發(fā)布時(shí)間：2019-09-27 15:47

【摘要】：針對(duì)目前鋁基合金相變儲(chǔ)熱材料中尚存在的熔化-凝固多次熱循環(huán)后儲(chǔ)熱性能減弱、部分合金高溫抗氧化性差等一系列制約其進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展的問(wèn)題,本文以研究相對(duì)成熟的Al-Si二元合金為基礎(chǔ),進(jìn)一步探索其熱物性變化規(guī)律(存在爭(zhēng)議),并在性能較優(yōu)的Al-Si合金基礎(chǔ)上添加一定量的Cu及混合稀土元素以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的合金化。結(jié)合DTA熱物性測(cè)試試驗(yàn)、熱循環(huán)試驗(yàn)、恒溫氧化及循環(huán)氧化試驗(yàn)、金相組織觀察試驗(yàn)、XRD物相分析和EDS分析試驗(yàn)探索各元素對(duì)合金儲(chǔ)熱性能影響的規(guī)律及機(jī)理,優(yōu)化合金元素添加量,為鋁基合金相變儲(chǔ)熱材料成分優(yōu)化研究提供更多的試驗(yàn)及理論依據(jù)。對(duì)于Al-Si二元合金,在本文試驗(yàn)條件下,使用石墨模具澆注時(shí),其單位質(zhì)量熔化潛熱值的變化規(guī)律為:當(dāng)合金成分為亞共晶/共晶合金時(shí),其近似表達(dá)式為Y1=13.14x+372.05(4 ≤ x ≤ 12.6);當(dāng)合金成分為過(guò)共晶合金時(shí),其近似表達(dá)式為Y2 =-4.72x +599.01(12.6x《20),兩表達(dá)式預(yù)測(cè)精度均較高。共晶合金熔化潛熱值大于過(guò)/亞共晶合金,在被測(cè)Al-Si二元合金中,Al-12Si合金具有最高的儲(chǔ)熱量。造成本文及各文獻(xiàn)間關(guān)于Al-Si 二元合金相變潛熱變化趨勢(shì)得出相反結(jié)論的原因可能是:測(cè)量次數(shù)過(guò)少,數(shù)據(jù)隨機(jī)性較大;測(cè)量對(duì)象分別為熔化潛熱和凝固潛熱,二者變化規(guī)律不同;合金中存在不同的過(guò)熱度等熔制歷史。對(duì)于Al-12Si-XCu(0《X《15)合金,隨著Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大:無(wú)論是恒溫氧化還是循環(huán)氧化,在試驗(yàn)期間內(nèi)其高溫氧化增重均呈現(xiàn)出遞減的趨勢(shì),恒溫氧化時(shí)氧化膜阻滯保護(hù)作用明顯,而循環(huán)氧化時(shí),除Al-12Si-10Cu外,其它合金由于氧化膜的間斷性失效,其膜層保護(hù)性欠佳;循環(huán)前合金的單位質(zhì)量熔化潛熱值逐漸降低,相變溫度區(qū)間逐漸增加(主體相變峰溫度區(qū)間逐漸減小),質(zhì)量密度線性遞增,單位體積熔化潛熱由于受到雙重因素影響而導(dǎo)致其規(guī)律性不佳;循環(huán)100次后合金的單位質(zhì)量熔化潛熱呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì),Al-12Si和Al-12Si-5Cu出現(xiàn)下降,Al-12Si-10Cu和Al-12Si-15Cu則出現(xiàn)上升,但相變溫度區(qū)間基本呈減小趨勢(shì),質(zhì)量密度稍有降低但其線性規(guī)律不變,單位體積熔化潛熱值呈現(xiàn)出遞增趨勢(shì);Al-12Si-XCu合金的熱循環(huán)穩(wěn)定性均較好,但綜合來(lái)看,Al-12Si-10Cu合金表現(xiàn)最優(yōu)。合金組織結(jié)構(gòu)的變化以及長(zhǎng)期高溫循環(huán)狀態(tài)下的氧化造成的成分漸變是造成熱循環(huán)前后各Al-12Si-XCu合金熔化潛熱及相變溫度發(fā)生不同程度變化的主要原因。對(duì)于Al-12Si-XRE(0《X《0.5)合金,隨著RE元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,由于整體熵增減小及熔點(diǎn)略有下降(△H = △S·Te),其單位質(zhì)量熔化潛熱值呈現(xiàn)出遞減的趨勢(shì),但DTA峰型幾乎不變。由于RE元素的選擇性優(yōu)先氧化,細(xì)化晶粒帶來(lái)的快速擴(kuò)散通道數(shù)量增加和膜層塑韌性的提高以及其對(duì)基體/膜層界面處空位缺陷生成的抑制作用,適量RE元素的添加能提高Al-12Si合金的高溫抗氧化性(但隨著RE元素含量的變化其并不呈現(xiàn)出單調(diào)的變化趨勢(shì))。在RE元素添加量為0.1wt%時(shí),合金高溫抗氧化性最好,且對(duì)基體合金單位質(zhì)量熔化潛熱值和熔化溫度區(qū)間的影響最小。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.21

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