專利名稱：基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能中高溫光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層及其制備方法。背景技術(shù)：
選擇性吸收涂層是太陽能光熱轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，隨著太陽能集熱元件的發(fā)展，對(duì)涂層提出了越來越高的要求，以不斷滿足工業(yè)用熱、海水淡化、太陽能熱發(fā)電等中高溫應(yīng)用領(lǐng)域的使用要求。對(duì)于集熱元件使用的選擇性吸收涂層也要具備高溫?zé)岱€(wěn)定性，適應(yīng)中高溫環(huán)境的要求。太陽光譜能量集中在300ηπΓ2500ηπι紫外、可見、近紅外波段范圍內(nèi)，在紫外、可見、近紅外波段具有高吸收比，在紅外波段具有低發(fā)射比的選擇性吸收涂層，是提高中高溫集熱元件光熱轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。目前太陽能光熱轉(zhuǎn)換涂層獲得的方法有噴涂、電化學(xué)(陽極氧化、電鍍等)和磁控濺射，噴涂和電化學(xué)的方法不能獲得很低的發(fā)射比，且不環(huán)保。磁控濺射用在光熱涂層上有很多報(bào)道，有用在真空集熱管真空環(huán)境里的涂層，有用到平板集熱器的涂層，也有用于高溫應(yīng)用的涂層，但是這些產(chǎn)品的工藝復(fù)雜且成本高，并且未見涂層高溫耐久性的測(cè)試。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種光學(xué)性能優(yōu)異、高溫使用穩(wěn)定的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層及其制備方法。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層，以不銹鋼為基材，通過機(jī)械精加工、脫月旨、烘干、沉積涂層及后處理得到，其特征在于所述基材的涂層通過靶電源濺射沉積而成， 涂層由內(nèi)向外依次為過渡層、紅外反射層、過渡層、金屬陶瓷復(fù)合吸收層、過渡層和保護(hù)層。所述過渡層為金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成的化合物。所述紅外反射層為金屬Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不銹鋼以及合金組成。所述金屬陶瓷復(fù)合吸收層為金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與 N或0形成化合物和金屬Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不銹鋼以及合金摻雜而成。所述保護(hù)層為金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成的化合物。本發(fā)明所述的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層的制備方法，主要包括如下步驟
(1)對(duì)基材表面進(jìn)行機(jī)械精加工，然后脫脂，將其放入烘烤箱內(nèi)烘干；
(2)將基材放入真空室內(nèi)獲得真空，然后往真空室內(nèi)沖入氬氣，對(duì)各靶材表面進(jìn)行清
洗；
(3)啟動(dòng)靶電源，用直流或中頻反應(yīng)磁控濺射方法沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層，厚度為l(Tl20nm ；(4)沉積金屬Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不銹鋼以及合金組成的紅外反射層，厚度為 30 300nm ；
(5)沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層，厚度為 10 120nm ；
(6)沉積金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物和金屬Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不銹鋼以及合金摻雜成的金屬陶瓷復(fù)合吸收層，厚度為 50 500nm ；
(7)沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層，厚度為 10 120nm ；
(8)沉積金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的保護(hù)層，厚度為3(T200nm。其中，步驟(1)中，基材表面精加工程度達(dá)到Ra彡200nm;步驟(2)中，真空室獲得真空時(shí)，真空度優(yōu)于5. 0Ε-3Ι^。本發(fā)明得到的吸收涂層成本低，有利于大規(guī)模推廣，還具有優(yōu)異的光學(xué)性能，包括高的太陽光譜吸收比α和低的紅外發(fā)射比ε，實(shí)際測(cè)試光學(xué)性能為α =0. 95 (AMI. 5)， ε =0. 11 (300°C)，同時(shí)具有優(yōu)異的光學(xué)性能高溫條件使用耐久性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，光學(xué)性能優(yōu)異，高溫使用穩(wěn)定，適于大規(guī)模推廣生產(chǎn)和使用。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1涂層，2基材，3過渡層，4紅外反射層，5金屬陶瓷復(fù)合吸收層，6保護(hù)層。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例
本發(fā)明以不銹鋼為基材2，通過機(jī)械精加工、脫脂、烘干、沉積涂層1及后處理得到，所述基材2的涂層1通過靶電源濺射沉積而成，涂層1由內(nèi)向外依次為過渡層2、紅外反射層 4、過渡層3、金屬陶瓷復(fù)合吸收層5、過渡層3和保護(hù)層6。其制備方法為
(1)對(duì)基材2表面進(jìn)行機(jī)械精加工，達(dá)到Ra彡200nm，然后脫脂，將其放入烘烤箱內(nèi)烘
干；
(2)將基材2放入真空室內(nèi)獲得真空，真空度優(yōu)于5.0E-3Pa,然后往真空室內(nèi)沖入氬氣，對(duì)各靶材表面進(jìn)行清洗；
