专利名称：一种高温抗氧化储热铝合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金，更具体地说，本发明涉及一种高温抗氧化储热铝合金。
背景技术：
太阳能热发电是大规模开发利用太阳能，缓解能源危机的重要途径。为保证太阳能电站的全天候连续稳定运行，提高发电效率，降低发电成本，太阳能热发电系统一般都要采用储热技术。目前可应用于太阳能热发电中的储热材料有很多种。储热铝合金与熔融盐等相比具有导热系数高、相变体积变化小、储热密度较大、无毒、价格适中等优点。但在高温服役条件下，部分储热铝合金高温抗氧化性差等缺点限制了其进一步发展和应用。为了改善储热铝合金的抗氧化性，合金化是重要的方法之一。孙建强在共晶铝镁锌储热铝合金中添加了质量分数为0.01% 0.1%的铍元素，试验表明含铍合金的氧化增重明显低于相同条件下的无铍合金的氧化增重(孙建强.金属相变储热基础与Al-Mg-Zn共晶合金储热性能的研究[D].广州:广州工业大学，2006:73-92.)，但铍元素及其氧化物具有生物毒性，对环境及操作人员的身体健康具有潜在的威胁，因此其应用受到限制。稀土元素应用到金属中可净化合金液、细化晶粒、改善合金组织、去除晶界间杂质影响和缺陷等。饶劲松研究发现，微量混合稀土元素能有效提高ZM5镁合金的高温抗氧化性能以及熔体状态下的起燃温度(饶劲松.混合稀土阻燃镁合金氧化行为的研究[D].重庆:重庆大学，2010:73-77.)。本发明通过向储热铝合金中加入微量混合稀土元素，并在一定条件下熔制、浇铸，最终获得的储热铝合金高温抗氧化性优良。其工艺及操作过程简单，原料丰富易得，实用性强，适合工业化生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有储热铝合金高温氧化严重的问题，提供一种高温抗氧化储热招合金。为解决上述技术问题，本发明所述的高温抗氧化储热铝合金化学组分与按重量百分比的含量为:Si:10.0 14.0%, Mg:1.0 4.0%, Cu:10.0 20.0%, RE:0 0.5%，余量为Al。本发明所述的高温抗氧化储热铝合金是采用SG2-5_12坩埚炉熔炼的。所用原材料主要有Al-20%Si合金、Al-50%Cu中间合金、A1_10%RE中间合金、工业纯铝及纯镁。熔炼时，先加入Al-20%Si合金，纯Al及Al-50%Cu合金，升温至750°C，待熔化完全后，降温至690°C，稍微搅拌，用压勺压入纯Mg。待Mg熔化后，升温至750°C，静置5min，搅拌均匀。然后，加入工业用A1-10%RE中间合金，均匀搅拌后，在720°C保温lOmin。再次搅拌合金液，使用金属型烧铸成Φ 30mm、长IOOmm的圆柱棒状试样。获得高温抗氧化储热招合金。 采用SII DTA6300差热分析仪测定所得各合金的相变潜热和相变温度值。在650°C下对所得各合金进行恒温氧化试验，测定氧化增重。采用SG2-5-12坩埚炉进行热循环试验，热循环温度区间为455-610°C，热循环次数为150次。与现有技术相比，本发明的有益效果是:1.本发明所述的高温抗氧化储热铝合金，成分设计合理，综合性能良好；2.添加混合稀土元素后，本发明所述的高温抗氧化储热铝合金经650°C准恒温氧化试验，在氧化时间为250h以前，氧化动力学曲线符合抛物线规律，氧化膜具有较好的保护作用；3.经150次热循环后，本发明所述的添加混合稀土元素的高温抗氧化储热铝合金的相变潜热最大仅下降了 3.53%，起始相变温度仅下降了 0.1°C，终止相变温度仅上升了3.1°C，表现出较好的热稳定性能； 4.本发明所述的高温抗氧化储热铝合金熔炼过程简单，原材料丰富易得，对设备和试验条件要求低，适合工业化生产。本发明通过向储热铝合金中加入微量混合稀土元素来提高储热铝合金高温抗氧化性能，在高温储热领域具有广阔的应用前景。特别是对发展太阳能热发电技术、大规模开发利用太阳能、缓解能源危机均具有较大促进作用。
图1是未加混合稀土元素的储热铝合金凝固组织。图2是加微量混合稀土元素的储热铝合金凝固组织。图3是加微量混合稀土元素的储热铝合金在650°C下的氧化增重曲线。图4是加微量混合稀土元素的储热铝合金经150次热循环后的凝固组织。
具体实施例下面结合附图对本发明作详细说明:本发明的目的是克服现有储热铝合金高温氧化严重的问题，提供一种高温抗氧化储热铝合金。为达到上述目的，本发明所述的高温抗氧化储热铝合金化学组分与按重量百分比的含量为:S1:10.0 14.0%，Mg:1.0 4.0%,Cu:10.0 20.0%,RE:0 0.5%，余量为 Al。本发明所述的高温抗氧化储热铝合金是采用SG2-5_12坩埚炉熔炼的。所用原材料主要有Al-20%Si合金、Al-50%Cu中间合金、A1_10%RE中间合金、工业纯铝及纯镁。熔炼时，先加入Al-20%Si合金，纯Al及Al-50%Cu合金，升温至750°C，待熔化完全后，降温至690°C，稍微搅拌，用压勺压入纯Mg。待Mg熔化后，升温至750°C，静置5min，搅拌均匀。然后，加入工业用A1-10%RE中间合金，均匀搅拌后，在720°C保温lOmin。再次搅拌合金液，使用金属型烧铸成Φ 30mm,长IOOmm的圆柱棒状试样。