Al-Cu-Mg-Zn共晶合金的儲熱性能及對陶瓷內(nèi)襯鋼管的腐蝕性研究.pdf

1、鋁基合金相變儲熱材料熱導(dǎo)率高、儲能密度大、熱循環(huán)穩(wěn)定性好，在太陽能熱發(fā)電高溫儲熱中具有較好的應(yīng)用前景。雖然國內(nèi)外對許多鋁基合金的熱物性能進行了研究，但研究內(nèi)容往往集中于對相變溫度和相變潛熱的測量或計算，除Al-Si和Al-Mg-Zn共晶合金外，目前對其它鋁基合金，特別是多元鋁基合金的熱物性能參數(shù)的了解還很不全面。另外，鋁基合金相變儲熱材料由于液態(tài)腐蝕性強而難以找到合適容器材料的問題還尚未得到很好的解決。這些都妨礙了鋁基合金相變儲熱材料在

2、太陽能熱發(fā)電高溫儲熱中的實際應(yīng)用。
　　 本文從鋁基合金相變儲熱材料在太陽能熱發(fā)電高溫儲熱系統(tǒng)中的實際應(yīng)用情況出發(fā)，制備了Al-Cu-Mg-Zn共晶合金，并對其密度、比熱容、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、相變溫度及相變潛熱等熱物性能進行了系統(tǒng)的測試；通過熱循環(huán)實驗，研究了Al-Cu-Mg-Zn共晶合金的熱循環(huán)穩(wěn)定性，分析了相變溫度和相變潛熱隨熱循環(huán)次數(shù)變化的原因；最后通過全浸蝕腐蝕實驗，研究了陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管在Al-Cu-Mg-Zn共晶合

3、金液中的耐蝕性能，繪制了腐蝕動力學(xué)曲線，并探討了腐蝕機理。
　　 Al-Cu-Mg-Zn共晶合金的密度為3.1258g/cm3，比熱容隨溫度的升高而緩慢增加，在室溫至450℃的溫度范圍內(nèi)基本服從奈曼-柯譜(Neumann-kopp)定律。在鋁、銅、鎂、鋅4種金屬元素中，銅對Al-Cu-Mg-Zn共晶合金密度的貢獻最大，而鋁對其比熱容的影響最大。
　　 在忽略密度隨溫度的變化情況下，Al-Cu-Mg-Zn共晶合金在100℃

4、、200℃、300℃和400℃的熱導(dǎo)率分別為36.52W/(m·K)、41.55W/(m·K)、46.14W/(m·K)和50.18W/(m·K)，隨溫度的升高呈現(xiàn)增大的趨勢。盡管與純鋁相比，Al-Cu-Mg-Zn共晶合金的熱導(dǎo)率要低很多，但相比于其它有機類和無機類儲熱材料，Al-Cu-Mg-Zn共晶合金的熱導(dǎo)率仍然具有明顯的優(yōu)勢。
　　 在室溫至450℃溫度范圍內(nèi)，Al-Cu-Mg-Zn共晶合金試樣的相對伸長量隨溫度的增加幾乎

5、成線性增長，在450℃時達到1.012％，而平均線膨脹系數(shù)在121℃時達到最大值2.430×10-5℃-1，之后緩慢減小，在334℃時達到最小值2.325×10-5℃-1，之后又緩慢增大。
　　 在經(jīng)歷300次熱循環(huán)后，Al-Cu-Mg-Zn共晶合金的主要組織仍然為α-Al固溶體，S相(Al2CuMg)和T相(Mg32(AlZn)49)，組織上表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。但隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加，晶粒變得粗大，枝晶及共晶組織變得明顯，同時

6、在枝晶間和晶界上形成了分散性的顯微疏松。隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加，Al-Cu-Mg-Zn共晶合金的相變溫度呈現(xiàn)緩慢升高的趨勢而相變潛熱呈現(xiàn)下降的趨勢。300次熱循環(huán)后Al-Cu-Mg-Zn共晶合金相變溫度的增幅為1.16％，而相變潛熱下降2.15％。從熱循環(huán)后微觀組織的變化情況及熱物性能變化幅度上看，Al-Cu-Mg-Zn共晶合金的熱循環(huán)穩(wěn)定性良好，可以作為太陽能熱發(fā)電高溫儲熱材料使用。
　　 陶瓷內(nèi)襯層中的α-Al2O3具有良好的