太陽能熱發(fā)電中Al基合金高溫儲熱材料制備與性能研究.pdf

1、金屬相變材料具有儲能密度大、熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性好、相變時過冷度和偏析小等優(yōu)點,在中高溫儲能技術(shù)應(yīng)用方面起著重要的作用。但目前在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域,成熟的可供選擇的Al基合金儲熱材料不多且系統(tǒng)研究其熱物性參數(shù)的相關(guān)人員相對較少。
　　 本文從制備儲熱材料的工藝出發(fā),利用自制的熔化-凝固實驗裝置進(jìn)行480℃～640℃溫度之間的熱循環(huán),借助差示掃描量熱儀(DSC)、光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡/能譜儀(SEM/EDS)、電導(dǎo)儀、熱膨脹儀對

2、Al基合金儲熱材料的熱穩(wěn)定性和顯微組織進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　 經(jīng)DSC測試分析:Al-Si二元合金儲熱材料的相變潛熱隨著合金中Si含量的增加而增加,Al-13％Si-5％Mg三元合金由于Mg加入對提高相變潛熱有負(fù)效應(yīng),同時也降低了起始熔化溫度。Al-13％Si、Al-17％Si、Al-21％Si合金的熔化潛熱隨熱循環(huán)次數(shù)的增加而略有下降,熔化起始溫度略有上升,經(jīng)過1200次熱循環(huán)后,相變潛熱相對循環(huán)前試樣分別下降了4.5％、4.

3、1％、3.2％；熔化起始溫度相對循環(huán)前試樣分別上升了0.47％、0.30％、0.21％。熱循環(huán)前后Al基合金儲熱材料具備良好熱穩(wěn)定性。
　　 通過OM、SEM/EDS檢測分析:針對亞、過共晶Al-Si合金分別采取鈉鹽和磷鹽變質(zhì)劑,制備的儲熱材料試樣在熱循環(huán)前晶粒組織細(xì)小且分布均勻,但熱循環(huán)后過共晶合金隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加,組織中晶粒長大變粗,共晶組織的數(shù)量增多且在一個方向相對循環(huán)前迅速長大,Al和Si在晶界存在不同程度的富集現(xiàn)象

4、,且a相基體存在疏孔和不同程度的氧化。隨著含Si量增加,合金中富硅粒子、初晶Si相數(shù)量增多、尺寸也變大。
　　 相同的熱循環(huán)次數(shù),三種過共晶Al-Si合金儲熱材料隨Si含量從13％到17％、21％的增加,導(dǎo)熱率呈下降趨勢,而且下降的幅度會隨Si含量增加而加大:熱循環(huán)前的試樣依次降低了6.0％和10.2％；熱循環(huán)400次的試樣依次降低了5.5％和10.1％；熱循環(huán)800次的試樣依次降低了5.8％和12.5％,熱循環(huán)1200次的試樣

5、依次降低了8.0％和15.0％；線膨脹系數(shù)隨Si含量的提高而降低,熱循環(huán)400次的試樣依次降低了7.7％和13.9％；熱循環(huán)800次的試樣依次降低了6.5％和13.0％,熱循環(huán)1200次的試樣依次降低了6.8％和13.3％。對于同一種材料,當(dāng)熱循環(huán)次數(shù)從0增加到400、800、1200次,導(dǎo)熱率均有不同程度的降低。Al-13％Si合金降低了3.2％、6.1％和12.1％；Al-17％Si合金降低了2.7％、5.9％和14.5％:Al-2

6、1％Si合金降低了3.2％、8.5％和17.3％:線膨脹系數(shù)隨循環(huán)次數(shù)的增加略有降低,Al-13％Si合金降低了0.9％、0.6％和1.6％；Al-17％Si合金降低了1.1％、1.1％和1.5％；Al-21％Si合金降低了0.9％、1.1％和1.5％。
　　 研究結(jié)果表明:Al-13％Si(近共晶區(qū)域Al-Si合金)具備最佳的綜合熱物性。對比高硅Al-Si合金,該儲熱材料熱循環(huán)前相變潛熱雖然有所偏低為512J/g,相變溫度范圍