获得高温抗氧化储热招合金。采用SII DTA6300差热分析仪测定所得各合金的相变潜热和相变温度值。在650°C下对所得各合金进行恒温氧化试验，测定氧化增重。采用SG2-5-12坩埚炉进行热循环试验，热循环温度区间为455-610°C，热循环次数为150次。与现有技术相比，本发明的有益效果是:1.本发明所述的高温抗氧化储热铝合金，成分设计合理，综合性能良好；2.添加混合稀土元素后，本发明所述的高温抗氧化储热铝合金经650°C准恒温氧化试验，在氧化时间为250h以前，氧化动力学曲线符合抛物线规律，氧化膜具有较好的保护作用；3.经150次热循环后，本发明所述的添加混合稀土元素的高温抗氧化储热铝合金的相变潜热最大仅下降了 3.53%，起始相变温度仅下降了 0.1°C，终止相变温度仅上升了
3.1°C，表现出较好的热稳定性能；4.本发明所述的高温抗氧化储热铝合金熔炼过程简单，原材料丰富易得，对设备和试验条件要求低，适合工业化生产。实施例1本发明所述的高温抗氧化储热铝合金化学组分与按重量百分比的含量为:Si:12.0%，Mg:2.0%，Cu:15.0%，余量为Al。采用SG2_5_12坩埚炉熔炼。所用原材料主要有Al-20%Si合金、Al-50%Cu中间合金、工业纯铝及纯镁。熔炼时，先加入Al_20%Si合金，纯Al及Al-50%Cu合金，升温至750°C，待熔化完全后，降温至690°C，稍微搅拌，用压勺压入纯Mg。在720°C保温lOmin。再次搅拌合金液,使用金属型烧铸成Φ 30mm、长IOOmm的圆柱棒状试样。其凝固组织见图1。其相变潜热值为509.4μ V s/mg，相变温度区间为507.1-556.5°C。
实施例2本发明所述的高温抗氧化储热铝合金化学组分与按重量百分比的含量为:Si:12.0%，Mg:2.0%，Cu:15.0%，RE:0.1%，余量为 Al。采用 SG2_5_12 坩埚炉熔炼。所用原材料主要有Al-20%Si合金、Al-50%Cu中间合金、A1_10%RE中间合金、工业纯铝及纯镁。熔炼时，先加入Al-20%Si合金，纯Al及Al-50%Cu合金，升温至750°C，待熔化完全后，降温至690°C，稍微搅拌，用压勺压入纯Mg。待Mg熔化后，升温至750°C，静置5min，搅拌均匀。然后，加入工业用A1-10%RE中间合金，均匀搅拌后，在720°C保温lOmin。再次搅拌合金液，使用金属型浇铸成Φ 30mm、长IOOmm的圆柱棒状试样。其凝固组织见图2。其相变潜热值为509.6μ V.s/mg，相变温度区间为506.8-556.6°C。与实施例1相比，加入质量分数为0.1%混合稀土元素后，对合金的储热性能几乎没有不良影响。经650°C准恒温氧化试验，在氧化时间为250h以前，氧化动力学曲线符合抛物线规律(图3)，说明氧化膜具有较好的保护作用。经150次热循环后，其凝固组织见图4，相变潜热最大仅下降了 3.53%，起始相变温度仅下降了 0.1°C，终止相变温度仅上升了 3.1°C，表现出较好的热稳定性能。
权利要求
1.一种高温抗氧化储热铝合金，其特征在于其化学组分与按重量百分比的含量为:S1:10.0 14.0%, Mg:1.0 4.0%, Cu:10.0 20.0%, RE:0 0.5%，余量为 Al。
2.按照权利要求1，所述的高温抗氧化储热铝合金，其特征在于所用原材料主要有Al-20%Si合金、Al-50%Cu中间合金、工业用A1_10%RE中间合金、工业纯铝及纯镁。其中，A1-10%RE中间合金，主要包含铈、镧等轻稀土，其中铈含量> 30%。
3.根据权利要求1，所述的高温抗氧化储热铝合金，其特征在于该高温抗氧化储热铝合金是采用SG2-5-12坩埚炉熔炼的。熔炼时，先加入Al-20%Si合金，纯Al及Al_50%Cu合金，升温至750°C，待熔化完全后，降温至690°C，稍微搅拌，用压勺压入纯Mg。待Mg熔化后，升温至750°C，静置5min，搅拌均匀。然后，加入工业用A1_10%RE中间合金，均匀搅拌后，在720°C保温IOmin。再 次搅拌合金液,使用金属型烧铸成Φ 30mm、长IOOmm的圆柱棒状试样。
全文摘要
本发明公开了一种高温抗氧化储热铝合金。旨在克服储热铝合金高温易氧化的问题。该储热铝合金的组分与按重量百分比的含量为Si10.0～14.0%，Mg1.0～4.0%，Cu10.0～20.0%，RE0～0.5%，余量为Al。由于添加了微量混合稀土元素，使该储热铝合金具有良好的综合性能，尤其是具有高的抗氧化性能。经650℃准恒温氧化试验，在氧化时间为250h以前，氧化动力学曲线符合抛物线规律，说明氧化膜具有较好的保护作用。经150次热循环后，相变潜热最大仅下降了3.53%，起始相变温度仅下降了0.1℃，终止相变温度仅上升了3.1℃，表现出较好的热稳定性能。该储热铝合金高温抗氧化性好，熔制工艺简单，原材料丰富易得，易于工业化生产。
文档编号C22C1/03GK103215479SQ20131017278
公开日2013年7月24日 申请日期2013年5月10日 优先权日2013年5月10日
发明者于思荣, 许骏, 张潇华, 刘恩洋 申请人:中国石油大学(华东)