[发明专利]一种双相碳化物金属陶瓷太阳能选择性吸收复合涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种双相碳化物金属陶瓷太阳能选择性吸收复合涂层的制备方法，基于双相碳化物WC和Cr₃C₂的特点以及纳米晶粒尺寸效应，通过冷喷涂技术实现喷涂粉末的相结构和成分移植，达到更好地提高涂层的光学吸收性和高温热稳定性，同时在所制备的WC/Cr₃C₂‑Co和WC/Cr₃C₂‑Ni金属陶瓷涂层表面采用溶胶‑凝胶法沉积获得Al₂O₃减反层形成复合涂层，最终获得光学吸收性能及高温热稳定性优良的复合涂层。本发明可实现纳米结构成分移植，通过有效的塑性变形，有利于控制粒子间结合，提高层间结合；同时，所制备的涂层光学吸收性和高温热稳定性良好，工艺操作简单、成本较低，特别适用于工业应用推广。

技术领域

本发明涉及金属/陶瓷复合材料制备领域，具体涉及一种双相碳化物金属陶瓷太阳能选择性吸收复合涂层的制备方法。

背景技术

目前太阳能选择性吸收涂层在高温应用领域中常出现涂层吸收率下降、高温氧化、开裂剥落等问题，最终导致涂层光学吸收性能下降。因此，有必要合理通过材料结构设计、采用合适的制备技术获得光学吸收性和高温热稳定性良好的太阳能选择性吸收涂层。由于金属陶瓷材料良好的优点，特别适用于太阳能中高温领域的研究。研究表明，WC陶瓷相具有潜在光谱选择特性，高熔点、良好的物相稳定性，Cr₃C₂陶瓷相具有良好的抗氧化性能，同时在高温工作环境下，Cr₃C₂相可抑制WC相分解，将WC、Cr₃C₂与具有良好吸收性和抗氧化性能的过渡族Co或Ni金属相结合，以及基于可获得较高的品质因子及良好热稳定性能的陶瓷相纳米晶粒尺寸效应，可提高太阳能选择性吸收涂层光学吸收及高温热稳定性。

热喷涂技术（超音速火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂等）是制备金属陶瓷涂层最为常用的制备技术，但喷涂粒子在喷涂过程中由于高温作用易出现杂相或相变现象，尤其不适用于制备纳米结构金属陶瓷涂层；对于沉积纳米结构涂层存在碳化物分解现象，难以实现以纳米陶瓷硬质颗粒移植至涂层中，从而而提高涂层光学吸收和热稳定性能的效果。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种双相碳化物金属陶瓷太阳能选择性吸收复合涂层的制备方法，可实现纳米结构成分移植，通过有效的塑性变形，有利于控制粒子间结合，提高层间结合；同时，所制备的双相碳化物金属陶瓷复合涂层光学吸收性和高温热稳定性良好，工艺操作简单、成本较低，特别适用于工业应用推广。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种双相碳化物金属陶瓷太阳能选择性吸收复合涂层的制备方法，包括如下步骤：

S1、将WC和纳米Cr₃C₂分别与金属相Co、Ni进行团聚烧结，获得双相碳化物WC/Cr₃C₂-Co和WC/Cr₃C₂-Ni金属陶瓷复合粉末，其中，Cr₃C₂尺度为100nm-200nm，碳化物中纳米Cr₃C₂质量分数为10%-30%，金属相Co和Ni质量分数均为20%-30%；

S2、将纯Al板作为基体材料，喷涂前对基体材料进行喷砂粗化预处理；

S3、以双相碳化物WC/Cr₃C₂-Co或WC/Cr₃C₂-Ni金属陶瓷复合粉末中的一种制备WC/Cr₃C₂-Co或WC/Cr₃C₂-Ni中的一种金属陶瓷涂层；