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铝硅共晶合金是一种理想的太阳能热发电中高温相变储热材料,考虑到铝硅合金相变储热材料的液态腐蚀性,协调熔融铝硅合金与太阳能热发电换热管的相容性是高效太阳能一体化热发站能够正常运行的要解决的主要问题。采用粉末包埋法渗铝制备Fe-Al涂层,涂层在高温环境下选择性氧化,生成A12O3薄膜,可以实现熔融铝硅流体的与铁基换热管的相容性,保障CSP热管可靠运行。作为CSP系统储热系统的主要部件,换热管长期在稳态高温状态下工作易发生疲劳损伤,同时在储热介质中发生腐蚀,导致热管热管失效和爆裂。基于此,本文对表面渗铝不锈钢的微观组织、抗熔融铝硅合金腐蚀以及疲劳行为进行了研究,以期揭示其腐蚀机制、疲劳破坏方式和断裂机理。研究结果如下:(1)选择310S不锈钢、316L不锈钢以及321不锈钢进行初步探索研究,对三种材料进行不同保温时间(2h、10h、15h)的渗铝,对比分析三种不锈钢渗层的微观结构,发现310S渗铝10h,316L不锈钢渗铝15h以及321渗铝10h后获得的渗层质量较好。对上述三种表面渗铝质量最好的不锈钢进行短时间熔融铝硅合金浸蚀,综合比对发现表面渗铝10h后的321不锈钢的抗熔融铝硅合金腐蚀性能最好,选择321不锈钢渗铝作为熔融Al-Si合金储热介质的换热管不锈钢材料。(2)对321不锈钢进行渗料和渗铝时间的工艺优化,制得表面连续致密的渗层,渗铝层主要由外渗层A12O3、过渡层Fe-Al相以及扩散层组成。浸蚀试验证明,原始态321不锈钢与铝液完全粘合,主要以基体内的Fe、Cr、Ni等元素向铝液中扩散为主,且XRD检测到Al(2.3)FeSi相、AlFe6Si相以及Fe2A14SisO18相,同时EDS分析出Al-Si合金中存在AlCr、AlNi等相,说明基体Fe、Cr、Ni元素流失严重。渗铝321的涂层阻隔了铝液与基体的接触,无腐蚀产物生成,这说明渗层阻止了基体内的扩大奥氏体区域元素的流失,提高了材料的耐蚀性。(3)静态拉伸实验表明,由于渗层含有脆性相最先出现微裂纹,裂纹在垂直载荷的方向往基体Fe-Al相过渡区和扩散区延伸,出现解理台阶,造成材料脆性断裂;室温下渗铝态321不锈钢的屈服强度则高于原始态未渗铝321不锈钢,抗拉强度和延伸率轻微下降。而高温下渗铝态321不锈钢的延伸率下降明显,该现象与脆性涂层有关。(4)低周疲劳试验证明,材料渗层位置析出物的存在易产生应力集中,导致不均匀的局部滑移和显微开裂,致使疲劳裂纹萌生且快速发展,相交变载荷下材料表面形成多个裂纹源,加之基体强度等改变,材料失效加速。低应变下渗铝态321疲劳寿命下降不明显,高温及高应变的条件下,疲劳寿命急剧下降。