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随着太阳能热发电系统的发展,传热材料与储热材料作为其重要组成部分,越来越受到众多专家学者的关注。目前,对于传热材料的研究,主要还是针对无机混合熔盐,但其过冷度大、容易发生相分离、和腐蚀性强等缺点一直得不到很好的解决,并且其热导率低、工作过程中易挥发,严重的制约了其工作效率。低熔点金属及其合金材料因其相变温度低、储热密度大、热循环稳定性好、相变时过冷度小、热导率是无机和有机材料的几十倍等优点而开始被人们所关注,研究以低熔点金属及其合金作为太阳能热发电系统中的传热材料。基于课题组前期将金属合金作为相变储热材料研究的基础上,本文采用低熔点合金作为研究对象,将其作为传热介质来研究,对其性能进行综合评价。
通过差式扫描量热分析(DSC),X射线衍射分析(XRD),以及激光热常数测试仪等测试方法对制备的Bi-Pb-Sn、Bi-Cd-Sn、Sn-Pb-Cd、Bi-Cd-Pb三元共晶合金组织结构和热物性能进行研究,结果表明Bi-Pb-Sn共晶合金的相变温度较低,增大了其使用温度范围,热导率及比热容高于其它三种共晶合金,具有最优的传热性能。
在Bi-Pb-Sn共晶合金中加入不同含量的Cd、Zn元素,研究分析所形成的四元合金微观组织结构和热物性变化。研究结果表明Cd的加入没有改变共晶合金原有的组织结构,在基体上有黑色针状的Cd相析出。Cd含量的增加降低了共晶合金的固相线和液相线,合金的相变潜热和热导率有所升高。Zn含量的增加对合金的固相线和液相线影响较小,合金的相变潜热得到了较大的提高,热导率变化很小。
通过600次升温/降温热循环实验研究Bi-Pb-Sn-Cd四元合金的热循环稳定性,研究结果表明随着热循环次数的增加,合金组织开始变得粗大,晶界明显,并且伴有枝晶的生成,但合金的物相并未发生改变。相变温度在热循环过程中始终没有太大的变化,相变潜热呈下降趋势,热导率在循环过程中呈非线性关系,比热容在经历热循环后有所下降。