鋁基合金材料熱循環(huán)DSC曲線分析

1、鋁基合金材料熱循環(huán)DSC曲線分析在20世紀(jì)初有科學(xué)家提出用金屬材料來(lái)儲(chǔ)能的設(shè)想，但直到20世紀(jì)80年 代以后，才有Kauffman,Birchnall和Mohley等人對(duì)金屬相變儲(chǔ)能材料進(jìn)行了比 較系統(tǒng)的研究.Kauffman在對(duì)比金屬和鹽類(lèi)的熱物理性能、成木因素后，認(rèn)為當(dāng) 負(fù)載和空載時(shí)溫度變化較大，空載時(shí)間短時(shí)，金屬作為相變儲(chǔ)能材料比鹽類(lèi)更有 利。近來(lái)認(rèn)為，Al-Si合金成份和結(jié)構(gòu)的變化對(duì)材料的儲(chǔ)熱性能影響較小，在長(zhǎng) 期的熱循環(huán)過(guò)程中有良好和穩(wěn)定的儲(chǔ)熱性能。木文選擇過(guò)共晶鋁合金作為研究對(duì) 象，并對(duì)其加入細(xì)化劑A1TiB的過(guò)共晶鋁硅合金及其熱循環(huán)進(jìn)行研究，從而獲 得高硅合金中晶粒細(xì)化及熱循環(huán)對(duì)

2、其儲(chǔ)熱性能的影響。采用純鋁（99.9%）、結(jié)晶硅（99.9%）,鎂錠（99.8%）、精煉劑、覆蓋劑、鈉 鹽（變質(zhì)劑）和磷鹽（變質(zhì)劑）分別配制成3個(gè)直徑20 mm、長(zhǎng)100mm的鋁合 金試棒，含硅量分別為5%,15%,20%。把試棒分別置于50 ml瓷柑鍋后，放入 SG-5-12型箱式電阻爐中加熱至620C，然后在爐中冷卻至480 0C，如此反復(fù)熔 化一凝固熱循環(huán)。在熱循環(huán)400,800,1200次時(shí)，分別在合金的中部取樣，然后分 析金相組織并通過(guò)DSC測(cè)量各試樣的相變溫度。用24齒的手工鋸條分別在熱循環(huán)前后的儲(chǔ)熱合金心部取粉末狀試樣，并用 丙酮洗凈并吹干，然后在德國(guó)耐馳STA449C差熱分析儀

3、上對(duì)熱循環(huán)前后的儲(chǔ)熱 合金進(jìn)行DSC分析，測(cè)試其熔點(diǎn)和熔化潛熱的變化。DSC分析的參數(shù)為:加熱速 率10K/min，加熱溫度3000C7000C，純度99.999%氮?dú)猓魉?0 mL/min。熱循環(huán)前的DSC分析圖1為送檢試樣:純鋁，Al-5%Si,AI-15%Si，A1-20%Si合金儲(chǔ)熱材料測(cè)得的 DSC曲線圖：溫度(V)a)AI-5%Sib) AI-15%Si#簽400終止點(diǎn)=590 C3-峰值：589. 7C. 5. 8W/g埒化起始點(diǎn)1 57L 8X：渤600溫度CC)c) AI-20%Si7W500fift；溫度9c）熱循環(huán)1200次圖1 AlX%Si合金熱循環(huán)后的DSC曲線40

4、0圖1中的DSC分析曲線表明，Al-5% Si合金曲線存在2個(gè)吸熱峰，結(jié)合Al-Si相圖分析，可推知前者吸熱峰的相變初始溫度為低熔點(diǎn)共晶組織的熔化溫度，即580C左右，后者為Al-Si合金的A1固溶體的熔化溫度，在625C635C之間。而其余兩種都只有一個(gè)吸熱峰，吸熱峰占據(jù)的溫度區(qū)間較狹窄，這體現(xiàn)了一致性 熔化的特點(diǎn)，即熔化晶體與同成份的液相共存。熱循環(huán)后的DSC分析對(duì)循環(huán)次數(shù)為400、800、1200時(shí)分別取樣進(jìn)行DSC測(cè)試，以測(cè)定合金的熔 點(diǎn)和熔化潛熱的變化，分析合金的熱循環(huán)穩(wěn)定性，所得A1-15%Si , A1-20%SiDSC曲線圖分別如圖2、圖3：a）熱循環(huán)400次b）熱循環(huán)800次

5、圖2 Al15%Si合金熱循環(huán)后的DSC曲線從圖2,圖3中可以看出，整個(gè)DSC曲線變化可以分為三個(gè)階段:第一個(gè)階段 是是從加熱溫度到577C左右，此溫度范圍內(nèi)DSC曲線開(kāi)始上升，上升的較緩 慢;第二階段是從577C開(kāi)始到吸熱峰的峰值，此溫度范圍內(nèi)DSC曲線上升的較 快;第三階段是從吸熱峰的峰值到598C左右，此溫度范圍內(nèi)DSC曲線開(kāi)始下降，下降的較快，當(dāng)升溫到598C時(shí)，DSC曲線又開(kāi)始緩慢上升。谿短炳M i f L-肥ffiffi飾c）熱循環(huán)1200次圖4 Si含量與潛熱關(guān)系圖3 AI-20%Si合金熱循環(huán)后的DSC曲線圖4為A1-15%Si, AI-20%Si合金中Si含量與潛熱關(guān)系圖：A

6、l-15%Si合金 相變潛熱相對(duì)循環(huán)前試樣卜降的百分比為:0.6% , 2.2% , 4.5% ; A1-20%Si合金相 變潛熱相對(duì)循環(huán)前試樣卜降的百分比為:0.6% ,1.8% , 3.2%熔化起始溫度有所上 升，A1-15%Si合金熔化起始溫度相對(duì)循環(huán)前試樣分別上升了 0.16% , 0.37% , 0.47% ; A1-20%Si合金熔化起始溫度相對(duì)循環(huán)前試樣分別上升了 0.11% ,0.17% ,0.21 %。在所有樣品中，A1-20%Si合金的相變潛熱最高，且Al-Si 合金中相變潛熱與Si含量成正比關(guān)系。這是因?yàn)殇X硅共晶組織、初晶Si固一液 相變時(shí)的相變潛熱高。當(dāng)共晶組織、初晶Si含量減少時(shí)，對(duì)應(yīng)的潛熱也會(huì)隨之 降低。實(shí)驗(yàn)總結(jié)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:在這些樣品中，A1-20%Si合金的相變潛熱最高，且Al-Si合 金中相變潛熱與Si含量成正比關(guān)系。這是