[发明专利]中高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及涂层领域，特别涉及一种利用等离子喷涂和溶解-凝胶工艺制备中高温太阳能选择性吸收涂层。

背景技术

目前国内外采用多种工艺制备太阳能选择性吸收涂层，包括溶胶-凝胶法；物理气相沉积（PVD）法；化学气相沉积法（CVD）；磁控溅射法；化学镀法；电镀法；热喷涂法。

其中，采用电镀法制备的电镀涂层主要有黑镍、黑铬、黑钴涂层，这些涂层都制备薄、热稳定性差、耐腐蚀性差，其很难在中高温的热电领域的应用。

采用磁控和射频溅射法制备的涂层，其吸收率高，吸收率低性能优异，可以应用在大约300℃服役条件下，但是随着温度的升高发射率也会升高，使用效率降低。

采用刷涂涂料的方法制备的选择性吸收涂层，因含有粘接相的存在，随着温度的升高容易挥发，导致使用寿命降低。

采用物理气相沉积（PVD）法和化学气相沉积法（CVD）的优点是成分容易控制，选择性吸收效果也好，但是其对工件表面的形状要求很高，不易沉积复杂件，且工艺复杂，成本也很高，不利于工业化的推广。

理想的选择性涂层除了应具备良好的光学选择性外，还应该满足光学性能长期稳定、耐候性强、价格低廉、形成涂层工艺简单、材料供应充足和对环境无污染等条件。现有的选择性涂层并不能全部满足这些条件。因此需要寻找合适且廉价制备高效太阳能选择性吸收涂层的工艺，热喷涂工艺在喷涂结构件时已经证明表现出了良好的性能，例如用于耐磨，耐腐蚀，高温热障，红外辐射材料等。采用溶胶-凝胶法制备选择性透过膜，其工艺成本低廉，操作简单，适用于大面积涂覆推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种耐腐蚀、耐候、稳定的中高温太阳能选择性吸收复合涂层，同时提供利用热喷涂和溶胶-凝胶工艺制备该涂层的制备方法。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的中高温太阳能选择性吸收涂层，其包括吸收层和选择性透过膜两部分，选择性透过膜位于吸收层之上，其中：吸收层是在用细棕刚玉砂毛化处理过的不锈钢基片上用等离子喷涂和超音速火焰喷涂喷雾造粒的团聚型粉末形成，选择性透过膜是在制备好的吸收涂层上通过浸渍-提拉法和热处理法形成。

所述吸收层为Cr-Al₂O₃金属陶瓷层，基体是Al₂O₃，填充粒子为Cr金属。或者，吸收层为Cr-Cr₂O₃金属陶瓷层，基体是Cr₂O₃，填充粒子为Cr金属。

所述选择性透过膜采用以下方法制成：以超纯水和四氯化锡为原料，并滴加氨水控制溶胶PH值，然后将在溶胶-凝胶中浸渍-提拉制备好的热喷涂吸收层通过热处理形成SnO₂膜。该方法的工艺条件为：按质量比计，四氯化锡结晶分析纯：水=15：300，用氨水调节PH值为PH=1.15-1.55。

本发明提供的中高温太阳能选择性吸收涂层是由热喷涂与溶胶-凝胶复合方法制备而成，该方法包括等离子喷涂吸收层和溶胶-凝胶制备选择性透过层的制备两部分，具体是：

吸收层的制备：将待喷涂的不锈钢基片处理，采用热喷涂在备用基片上喷涂制备好的Cr-Al₂O₃或Cr-Cr₂O₃团聚型粉末，得到厚度为45～55微米的金属陶瓷吸收层；

选择性透过膜的制备：取超纯水200ml并加入15g的四氯化锡结晶分析纯置于温水浴60℃下加热溶解，取50ml的纯氨水用超纯水稀释到150ml，边加热边缓慢滴加氨水溶液，控制PH值在1.15-1.55，陈化48h，得到溶胶-凝胶；然后将在溶胶-凝胶中浸渍-提拉制备好的热喷涂吸收层通过热处理形成SnO₂膜。

本发明可以采用以方法对不锈钢基片表面进行处理：将不锈钢基片表面先用盐酸酸清洗，再用氢氧化钠清洗，然后用超纯水浸泡去油处理，经过这些处理后的不锈钢基片用气流烘干器烘干，最后用高速压缩空气流喷细颗粒的棕刚玉对烘干后的不锈钢基片表面进行砂毛化处理。

本发明对复合涂层的热处理可以采用以下的方法：将复合涂层置于550℃稳定下的通气炉中晶化热处理1h，在其表面制备出SnO₂晶化选择性透过膜。

按质量计，所述的复合团聚型粉末可由10-20%纳米α-Al₂O₃ 和80-90%微米Cr组成。