CN102108530B - 电镀黑铬太阳能集热板的制备方法 - Google Patents

电镀黑铬太阳能集热板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的电镀黑铬太阳能集热板的制备方法，在1～6平方米的铜板或铝板焊接在铜架或铜管上的集热器板芯，通过电镀黑铬工艺，电镀出黑铬膜层经过后处理得到太阳能集热板。主要通过铜板或铝板集热器板芯的镀前处理、酸蚀、沉锌、电镀哑镍、电镀黑铬、后处理等步骤实现。本发明解决了在大面积铜、铝板表面上电镀黑铬的工艺难题，其先焊接后镀膜的工艺方法对表面吸热膜层无损伤，大大提高了吸热面积和防腐性能，从而提高太阳能极热板的热效率。

Description

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，具体涉及一种电镀黑铬太阳能集热板的制备方法。
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，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。
目前市场上的太阳能集热板为先镀膜再焊接，这种方法将损伤其表面的吸热膜层，从而影响表面的热吸收率。
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，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
本发明提供的电镀黑铬太阳能集热板的制备方法，解决了在大面积铜、铝板表面上电镀黑铬的工艺难题，其先焊接后镀膜的工艺方法对表面吸热膜层无损伤，大大提高了吸热面积和防腐性能，从而提高太阳能极热板的热效率。
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电解液配方。
为解决上述问题，本发明提供的电镀黑铬太阳能集热板的制备方法，在1～6平方米的铜板或铝板焊接在铜架或铜管上的集热器板芯上，通过电镀黑铬工艺，电镀出黑铬膜层经过后处理得到太阳能集热板。
主要步骤为：上挂→前处理(除油)→清洗→酸蚀→清洗→一次沉锌→退锌→二次沉锌→清洗→活化→哑镍→清洗→镀黑铬→清洗→卸挂→烘干→后处理→包装。
具体步骤如下：
(1)集热器板芯的镀前处理：在铜板或铝板的背面焊接与铜板或铝板等长、直径为1～3cm的铜管，其中铜管间距为10～20cm；对铜板或铝板集热器板芯进行除油和清洗；
(2)酸蚀：将已除油好的铜板或铝板集热器板芯浸泡在酸蚀槽中1～3分钟后，清洗3～4遍，铜板集热器板芯直接进入第(4)步电镀哑镍，铝板集热器板芯进入第(3)步沉锌；
(3)沉锌：将酸蚀好的铝板集热器板芯浸泡在沉锌槽中30～90秒后，清洗3～4遍；
(4)电镀哑镍：将铜板或铝板集热器板芯与电源负极相连浸泡在电解液中进行电镀；
(5)电镀黑铬：将铜板或铝板集热器板芯与电源负极相连，板芯背面铜管全部通电形成阴极分布，浸泡在电解液中进行大面积的电镀；
(6)后处理：将镀有黑铬的铜板或铝板集热器板芯保温烘干，加膜后得到太阳能极热板。
作为本发明的一种优选方案，除油是将铜、铝板集热器板芯浸泡在碱性溶液中2～8分钟，清洗是分别用热水和冷水将已除油的铜、铝板集热器板芯清洗2～3遍。
作为本发明的一种优选方案，所述电镀哑镍步骤中，电镀工艺为，温度：45～65℃，PH值：4.2～5.5之间，电镀密度：3～8安/平方分米，时间：3～6分钟，铜板或铝板背面铜管全部通电形成阴极分布，将铜板或铝板集热器板芯浸泡在电解液中进行大面积电镀，将电镀好的板芯清洗3～4遍。
作为本发明的一种优选方案，所述电镀黑铬步骤中，电镀工艺为，温度：18～30℃，PH值：0.5以下，电镀密度：30～80安/平方分米，时间：3～6分钟，将镀好的板芯洗净烘干。
作为本发明的一种优选方案，所述铜板或铝板集热器板芯的镀前处理步骤中的除油液的组成和重量份数如下：
NaOH        50～150份
OP乳化剂    3～6份
H2O         1000份。
作为本发明的一种优选方案，所述铜板或铝板集热器板芯的酸蚀步骤中所用酸蚀的组成和重量份数如下：
HNO3    300～500份
HF      3～5份
H2O     1000份。
作为本发明的一种优选方案，所述沉锌步骤中所用的药水的组成和重量份数如下：
NaOH              100～150份
NiSO4.6H2O        2～4份
CuCl2             1～3份
