CN101864582A - 一种铝基大面积电镀黑铬太阳能集热板的制备方法 - Google Patents

一种铝基大面积电镀黑铬太阳能集热板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种铝基大面积电镀黑铬太阳能集热板的制备方法。本发明的制备方法是利用三价铬电镀黑铬工艺在大面积铝板上制备高效的太阳能吸热涂层，采用环保型电解液，设备简单，工艺操作简单易行，可在1～3平方米的铝板上电镀黑铬太阳能吸热涂层，涂层厚度控制在10～50μm，涂层颜色呈灰黑色或黑色，可见光波段范围内吸收率可达0.96以上。

Description

一种铝基大面积电镀黑铬太阳能集热板的制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能集热板的制备方法，更具体地说，涉及一种以铝为基板的大面积电镀黑铬太阳能集热板制备方法。
背景技术
太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，然而由于其到达地球后能量密度小，给大规模的开发利用带来困难。这就决定了太阳能直接用于日常生活和工业生产前，必须提高太阳能的能量密度。在太阳能利用方面，太阳能集热器是太阳能转换系统的核心部分。高效率的太阳能集热器必须考虑使热幅射损失减少到最低，即对太阳幅射能量的吸收率很高，而自身红外辐射率很低，能够把低品位的太阳能转换成高品位的热能。实践证明，各种光谱选择性涂层是实现上述目标的有效措施。
从上世纪五十年代太阳能选择性吸收涂层的设想提出至今，科研人员对此进行了大量的研究，涂层类型和制备方法已经多种多样。目前，根据吸收原理和涂层结构的不同，选择性吸收涂层主要有体吸收型涂层、干涉型吸收涂层、金属-电介质复合涂层、表面结构型吸收涂层等种类，制备方法主要有涂料法、电镀法、电化学法、CVD法和真空镀膜法等。在太阳能选择性吸收涂层制备中，黑镍由于有良好的光吸收性和稳定性而作为吸收剂被广泛应用，如太阳能学报，2001，22：443-447就报道了一种黑镍涂层的制备方法，并对其光学性能进行了研究，结果表明，该涂层具有良好的太阳能吸收效果。但黑镍镀层的缺点是容易脆碎，而且耐蚀性差，不能承受恶劣环境和户外长期使用。
目前的研究表明，在各种黑色镀层中，黑铬的光学性质是最好的，而且有耐热、耐腐蚀、耐气候变化的特点。通常黑铬镀层是通过电镀方式在极板上沉积出来，目前使用的黑铬电解液中一般都含有高浓度的六价铬离子，这是对环境极为有害的物质。另一方面，由于电镀黑铬应用的电流密度较高，现有的工艺和设备均只能在小尺寸的极板(＜0.5m2)上进行电镀处理，才能保证镀层的均匀和产品质量的稳定。
发明内容
本发明的目的在于提出一种以环保型的三价铬为电解液的电镀黑铬太阳能集热板的制备方法，本发明同时解决了在大面积铝板上电镀黑铬的工艺难题。
本发明的另一贡献是找到了一种电镀黑铬太阳能集热板的制备方法，该方法步骤简单易操作，可工业化生产，。
本发明的另一贡献是找到了一种用于电镀黑铬太阳能集热板的电解液配方，能有效的提高太阳能集热板的热效率。
本发明所提供的三价铬电镀黑铬的电解液配方各组分浓度为：三氯化铬(CrCl3·6H2O)150～250克/升，氯化铵(NH4Cl)20-35克/升，草酸(C2H2O4·2H2O)1～5克/升，乙酸铵(CH3COONH4)5～8克/升，硼酸(H3BO3)15～25克/升，氯化铁(FeCl3)0.3～2克/升。
上述电解液配方的主盐为三氯化铬，发黑剂为草酸，或者是草酸和乙酸铵的混合物，无机添加剂为氯化铁。
本发明是通过以下步骤来实现：
在1～3平方米的铝板上通过三价铬电镀黑铬工艺，电镀出黑铬涂层极板经过后处理得到太阳能集热板。
(1)铝板的镀前处理：在铝板的背面焊接与铝板等长、直径为1～3cm的铜管，其中铜管间距为10～20cm；对铝板进行充分的除油和清洗，除油是将纯铝或铝合金极板浸泡在碱性溶液中5～10分钟，清洗是分别用热水和冷水将已除油的铝板清洗2～3遍，
(2)三价铬电镀黑铬：将极板与电源负极相连，充分浸泡在电解液中进行电镀，电镀的工艺条件为：工作温度15～35，镀液pH值1～3，电流密度为30～50安/平方分米，铝板背面铜管全部通电形成阳极分布，将铝板充分浸泡在电解液中进行大面积电镀。
(3)后处理：最后将镀有黑铬涂层极板在一定温度下保温烘干，加膜后可得到太阳能集热板。
所述铝板的镀前处理步骤中的除油液配方为：
氢氧化钠(NaOH)             50-80(g/L)
