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在太阳能热发电领域,铝硅合金是一种较为理想的中高温相变储能材料。本文选择含硅量12.07%(质量分数)的铝硅合金作为相变储能材料,应用于太阳能热发电储能系统中,运用OM、DSC、SEM、EDAX等一系列分析方法对铝硅合金热循环稳定性能、高温氧化性能和容器材料的腐蚀特性进行了比较系统而全面的研究。
本文利用自制的热循环装置,对铝硅合金的热稳定性进行了研究。研究结果表明,共晶系铝硅合金在600℃左右是一种理想的金属相变储能材料。经过长达1600次熔化-凝固循环后,铝硅合金的熔化起始温度随热循环次数的增加而略有上升,相变起始温度从579℃升高到584℃;熔化潜热略有下降,潜热值从537J/g下降到500.6J/g,热性能基本保持稳定。铝硅合金在反复熔化-凝固热循环过程中的组织结构都只发生了轻微的变化,对储热性能的影响是非常有限的。在长期的热循环过程中有着优良和稳定的储热性能,可应用于高温太阳能热发电蓄热系统中。同时在太阳能热发电系统中,要求储能材料具有良好的高温抗氧化能力。本文对储能铝硅合金进行了600℃×1400h高温氧化性能试验,对其600℃空气条件下的氧化行为进行了研究。运用扫描电镜、能谱仪对试样表面进行观察分析,讨论铝硅合金的高温氧化性能,并对试样不同时间高温氧化腐蚀后测出的单位面积增重绘制出高温氧化动力学曲线,并对曲线进行动力学分析,由动力学曲线可以看出,铝硅合金具有良好的抗高温氧化性能。用SEM对试样进行表面形貌观察,随着氧化的进行,表面生成连续、完整、致密的Al2O3膜,且与基体合金的粘附性良好。随氧化时间的延长,试样表面会有裂纹,剥落现象也趋明显,但剥落后仍有新的Al2O3膜生成,保护基体。高温相变储能系统中,铝硅相交储能材料的相变潜热大,导热系数高,所储热能品位高,储热热系数大等特点,其作为储能介质具有其它材料难于比拟的优势。由于在相变过程中有液相的产生,具有一定的流动性,因此必须有容器盛装,且容器材料相对金属相变材料来说又必须是惰性的,容器材料必须密封,以防止泄露环境,造成对人员的伤害。本文选用了铝硅合金作为储能介质,以316不锈钢、碳化硅、石墨为容器材料,研究它们抗熔融铝硅合金液腐蚀的性能。研究表明:严格控制温度不高于620℃的情况下,并经过240次熔化-凝固循环腐蚀后,碳化硅在三种容器材料中的抗腐蚀性最好,具有良好的抗铝硅熔融液腐蚀的能力。316不锈钢次之,其表面会发生点蚀现象。