Al基金屬儲(chǔ)熱材料的研究基礎(chǔ)之上，制備出4種Mg-Cu

2、-Zn三元合金，并在Mg-25Cu-15Zn共晶合金的基礎(chǔ)之上，添加Al、Si元素，得到Mg-Cu-Zn-Al-Si五元合金。使用金相顯微鏡和XRD衍射分析儀對(duì)材料的顯微組織進(jìn)行分析，利用差示掃描量熱儀測(cè)試材料的相變溫度和相變潛熱，通過奈曼-柯普定律(Neumann-kopp)測(cè)得合金的比熱容，利用阿基米德排水法測(cè)定材料的密度，并綜合分析合金的儲(chǔ)熱能力。結(jié)果表明，潛熱儲(chǔ)熱也是材料儲(chǔ)熱性能不可小覷的一部分，三元合金中Mg-25Cu-15Z

3、n共晶合金具有最高的相變潛熱和最大的單位體積總儲(chǔ)熱量，依次為238.6J/g、1033.0J/cm3。在本實(shí)驗(yàn)Al、Si元素的添加范圍內(nèi)，五元合金的相變潛熱和單位體積總儲(chǔ)熱量均隨著Al、Si元素添加量的增加而增大，其中Mg-17.9Cu-10.8Zn-21.3Al-7.1Si具有最高的相變潛熱和單位體積總儲(chǔ)熱量，為265.9J/g和1358.7J/cm3。
　　采用靜態(tài)腐蝕實(shí)驗(yàn)法研究了20鋼、A3鋼、18Cr9Ni不銹鋼和0Cr2

4、5Ni20不銹鋼在500℃液態(tài)Mg-17.9Cu-10.8Zn-21.3Al-7.1Si儲(chǔ)熱合金試樣中的腐蝕情況。使用光學(xué)顯微鏡和XRD衍射分析儀對(duì)浸蝕層顯微組織進(jìn)行分析；利用掃描電子探針對(duì)浸蝕試樣進(jìn)行測(cè)試，分析合金與容器的相容性；通過光學(xué)分度儀對(duì)浸蝕層的厚度進(jìn)行了測(cè)量。研究結(jié)果表明，碳鋼的腐蝕層為松散鋸齒狀，而不銹鋼的腐蝕層則為致密平整帶狀。浸蝕層均主要由Fe相和Mg相組成，浸蝕試樣的厚度雖略有減小，但不銹鋼相比碳鋼的浸蝕層厚度略小一

5、些。
　　浸蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，液態(tài)Mg-17.9Cu-10.8Zn-21.3Al-7.1Si合金試樣對(duì)浸蝕試樣的腐蝕過程主要是：首先Mg、Al等原子在高溫狀態(tài)下與浸蝕試樣接觸腐蝕，其后產(chǎn)生連續(xù)的腐蝕層，Mg原子由高濃度處向低濃度的浸蝕試樣中擴(kuò)散產(chǎn)生進(jìn)一步腐蝕。此外，不銹鋼中的合金元素在晶界處產(chǎn)生偏聚現(xiàn)象，形成一定的保護(hù)層，阻礙Mg原子的擴(kuò)散，而這種阻礙機(jī)制較C原子阻礙強(qiáng)，使得浸蝕層的形成速度變緩，使得不銹鋼的防腐蝕能力強(qiáng)于碳鋼。