碳酸钠(Na2CO3)             20-40(g/L)
磷酸三钠(Na3PO4·12H2O)    5-20(g/L)
温度(℃)                   60-100。
所述三价铬电镀黑铬步骤中所用的电解液配方为：
三氯化铬             100～300克/升
氯化铵               10-50克/升
硼酸                 10～50克/升
无机添加剂           0.3～2克/升
发黑剂。
所述三价铬电镀黑铬步骤中所用的电解液配方优选为：
三氯化铬             150～250克/升
氯化铵               20-35克/升
硼酸                 15～25克/升
无机添加剂           0.3～2克/升
发黑剂。
其中步骤中发黑剂为草酸，或者草酸和乙酸铵的混合物，无机添加剂为氯化铁。草酸浓度为1～10克/升，乙酸铵浓度为1～10克/升；或者草酸浓度为1～5克/升，乙酸铵浓度为5～8克/升。所述黑铬涂层厚度控制在10～50μm，涂层颜色呈灰黑色或黑色。
本发明首次提出在大面积铝板上电镀黑铬镀层，并将环保型三价铬电镀黑铬工艺应用于制备太阳能吸热涂层。该技术不仅可以在1～3平方米的铝板上制备高效的太阳能吸热涂层，而且采用环保型电解液，设备简单，工艺操作简单易行。由于采用了上述的制备方法，所制备的太阳能吸热涂层厚度为20μm，涂层颜色呈黑色，在可见光波段的吸收率可达0.96以上。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明也可通过其他不同的具体实例加以实施或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的目的下进行各种修饰与变更。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明：
实施例1
本发明的太阳能集热板的制备方法，是在2m2的铝板上通过三价铬电镀黑铬工艺，电镀出黑铬涂层极板经过后处理得到太阳能集热板。
其可以通过以下步骤来得到太阳能集热板，首先在铝板的背面焊接与铝板等长、直径为2cm的铜管，其中铜管间距为15cm；
第一步铝板的除油处理
除油液配方：
氢氧化钠(NaOH)           70(g/L)
碳酸钠(Na2CO3)           30(g/L)
磷酸三钠(Na3PO4·12H2O)  10(g/L)
温度(℃)                 85
将面积为2m2的铝极板浸泡在除油液中5～10分钟，铝极板经过浸泡后，铝极板表面除油抛光。
第二步清洗
分别用热水和冷水将已进行除油处理的铝板清洗2～3遍。
第三步电镀黑铬
将极板与电源负极相连，充分浸泡在电解液中进行电镀，电镀的工艺条件为：工作温度25℃，镀液pH值2，电流密度为40安/平方分米，阳极材料为石墨，铝板背面铜管全部通电形成阳极分布，将铝板充分浸泡在电解液中进行大面积电镀。电解液配方条件如下：
三氯化铬(CrCl3·6H2O)   200克/升
氯化铵(NH4Cl)           20克/升
草酸(C2H2O4·2H2O)      2克/升
乙酸铵(CH3COONH4)       5克/升
硼酸(H3BO3)             15克/升
第四步后处理
将镀有黑铬涂层的极板在60℃下烘干，加膜后可得到太阳能集热板。所得到的太阳能集热板涂层厚度在12μm，涂层颜色呈灰黑色或黑色。所制备的太阳能吸热涂层吸收率为0.965。
实施例2
本发明的太阳能集热板的制备方法，是在2m2的铝板上通过三价铬电镀黑铬工艺，电镀出黑铬涂层极板经过后处理得到太阳能集热板。
其可以通过以下步骤来得到太阳能集热板，首先在铝板的背面焊接与铝板等长、直径为2cm的铜管，其中铜管间距为15cm；
其可以通过以下步骤来得到太阳能集热板
第一步铝板的除油处理
除油液配方：
氢氧化钠(NaOH)           70(g/L)
碳酸钠(Na2CO3)           30(g/L)
磷酸三钠(Na3PO4·12H2O)  10(g/L)
温度(℃)                 85
将面积为2m2的铝极板浸泡在除油液中5～10分钟，铝极板经过浸泡后，铝极板表面除油抛光。
第二步清洗
分别用热水和冷水将已进行除油处理的铝板清洗2～3遍。
第三步电镀黑铬