(3)啟動(dòng)靶電源，用直流或中頻反應(yīng)磁控濺射方法沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層3，厚度為l(Tl20nm ；
(4)沉積金屬Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不銹鋼以及合金組成的紅外反射層4，厚度為 30 300nm ；
(5)沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層3，厚度為 10 120nm ；
(6)沉積金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物和金屬Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不銹鋼以及合金摻雜成的金屬陶瓷復(fù)合吸收層5，厚度為 50 500nm ；
(7)沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層3，厚度為 10 120nm ；
(8)沉積金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的保護(hù)層6，厚度為3(T200nm。
權(quán)利要求
1.一種基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層，以不銹鋼為基材，通過機(jī)械精加工、脫月旨、烘干、沉積涂層及后處理得到，其特征在于所述基材的涂層通過靶電源濺射沉積而成， 涂層由內(nèi)向外依次為過渡層、紅外反射層、過渡層、金屬陶瓷復(fù)合吸收層、過渡層和保護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層，其特征在于所述過渡層為金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成的化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層，其特征在于所述紅外反射層為金屬Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不銹鋼以及合金組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層，其特征在于所述金屬陶瓷復(fù)合吸收層為金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物和金屬Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不銹鋼以及合金摻雜而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層，其特征在于所述保護(hù)層為金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成的化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層的制備方法，其特征為，主要包括如下步驟(1)對(duì)基材表面進(jìn)行機(jī)械精加工，然后脫脂，將其放入烘烤箱內(nèi)烘干；(2)將基材放入真空室內(nèi)獲得真空，然后往真空室內(nèi)沖入氬氣，對(duì)各靶材表面進(jìn)行清洗；(3)啟動(dòng)靶電源，用直流或中頻反應(yīng)磁控濺射方法沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層，厚度為l(Tl20nm ；(4)沉積金屬Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不銹鋼以及合金組成的紅外反射層，厚度為 30 300nm ；(5)沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層，厚度為 10 120nm ；(6)沉積金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物和金屬Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不銹鋼以及合金摻雜成的金屬陶瓷復(fù)合吸收層，厚度為 50 500nm ；(7)沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層，厚度為 10 120nm ；(8)沉積金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的保護(hù)層，厚度為3(T200nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層的制備方法，其特征在于步驟(1)中，基材表面精加工程度達(dá)到Ra彡200nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層的制備方法，其特征在于步驟(2)中，真空室獲得真空時(shí)，真空度優(yōu)于5. 0E-3I^。
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽能中高溫光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，特別公開了一種基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層及其制備方法。該基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層，以不銹鋼為基材，通過機(jī)械精加工、脫脂、烘干、沉積涂層及后處理得到，其特征在于所述基材的涂層通過靶電源濺射沉積而成，涂層由內(nèi)向外依次為過渡層、紅外反射層、過渡層、金屬陶瓷復(fù)合吸收層、過渡層和保護(hù)層。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，光學(xué)性能優(yōu)異，高溫使用穩(wěn)定，適于大規(guī)模推廣生產(chǎn)和使用。
文檔編號(hào)C23C14/06GK102534497SQ201210087270
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者蔡勇志, 韓榮濤, 馬麗萍, 馬樂, 馬斌 申請(qǐng)人:德州金亨新能源有限公司