專(zhuān)利名稱(chēng)：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(yáng)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(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，隨著太陽(yáng)能集熱元件的發(fā)展，對(duì)涂層提出了越來(lái)越高的要求，以不斷滿(mǎn)足工業(yè)用熱、海水淡化、太陽(yáng)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(yáng)光譜能量集中在300ηπΓ2500ηπι紫外、可見(jiàn)、近紅外波段范圍內(nèi)，在紫外、可見(jiàn)、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(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換涂層獲得的方法有噴涂、電化學(xué)(陽(yáng)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(guò)靶電源濺射沉積而成， 涂層由內(nèi)向外依次為過(guò)渡層、紅外反射層、過(guò)渡層、金屬陶瓷復(fù)合吸收層、過(guò)渡層和保護(hù)層。所述過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(yáng)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(jiǎn)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(shuō)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(guò)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(guò)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(guò)靶電源濺射沉積而成，涂層1由內(nèi)向外依次為過(guò)渡層2、紅外反射層 4、過(guò)渡層3、金屬陶瓷復(fù)合吸收層5、過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)靶電源濺射沉積而成， 涂層由內(nèi)向外依次為過(guò)渡層、紅外反射層、過(guò)渡層、金屬陶瓷復(fù)合吸收層、過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(yáng)能中高溫光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，特別公開(kāi)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(guò)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(guò)靶電源濺射沉積而成，涂層由內(nèi)向外依次為過(guò)渡層、紅外反射層、過(guò)渡層、金屬陶瓷復(fù)合吸收層、過(guò)渡層和保護(hù)層。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(kāi)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(lè), 馬斌 申請(qǐng)人:德州金亨新能源有限公司