将极板与电源负极相连，充分浸泡在电解液中进行电镀，电镀的工艺条件为：工作温度25℃，镀液pH值2，电流密度为40安/平方分米，阳极材料为石墨，铝板背面铜管全部通电形成阳极分布，将铝板充分浸泡在电解液中进行大面积电镀。电解液配方条件如下：
三氯化铬(CrCl3·6H2O)       150克/升
氯化铵(NH4Cl)               10克/升
草酸(C2H2O4·2H2O)          1克/升
乙酸铵(CH3COONH4)           2克/升
硼酸(H3BO3)                 10克/升
第四步后处理
将镀有黑铬涂层的极板在60℃下烘干，加膜后可得到太阳能集热板。
所得到的太阳能集热板涂层厚度在18μm，涂层颜色呈灰黑色或黑色。所制备的太阳能吸热涂层吸收率为0.968。
实施例3
本发明的太阳能集热板的制备方法，是在3m2的铝板上通过三价铬电镀黑铬工艺，电镀出黑铬涂层极板经过后处理得到太阳能集热板。
其可以通过以下步骤来得到太阳能集热板，首先在铝板的背面焊接与铝板等长、直径为2cm的铜管，其中铜管间距为15cm；
其可以通过以下步骤来得到太阳能集热板
第一步铝板的除油处理
除油液配方：
氢氧化钠(NaOH)        70(g/L)
碳酸钠(Na2CO3)        30(g/L)
磷酸三钠(Na3PO4·12H2O)  10(g/L)
温度(℃)                 85
将面积为2m2的铝极板浸泡在除油液中5～10分钟，铝极板经过浸泡后，铝极板表面除油抛光。
第二步清洗
分别用热水和冷水将已进行除油处理的铝板清洗2～3遍。
第三步电镀黑铬
将极板与电源负极相连，充分浸泡在电解液中进行电镀，电镀的工艺条件为：工作温度20℃，镀液pH值1.5，电流密度为35安/平方分米，阳极材料为石墨，铝板背面铜管全部通电形成阳极分布，将铝板充分浸泡在电解液中进行大面积电镀。电解液配方条件如下：
三氯化铬(CrCl3·6H2O)         250克/升
氯化铵(NH4Cl)                 35克/升
草酸(C2H2O4·2H2O)            5克/升
乙酸铵(CH3COONH4)             8克/升
硼酸(H3BO3)                   25克/升
第四步后处理
将镀有黑铬涂层的极板在60℃下烘干，加膜后可得到太阳能集热板。
所得到的太阳能集热板涂层厚度在25μm，涂层颜色呈灰黑色或黑色。所制备的太阳能吸热涂层吸收率为0.971。
实施例4
本发明的太阳能集热板的制备方法，是在3m2的铝板上通过三价铬电镀黑铬工艺，电镀出黑铬涂层极板经过后处理得到太阳能集热板。
其可以通过以下步骤来得到太阳能集热板，首先在铝板的背面焊接与铝板等长、直径为2cm的铜管，其中铜管间距为15cm；
其可以通过以下步骤来得到太阳能集热板
第一步铝板的除油处理
除油液配方：
氢氧化钠(NaOH)               70(g/L)
碳酸钠(Na2CO3)               30(g/L)
磷酸三钠(Na3PO4·12H2O)      10(g/L)
温度(℃)                     85
将面积为2m2的铝极板浸泡在除油液中5～10分钟，铝极板经过浸泡后，铝极板表面除油抛光。
第二步清洗
分别用热水和冷水将已进行除油处理的铝板清洗2～3遍。
第三步电镀黑铬
将极板与电源负极相连，充分浸泡在电解液中进行电镀，电镀的工艺条件为：工作温度20℃，镀液pH值1.5，电流密度为35安/平方分米，阳极材料为石墨，铝板背面铜管全部通电形成阳极分布，将铝板充分浸泡在电解液中进行大面积电镀。电解液配方条件如下：
三氯化铬(CrCl3·6H2O)        180克/升
氯化铵(NH4Cl)                30克/升
草酸(C2H2O4·2H2O)           4克/升
乙酸铵(CH3COONH4)            7克/升
硼酸(H3BO3)                  18克/升
第四步后处理
将镀有黑铬涂层的极板在60℃下烘干，加膜后可得到太阳能集热板。
所得到的太阳能集热板涂层厚度在26μm，涂层颜色呈灰黑色或黑色。所制备的太阳能吸热涂层吸收率为0.963。
实施例5
本发明的太阳能集热板的制备方法，是在3m2的铝板上通过三价铬电镀黑铬工艺，电镀出黑铬涂层极板经过后处理得到太阳能集热板。
其可以通过以下步骤来得到太阳能集热板，首先在铝板的背面焊接与铝板等长、直径为2cm的铜管，其中铜管间距为15cm；
其可以通过以下步骤来得到太阳能集热板
