铝基合金材料热循环DSC曲线分析

铝基合金材料热循环DSC曲线分析

在20世纪初有科学家提出用金属材料来储能的设想，但直到20世纪80年代以后，才有Kauffman,Birchnall和Mohley等人对金属相变储能材料进行了比较系统的研究.Kauffman在对比金属和盐类的热物理性能、成木因素后，认为当负载和空载时温度变化较大，空载时间短时，金属作为相变储能材料比盐类更有利。近来认为，Al-Si合金成份和结构的变化对材料的储热性能影响较小，在长期的热循环过程中有良好和稳定的储热性能。木文选择过共晶铝合金作为研究对象，并对其加入细化剂A1TiB的过共晶铝硅合金及其热循环进行研究，从而获得高硅合金中晶粒细化及热循环对其储热性能的影响。

采用纯铝（99.9%）、结晶硅（99.9%）,镁锭（99.8%）、精炼剂、覆盖剂、钠盐（变质剂）和磷盐（变质剂）分别配制成3个直径20 mm、长100mm的铝合金试棒，含硅量分别为5%,15%,20%。把试棒分别置于50 ml瓷柑锅后，放入SG-5-12型箱式电阻炉中加热至620℃，然后在炉中冷却至480 0C，如此反复熔化一凝固热循环。在热循环400,800,1200次时，分别在合金的中部取样，然后分析金相组织并通过DSC测量各试样的相变温度。

用24齿的手工锯条分别在热循环前后的储热合金心部取粉末状试样，并用丙酮洗净并吹干，然后在德国耐驰STA449C差热分析仪上对热循环前后的储热合金进行DSC分析，测试其熔点和熔化潜热的变化。DSC分析的参数为:加热速率10K/min，加热温度3000℃~7000℃，纯度99.999%氮气，流速20 mL/min。

热循环前的DSC分析

图1为送检试样:纯铝，Al-5%Si,AI-15%Si，A1-20%Si合金储热材料测得的DSC曲线图：

图1 Al—X%Si合金热循环后的DSC曲线

图1中的DSC分析曲线表明，Al-5% Si合金曲线存在2个吸热峰，结合Al-Si 相图分析，可推知前者吸热峰的相变初始温度为低熔点共晶组织的熔化温度，即580℃左右，后者为Al-Si合金的A1固溶体的熔化温度，在625℃~635℃之间。而其余两种都只有一个吸热峰，吸热峰占据的温度区间较狭窄，这体现了一致性熔化的特点，即熔化晶体与同成份的液相共存。

热循环后的DSC分析

对循环次数为400、800、1200时分别取样进行DSC测试，以测定合金的熔点和熔化潜热的变化，分析合金的热循环稳定性，所得A1-15%Si , A1-20%SiDSC 曲线图分别如图2、图3：

图2 Al—15%Si合金热循环后的DSC曲线

从图2,图3中可以看出，整个DSC曲线变化可以分为三个阶段:第一个阶段是是从加热温度到577℃左右，此温度范围内DSC曲线开始上升，上升的较缓慢;第二阶段是从577℃开始到吸热峰的峰值，此温度范围内DSC曲线上升的较快;第三阶段是从吸热峰的峰值到598℃左右，此温度范围内DSC曲线开始下降，

下降的较快，当升温到598℃时，DSC曲线又开始缓慢上升。

图4为A1-15%Si，AI-20%Si合金中Si含量与潜热关系图：Al-15%Si合金相变潜热相对循环前试样卜降的百分比为:0.6% , 2.2% , 4.5% ; A1-20%Si合金相变潜热相对循环前试样卜降的百分比为:0.6% ,1.8% , 3.2%熔化起始温度有所上升，A1-15%Si合金熔化起始温度相对循环前试样分别上升了0.16% , 0.37% , 0.47% ; A1-20%Si合金熔化起始温度相对循环前试样分别上升了0.11% ,0.17% ,0.21 %。在所有样品中，A1-20%Si合金的相变潜热最高，且Al-Si 合金中相变潜热与Si含量成正比关系。这是因为铝硅共晶组织、初晶Si固一液相变时的相变潜热高。当共晶组织、初晶Si含量减少时，对应的潜热也会随之降低。

实验总结

试验数据表明:在这些样品中，A1-20%Si合金的相变潜热最高，且Al-Si合

金中相变潜热与Si含量成正比关系。这是因为铝硅共晶组织、初晶Si固一液相变时的相变潜热高。当共晶组织、初晶Si含量减少时，对应的潜热也会随之降低。潜热值随着热循环次数的增加而卜降，但在目前热循环的1200次的基础上潜热值变化不大。