[发明专利]一种控制氧活度在200-300度与不锈钢相容的液态金属及其工艺

说明书

本发明公开了一种控制氧活度在200‑300度与不锈钢相容的液态金属及其工艺。按重量百分比计,其中合金组成为Ga:0.5‑0.8wt.%,In:2.0‑3.0wt.%,Pb:4.0‑6.0wt.%,Zn:10.0‑20.0wt.%,Bi:4.0‑6.0wt.%,Cd:3.0‑5.0wt.%,Sb:5.0‑8.0wt.%,余量为锡；其中控制氧活的氧化物组成为PbO:20.0‑30.0wt.%,MnO:3.0‑5.0wt.%,MgO:10.0‑20.0wt.%,In₂O₃:4.0‑6.0wt.%,CuO:3.0‑5.0wt.%,余量为Fe₂O₃。在太阳能光热系统的集热和传热模块中使用液态金属并采用控氧模块进行有效的氧活度控制，可以在不锈钢管道表面生成一层致密的氧化膜来抑制液态金属对管道材料的侵蚀。不仅过程简单，在增加传热和使用寿命方面效果非常明显。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种锡合金。

背景技术

从本质上来说，地球上的常见能源，例如风能，水能和生物质能都来源于太阳。即使是地球上的化石燃料，例如煤，石油，天然气等，从根本上也是远古存储下来的太阳能。随着现代技术的快速发展和能源的需求越来越紧张，人们意识到不可再生能源的有限性，因而对新能源的研究投入大大增加。而太阳能作为永久的，清洁的能源具有非常光明的未来，并预计在未来能得到很大的发展。

太阳能的利用一般有光热和光电两种类型。其中光电由于需要进行昂贵的硅晶光电转换工艺而发展受到很大的抑制。太阳能的光热利用是指通过太阳能集热器（大规模阵列抛物或者蝶形镜面收集太阳能），通过换热装置将热能提供给传统的汽轮发电机，从而达到发电或者直接利用热能的目的。由于太阳能光热技术避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，大大降低了太阳能发电和利用的成本。而且，太阳能光热工艺所存储的能量可以储存在巨大的容器中，在太阳落山后几个小时内仍然可以带动汽轮机发电。

根据太阳能光热的集热方式不同，可以分为高温集热和低温集热。其中高温集热可以用于热发电，低温集热除了进行热发电外，还可以作为热能直接提供给最终客户使用（例如建筑物内的供热）。提高太阳能的利用率和普及率是未来太阳能开发的最重要的方向，也是整个太阳能行业做大做强的根本所在。要进行太阳能机构正常的运行，就必须设计到两个方面的控制问题。一个是自动的跟踪系统，使得聚光设备能够时刻对准太阳，保证从源头上最大限度的吸收太阳能。另外一个是要控制传热回路的温度与压力，满足汽轮机的要求实现系统的高效发电。

汽轮机发电量的两个重要指标是热源的温度，以及供热介质在单位时间内放热的速度。目前而言，传热介质主要是有机油类和无机盐。有机油类除了使用温度受到限制外，还由于导热性能差而不能快速的传递热量。同时，无机盐除了对管道显示出明显的腐蚀作用外，还因为该盐容易在降温的时候发生明显的析晶而导致应用受到很大的限制。液态金属是一种新型的传热介质，由于熔点可以低到2度左右而成为太阳能光热领域的新型传热材料。

但是令人感到遗憾的是，液态金属由于在管道内不停的冲刷管壁，造成对管道材料的化学交互作用。不仅使得管道材料溶解在液态金属中，还会生成金属间化合物而脱落管道。也就是说，在使用一段时间后，由于液态金属的冲蚀作用而使得管道开裂，最终造成传热系统的失效。为了解决这一技术性难题，本专利提出了一种新型的解决方案。通过控制液态金属中的氧含量（或者称作氧活度），来在不锈钢的管道上生成一层保护性氧化层。该层属于致密性的保护层，且不会在液态金属中溶解。因而，在该保护层工作模式下，便可以最大限度的延长整个传热管道的寿命，进而解决太阳能光热领域的难题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种控制氧活度在200-300度与不锈钢相容的液态金属及其工艺。该材料在用于光热发电的不锈钢传热管道时，在电磁泵的驱动下可以有效的降低不锈钢在液态金属下的腐蚀。该设计方法不仅结构简单，传热效果突出，且可以大大的提升太阳能光热设备的使用寿命。