第一步铝板的除油处理
除油液配方：
氢氧化钠(NaOH)              70(g/L)
碳酸钠(Na2CO3)              30(g/L)
磷酸三钠(Na3PO4·12H2O)     10(g/L)
温度(℃)                    85
将面积为2m2的铝极板浸泡在除油液中5～10分钟，铝极板经过浸泡后，铝极板表面除油抛光。
第二步清洗
分别用热水和冷水将已进行除油处理的铝板清洗2～3遍。
第三步电镀黑铬
将极板与电源负极相连，充分浸泡在电解液中进行电镀，电镀的工艺条件为：工作温度20℃，镀液pH值1.5，电流密度为35安/平方分米，阳极材料为石墨，铝板背面铜管全部通电形成阳极分布，将铝板充分浸泡在电解液中进行大面积电镀。电解液配方条件如下：
三氯化铬(CrCl3·6H2O)       280克/升
氯化铵(NH4Cl)               45克/升
草酸(C2H2O4·2H2O)          8克/升
乙酸铵(CH3COONH4)           10克/升
硼酸(H3BO3)                 24克/升
第四步后处理
将镀有黑铬涂层的极板在60℃下烘干，加膜后可得到太阳能集热板。
所得到的太阳能集热板涂层厚度在36μm，涂层颜色呈灰黑色或黑色。所制备的太阳能吸热涂层吸收率为0.961。
将上述太阳能集热板用于制备太阳能集热器，其外形尺寸为2000×1000×80(mm)，太阳能集热板黑铬涂层吸收率达到95％±2％、发射率为4％±1％，玻璃盖板采用特种智能钢化玻璃，盖板玻璃的透光率＞92％，集热器的热效率达到了60％。
本发明的制备方法是通过流程上的设计，电解液配方的选择等因素，来实现大面积电镀黑铬太阳能集热板，而且所获得的大面积电镀黑铬太阳能集热板具有非常高的热效率。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以很快地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铝基大面积电镀黑铬太阳能集热板的制备方法，其特征在于：在1～3平方米的铝板上通过三价铬电镀黑铬工艺，电镀出黑铬涂层极板经过后处理得到太阳能集热板。
2.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征是：其包括具体步骤如下：(1)铝板的镀前处理：在铝板的背面焊接与铝板等长、直径为1～3cm的铜管，其中铜管间距为10～20cm；对铝板进行充分的除油和清洗，除油是将纯铝或铝合金极板浸泡在碱性溶液中5～10分钟，清洗是分别用热水和冷水将已除油的铝板清洗2～3遍；
(2)三价铬电镀黑铬：将极板与电源负极相连，充分浸泡在电解液中进行电镀，电镀的工艺条件为：工作温度15～35℃，镀液pH值1～3，电流密度为30～50安/平方分米，铝板背面铜管全部通电形成阳极分布，将铝板充分浸泡在电解液中进行大面积电镀；
(3)后处理：最后将镀有黑铬涂层极板在一定温度下保温烘干，加膜后可得到太阳能集热板。
3.根据权利要求书2所述的制备方法，其特征是：所述铝板的镀前处理步骤中的除油液配方为：
氢氧化钠    50-80克/升
碳酸钠      20-40克/升
磷酸三钠    5-20克/升
温度(℃)    60-100。
4.根据权利要求书2所述的制备方法，其特征是：所述三价铬电镀黑铬步骤中所用的电解液配方为：
三氯化铬     100～300克/升
氯化铵       10-50克/升
硼酸         10～50克/升
无机添加剂   0.3～2克/升
发黑剂。
5.根据权利要求书4所述的制备方法，其特征是：所述三价铬电镀黑铬步骤中所用的电解液配方为：
三氯化铬      150～250克/升
氯化铵        20-35克/升
硼酸          15～25克/升
无机添加剂    0.3～2克/升
发黑剂。
6.根据权利要求书5所述的制备方法，其特征是：所述发黑剂为草酸，或者草酸和乙酸铵的混合物，无机添加剂为氯化铁。
7.根据权利要求书6所述的制备方法，其特征是：草酸浓度为1～10克/升，乙酸铵浓度为1～10克/升；或者草酸浓度为1～5克/升，乙酸铵浓度为5～8克/升。
8.根据权利要求书1至7任一所述的制备方法，其特征是：所述黑铬涂层厚度控制在10～50μm，涂层颜色呈灰黑色或黑色。
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