Al-12.7%Si与容器相容性及防护硅溶胶涂层的研究

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随着社会的发展,人民生活质量日益提高,人们对能源的需求也日益增加。在经济快速发展的过程中,储热技术能够解决能量在供求上存在时间和空间不匹配的问题,提高能源的利用率,Al-Si二元共晶合金作为相变材料具有导热系数高、储能密度大、热稳定性好、相变时过冷度小和相偏析小等优点而广泛应用于中高温储能技术。但在使用过程中,熔融的 Al-Si二元共晶合金液对金属容器及换热管腐蚀,最终影响了整个系统的使用寿命,从而严重阻碍了金属相变储能的应用。  本文选用 Al-12.7%Si的铝硅合金作为相变储能材料。以310S不锈钢、304不锈钢、42CrMo耐热钢为容器材料,研究三种材料在377~660℃高温反复循环条件下的抗熔融铝硅合金液腐蚀的特性和抗高温氧化特性。利用扫描电镜、X射线衍射能、谱仪等分析手段,对腐蚀1080h后的样品表面及截面的形貌、成分、组织与结构等进行了分析研究。研究结果表明:1)高温氧化实验中,310S、304和42CrMo三种基体腐蚀1080h时的腐蚀速率分别为2.473×10-3 mg/(cm2.h)、2.71×10-3 mg/(cm2.h)和2.45×10-2mg/(cm2·h),310S不锈钢的抗高温氧化性能最好,304次之,42CrMo最差;2)铝硅腐蚀实验中,3种材料的腐蚀速率随着腐蚀时间的延长,先增加后逐渐降低并趋于稳定,遵循抛物线规律。即:扩散腐蚀层厚度随时间的延长逐渐趋于稳定;3)在经过1080小时的熔化-凝固循环腐蚀后,310S在三种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,304不锈钢次之,42CrMo耐热钢抗铝硅腐蚀能力最差;4)42CrMo耐热钢不适合作为盛装熔融铝硅合金液容器材料。  为了进一步减缓铝硅液对容器基体的腐蚀,采用涂层涂覆工艺制备铝硅涂层,研究探讨了硅溶胶与刚玉粉的配比和涂层的烧结温度,在310S、304不锈钢种基体上分别涂敷了4种涂料;研究探讨了高温涂料防止容器材料受熔融铝硅介质腐蚀的特性。实验结果表明:1)选用烧结温度为600℃、660℃、700℃时,烧结温度高低对涂层的性能影响不大。2)在金属基体材料表面涂敷涂层之后,试样耐熔融铝硅合金液腐蚀性能优异。3)通过对比腐蚀前后试样的腐蚀形貌、腐蚀速率、腐蚀厚度,观察发现涂敷涂料后的试样腐蚀程度降低、腐蚀速率降低、腐蚀层厚度降低。说明制备的涂层可以有效的保护基体不被腐蚀。4)在本试验中研究的基体材料和涂料配方,通过对比截面腐蚀层厚度及各时间段腐蚀速率得出:刚玉粉与硅溶胶质量比为1.4:1.0涂覆在310S不锈钢表面上的涂层耐铝硅腐蚀能力最好。  因此,选用烧结温度为600℃,涂层配方刚玉粉与硅溶胶质量比为1.4:1.0,310S不锈钢作为容器和热交换管的材料,可以有效地抵抗熔融铝硅合金的腐蚀,提高设备的使用寿命。
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