[發明專利]一種光熱領域300-400度控氧型與不銹鋼相容液態金屬及其工藝

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• 申請號: 201910639492.1
• 申請日: 2019-07-16
• 公開（公告）號: CN110343933A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 王金輝
• 申請（專利權）人: 深圳市啟晟新材科技有限公司
• 主分類號: C22C30/04
• 分類號: C22C30/04;C22C30/06;C22C32/00;C09K5/12
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本發明公開了一種光熱領域300?400度控氧型與不銹鋼相容液態金屬及其工藝。按重量百分比計,其中合金組成為In:1.0?3.0wt.%,Bi:10.0?15.0wt.%,Mn:2.0?3.0wt.%,Zn:20.0?30.0wt.%,Cd:10.0?12.0wt.%,Pb:2.0?5.0wt.%,Ga:2.0?4.0wt.%,余量為錫；其中控制氧活的氧化物組成為PbO:10.0?20.0wt.%,AgO:5.0?8.0wt.%,MnO:2.0?5.0wt.%,MgO:10.0?20.0wt.%,CoO:3.0?5.0wt.%,余量為Fe₂O₃。在太陽能光熱系統的集熱和傳熱模塊中使用液態金屬并采用控氧模塊進行有效的氧活度控制，可以在不銹鋼管道表面生成一層致密的氧化膜來抑制液態金屬對管道材料的侵蝕。不僅過程簡單，在增加傳熱和使用壽命方面效果非常明顯。

技術領域

本發明涉及合金技術領域，具體地說，涉及一種錫合金。

背景技術

從本質上來說，地球上的常見能源，例如風能，水能和生物質能都來源于太陽。即使是地球上的化石燃料，例如煤，石油，天然氣等，從根本上也是遠古存儲下來的太陽能。隨著現代技術的快速發展和能源的需求越來越緊張，人們意識到不可再生能源的有限性，因而對新能源的研究投入大大增加。而太陽能作為永久的，清潔的能源具有非常光明的未來，并預計在未來能得到很大的發展。

太陽能的利用一般有光熱和光電兩種類型。其中光電由于需要進行昂貴的硅晶光電轉換工藝而發展受到很大的抑制。太陽能的光熱利用是指通過太陽能集熱器（大規模陣列拋物或者蝶形鏡面收集太陽能），通過換熱裝置將熱能提供給傳統的汽輪發電機，從而達到發電或者直接利用熱能的目的。由于太陽能光熱技術避免了昂貴的硅晶光電轉換工藝，大大降低了太陽能發電和利用的成本。而且，太陽能光熱工藝所存儲的能量可以儲存在巨大的容器中，在太陽落山后幾個小時內仍然可以帶動汽輪機發電。

根據太陽能光熱的集熱方式不同，可以分為高溫集熱和低溫集熱。其中高溫集熱可以用于熱發電，低溫集熱除了進行熱發電外，還可以作為熱能直接提供給最終客戶使用（例如建筑物內的供熱）。提高太陽能的利用率和普及率是未來太陽能開發的最重要的方向，也是整個太陽能行業做大做強的根本所在。要進行太陽能機構正常的運行，就必須設計到兩個方面的控制問題。一個是自動的跟蹤系統，使得聚光設備能夠時刻對準太陽，保證從源頭上最大限度的吸收太陽能。另外一個是要控制傳熱回路的溫度與壓力，滿足汽輪機的要求實現系統的高效發電。

汽輪機發電量的兩個重要指標是熱源的溫度，以及供熱介質在單位時間內放熱的速度。目前而言，傳熱介質主要是有機油類和無機鹽。有機油類除了使用溫度受到限制外，還由于導熱性能差而不能快速的傳遞熱量。同時，無機鹽除了對管道顯示出明顯的腐蝕作用外，還因為該鹽容易在降溫的時候發生明顯的析晶而導致應用受到很大的限制。液態金屬是一種新型的傳熱介質，由于熔點可以低到2度左右而成為太陽能光熱領域的新型傳熱材料。

但是令人感到遺憾的是，液態金屬由于在管道內不停的沖刷管壁，造成對管道材料的化學交互作用。不僅使得管道材料溶解在液態金屬中，還會生成金屬間化合物而脫落管道。也就是說，在使用一段時間后，由于液態金屬的沖蝕作用而使得管道開裂，最終造成傳熱系統的失效。為了解決這一技術性難題，本專利提出了一種新型的解決方案。通過控制液態金屬中的氧含量（或者稱作氧活度），來在不銹鋼的管道上生成一層保護性氧化層。該層屬于致密性的保護層，且不會在液態金屬中溶解。因而，在該保護層工作模式下，便可以最大限度的延長整個傳熱管道的壽命，進而解決太陽能光熱領域的難題。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術的不足，提供一種光熱領域300-400度控氧型與不銹鋼相容液態金屬及其工藝。該材料在用于光熱發電的不銹鋼傳熱管道時，在電磁泵的驅動下可以有效的降低不銹鋼在液態金屬下的腐蝕。該設計方法不僅結構簡單，傳熱效果突出，且可以大大的提升太陽能光熱設備的使用壽命。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：