[发明专利]一种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

本发明涉及一种太阳能吸收涂层及其制备方法，具体涉及一种在高温下仍然能使用的太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。

背景技术

随着人类科学技术的发展和生产力水平的提高，能源短缺的问题逐渐暴露出来。传统能源如石油、天然气等的日益枯竭，限制了人类的继续发展和进步。在全球性能源紧张的新形势下，开发太阳能既经济又环保，是缓解能源紧张的新途径。

太阳能选择性吸收涂层是太阳能光热过程中的核心部分，通过吸收太阳光并转化为热能。优秀的太阳能选择性吸收涂层在太阳能光谱（波长0.3~2.5μm）范围有较高的吸收比α值，同时在红外光谱（波长2.5~5.0μm）范围内具有较低的红外发射比ε值。

高温太阳能选择性吸收涂层是决定高温真空太阳集热管效率及发电效率的关键要素之一。高温真空太阳集热管使用过程温度达到350℃以上，这就要求吸收涂层不仅有很好的光谱吸收性能，还需要具有好的耐高温和机械性能。

目前国内应用较广的是中国专利CN85100142公开的Al-N/Al渐变涂层，该涂层具有良好的光谱选择性，涂层的太阳吸收比可达α≈0.92，红外发射比ε≈0.06（100℃）。但当温度升高时，涂层的发射比也随之急剧上升，不适合在高温状态下使用。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种在高温状态下能够稳定工作的高温太阳选择性吸收涂层，该涂层在高温环境下仍然能正常使用，且光谱吸收性能，耐高温、机械性能均很好。

本发明还提供了涂层的制备方法，该制备方法过程易于调控，所得涂层性能优越。

本发明采用的技术方案为：

一种高温选择性太阳能吸收涂层，其特征是：由下到上依次为红外高反射底层、光选择性吸收层和减反层，所述红外高反射底层为纯金属薄膜，所述光选择性吸收层包括两层NiCrAlY合金含量不同的NiCrAlY-M金属陶瓷薄膜，其中M为AlN或SiAl合金的氮化物，所述减反层为介质膜。

上述涂层中，所述的纯金属薄膜为Au、Cu、Mo、Ni或W薄膜。

上述涂层中，所述红外高反射底层的厚度为150nm-600nm，光选择性吸收层的厚度为60nm-200nm，所述减反层的厚度为50nm-120nm。

上述涂层中，光选择性吸收层为两层NiCrAlY合金含量不同的NiCrAlY-M金属陶瓷薄膜，第一层中，NiCrAlY合金的含量为40～60摩尔%，厚度50nm-120nm，第二层吸收层中，NiCrAlY合金的含量为60～80摩尔%，厚度30nm-80nm。

上述涂层中，所述介质膜为Al的氧化物、Al的氮化物或SiAl合金的氧化物，优选为SiAl合金的氧化物。

上述涂层中，NiCrAlY合金中，Cr的含量为15～25wt%，Al的含量为8%～14wt%，Y的含量为0.5%～1wt%，余量为Ni及偶存成分。

本发明所提到的光选择性吸收层和减反层所用的SiAl合金中，Al的含量为9～21wt%，Si的含量为78～90wt%，余量为偶存成分；减反层为SiAl合金的氧化物时，Al的含量为4～8wt%，Si的含量为38～42wt%，余量为O和偶存成分。

本发明的高温选择性太阳能吸收涂层的制备方法，采用真空磁控溅射技术进行制备，其特征是包括以下步骤：

（1） 沉积红外高反射底层：将基材放入磁控溅射镀膜机中，真空腔室真空度达到高真空后，冲入氩气，用氩离子轰击金属靶表面，使金属原子溅射出来沉积于基材上；

（2） 沉积光选择性吸收层：用氩气与氮气的混合气体轰击NiCrAlY合金靶与M靶，形成第一层NiCrAlY-M金属陶瓷薄膜，达到厚度后进行第二层的溅射，直至厚度达到要求；所述M靶为Al靶或SiAl合金靶；

（3） 沉积减反层：用氩气与氮气或氧气的混合气轰击金属靶，溅射生成介质膜沉积于光选择性吸收层上。

本发明采用NiCrAlY合金作为高温选择性吸收涂层的材料之一，在涂层中均匀形成NiCrAlY-M金属陶瓷膜(M为AlN或SiAl合金的氮化物)，很好的保证了涂层的耐高温性能，在真空中以600℃高温以及空气中以500℃高温加热后涂层性能无衰减。NiCrAlY合金为一种超高温合金，以其溅射的涂层致密，结合强度大，耐腐蚀和气蚀，能耐982oC高温，抗氧化性能优良。用于冶金轧辊、热浸镀浸没辊、热处理炉辊等热工设备表面的耐热涂层，航空发动机叶片、燃气机叶片的耐热涂层以及高温炉风口、防热罩表面热障涂层的粘结过渡层。