水合无机盐及其膨胀石墨复合相变材料的腐蚀特性研究

发布时间：2020-11-19 06:25

　　 相变储热技术在太阳能热利用、工业与民用节能等领域具有广泛应用前景。与其他种类的相变材料相比,水合无机盐相变材料具有相变焓值大、种类丰富、廉价易得、安全无毒等优势,受到了极大的关注。储热材料在实际应用过程中通常需采用金属材料封装或采用金属管进行换热,而水合无机盐存在腐蚀性,因此在实际应用前对不同相变材料与金属之间的腐蚀特性进行研究具有重要意义。针对储热式太阳能热水器的应用,本课题组前期制备出相变温度为65℃左右的新型六水氯化镁-十二水硫酸铝铵混合盐相变材料。三水醋酸钠则是常见的相变材料,其相变温度为58℃左右,在储热式热泵热水器中具有应用前景。将水合无机盐相变材料与膨胀石墨进行复合,既可以有效地提高水合无机盐相变材料的热导率,又可降低其过冷度,从而改善相变材料的热物性。但关于水合无机盐/膨胀石墨复合相变材料对金属材料的腐蚀性仍缺乏相关研究。对于六水氯化镁-十二水硫酸铝铵混合盐相变材料及其膨胀石墨复合相变材料,选取了6061铝合金、H62黄铜、T2紫铜和304不锈钢四种常见金属材料为对象,系统研究了在高于相变温度的恒温条件下以及在高低温冷-热循环条件下相变材料对金属材料的腐蚀特性。实验时间为30天,每5天取样对腐蚀金属进行表观检查和质量称量,实验结束后对腐蚀样品进行SEM观察、XRD测试和元素分析。实验结果表明,六水氯化镁-十二水硫酸铝铵混合盐相变材料的腐蚀性很强,与膨胀石墨复合后极大地改善了混合盐相变材料对金属的腐蚀性,但铝合金、黄铜和不锈钢仍被明显腐蚀,只有紫铜可以与高低温-冷热循环条件下的复合相变材料小心地长期使用。混合盐相变材料与铝合金发生的主要是化学腐蚀,与黄铜和不锈钢接触时化学腐蚀和电化学腐蚀都有发生,与紫铜接触时主要发生的是电化学腐蚀。腐蚀产物以金属氧化物为主,此外还在铝合金表面生成了水合氢离子明矾,在黄铜和紫铜表面生成了氯化亚铜。对于三水醋酸钠及其膨胀石墨复合相变材料,针对热泵热水器中金属传热管的应用,分别选择铝合金管、喷砂氧化铝合金管、紫铜管和镀锡铜管为对象,也研究了恒温及高低温冷-热循环条件下的腐蚀特性。通过对金属的腐蚀速率计算、金属表面微观变化、表面产物分析等手段,获得了三水醋酸钠及其膨胀石墨复合相变材料对实验金属管材料的腐蚀特性。结果表明,三水醋酸钠及其复合相变材料谨慎地长期使用,喷砂氧化铝合金管、铜管、镀锡铜管可以与循环状态下的复合相变材料长期使用,在其他情况下长期使用时要小心。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB34;TK515
【部分图文】：

华南理工大学硕士学位论文将所有金属、PP 塑料盒和混合盐相变材料在 85 ℃烘箱中预热，将融化的混合盐相变材料倒入 PP 塑料盒中，再将金属片分别置于相变材料中，继续加入相变材料使金属片被完全浸没。考虑到实际应用过程中相变材料并不会接触空气因此将塑料盒密封，再分别置于烘箱和高低温循环箱内，烘箱温度恒定为 85 ℃，高低温循环箱的循环温度区间为 20-95 ℃。分别于第 5、10、15、20、25、30 天取出，用蒸馏水和丙酮清洗去除表面附着的相变材料和其他污垢，干燥后称量质量并记录。然后重新置于相变材料中继续实验。取液态混合盐相变材料腐蚀 30 日后的样品进行电镜观察，分析元素组成，进行 XRD 测试，研究其表面结构和腐蚀产物。实验流程见图 3-2。

温度区间为 20-95 ℃。分别于第 5、10、15、20、25、30 天取出，用蒸馏水和丙酮清洗去除表面附着的相变材料和其他污垢，干燥后称量质量并记录。然后重新置于相变材料中继续实验。取液态混合盐相变材料腐蚀 30 日后的样品进行电镜观察，分析元素组成，进行 XRD 测试，研究其表面结构和腐蚀产物。实验流程见图 3-2。图 3-1 初始样品图（a 6061 铝合金，b H62 黄铜，c T2 紫铜，d 304 不锈钢）Figure 3-1 Samples before corrosion（a 6061 aluminum alloy, b H62 Brass, c T2 Copper, d 304 Stainless steel）金属片

图 3-3-1 在液态混合盐相变材料中腐蚀不同时间的样品对比图（A-G 依次为腐蚀 0、5、10、15、20、25、30 日后的样品）igure 3-3-1 Comparison of samples treated in liquid mixture PCM after different t（A-G are samples corroded after 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 days）图 3-3-2 在冷热循环混合盐相变材料中腐蚀不同时间的样品对比图
【参考文献】

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本文编号：2889824