【摘要】：針對目前鋁基合金相變儲熱材料中尚存在的熔化-凝固多次熱循環(huán)后儲熱性能減弱、部分合金高溫抗氧化性差等一系列制約其進一步應用和發(fā)展的問題,本文以研究相對成熟的Al-Si二元合金為基礎,進一步探索其熱物性變化規(guī)律(存在爭議),并在性能較優(yōu)的Al-Si合金基礎上添加一定量的Cu及混合稀土元素以實現進一步的合金化。結合DTA熱物性測試試驗、熱循環(huán)試驗、恒溫氧化及循環(huán)氧化試驗、金相組織觀察試驗、XRD物相分析和EDS分析試驗探索各元素對合金儲熱性能影響的規(guī)律及機理,優(yōu)化合金元素添加量,為鋁基合金相變儲熱材料成分優(yōu)化研究提供更多的試驗及理論依據。對于Al-Si二元合金,在本文試驗條件下,使用石墨模具澆注時,其單位質量熔化潛熱值的變化規(guī)律為:當合金成分為亞共晶/共晶合金時,其近似表達式為Y1=13.14x+372.05(4 ≤ x ≤ 12.6);當合金成分為過共晶合金時,其近似表達式為Y2 =-4.72x +599.01(12.6x《20),兩表達式預測精度均較高。共晶合金熔化潛熱值大于過/亞共晶合金,在被測Al-Si二元合金中,Al-12Si合金具有最高的儲熱量。造成本文及各文獻間關于Al-Si 二元合金相變潛熱變化趨勢得出相反結論的原因可能是:測量次數過少,數據隨機性較大;測量對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熱度等熔制歷史。對于Al-12Si-XCu(0《X《15)合金,隨著Cu質量分數的增大:無論是恒溫氧化還是循環(huán)氧化,在試驗期間內其高溫氧化增重均呈現出遞減的趨勢,恒溫氧化時氧化膜阻滯保護作用明顯,而循環(huán)氧化時,除Al-12Si-10Cu外,其它合金由于氧化膜的間斷性失效,其膜層保護性欠佳;循環(huán)前合金的單位質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致其規(guī)律性不佳;循環(huán)100次后合金的單位質量熔化潛熱呈現出不同的變化趨勢,Al-12Si和Al-12Si-5Cu出現下降,Al-12Si-10Cu和Al-12Si-15Cu則出現上升,但相變溫度區(qū)間基本呈減小趨勢,質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出遞增趨勢;Al-12Si-XCu合金的熱循環(huán)穩(wěn)定性均較好,但綜合來看,Al-12Si-10Cu合金表現最優(yōu)。合金組織結構的變化以及長期高溫循環(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。對于Al-12Si-XRE(0《X《0.5)合金,隨著RE元素質量分數的增大,由于整體熵增減小及熔點略有下降(△H = △S·Te),其單位質量熔化潛熱值呈現出遞減的趨勢,但DTA峰型幾乎不變。由于RE元素的選擇性優(yōu)先氧化,細化晶粒帶來的快速擴散通道數量增加和膜層塑韌性的提高以及其對基體/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出單調的變化趨勢)。在RE元素添加量為0.1wt%時,合金高溫抗氧化性最好,且對基體合金單位質量熔化潛熱值和熔化溫度區(qū)間的影響最小。
【學位授予單位】：中國石油大學(華東)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.21

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