2NO               10～15份
KNaC4H4O6.4H2O    25～50份
NaNO2             0.5～1.5份
FeC3.6H2O         1～3份
NaCN              2～4份
H2O               1000份。
作为本发明的一种优选方案，所述哑镍步骤中所用的电解液的组成和重量份数如下：
NiSO4.6H2O    240～280份
NiCl2         40～60份
H3BO3         30～50份
C12H25SO4Na   0.02份
H2O                1000份。
作为本发明的一种优选方案，所述电镀黑铬步骤中所用的电解液的组成和重量份数如下：
GrO3             400～550份
H2(SiF6)         0.2～0.6份
BaCO3            2～5份
NaNo2            0.1～0.3份
C2H2O4.2H2.O     5～15份
H2O              1000份。
作为本发明的一种优选方案，所述黑铬涂层厚度为3～6μm，涂层颜色呈黑色或灰黑色。
本发明提供的电镀黑铬太阳能集热板的制备方法，解决了在大面积铜、铝板表面上电镀黑铬的工艺难题，其先焊接后镀膜的工艺方法对表面吸热膜层无损伤，大大提高了吸热面积和防腐性能，从而提高太阳能极热板的热效率。
具体实施方式
以下结合较佳的具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：
本发明的电镀黑铬太阳能集热板的制备方法，在2m2的铜板集热器板芯上通过电镀黑铬工艺，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实现：首先在铜板的背面焊接与铜板等长，直径为2cm的铜管，其中铜管间距为15cm；
第一步：集热器板芯的除油处理
除油液的组成和重量份数如下：
NaOH        70份
OP乳化剂    5份
H2O         1000份
将面积为2m2的板芯上挂好后浸泡在除油液中2～5分钟，板芯经过浸泡后其表面起到除油和粗化的效果，清洗干净进入下道工序。
第二步：酸蚀
酸蚀的组成和重量份数如下：
HNO3   400份
HF     4份
H2O    1000份
将已除油好的板芯充分浸泡在酸蚀槽中1～3分钟，板芯经过浸泡后其表面抛光，清洗干净进入下道工序。
第三步：电镀哑镍
哑镍的组成和重量份数如下：
NiSO4.6H2O   250份
NiCl2        45份
H3BO3        35份
C12H25SO4Na  0.02份
H2O          1000份
将板芯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：工作温度为50℃，镀液PH值4.6，点流密度为3.5安/平方分米。阳极材料为金属镍板，板芯背面铜管全部通电形成阴极分布，将板芯充分浸泡在电解液中进行大面积电镀4分钟。经过电镀后板芯表面全部沉积一层镀镍膜，清洗干净后进入下一道工序。
第四步：黑铬电镀
黑铬的组成和重量份数如下：
GrO3            450份
H2(SiF6)        0.3份
BaCO3           3份
NaNo2           0.2份
C2H2O4.2H2.O    10份
H2O             1000份
将板芯与电镀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0.2，电流密度40安/平方分米，阳极为钛镀铱板，板芯背面铜管全部通电形成阴极分布，将板芯充分浸泡在电解液中进行大面积电镀5分钟，经过电镀后板芯表面获取一层黑色或灰黑色的铬膜层，清洗干净后进入下道工序。
第五步：后处理
将镀有黑铬涂层的板芯在60℃下烘干加膜后可得到太阳能集热板。
所得到的太阳能极热板涂层厚度在3.5μm，涂层颜色呈黑色或灰黑色，所制备的太阳能吸热涂层热吸率为97.1％。
实施例2：
本发明的太阳能集热板的制备方法，是在2.5m2的铝板集热器板芯上通过电镀黑铬工艺，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实现：首先在铝板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：集热器板芯的除油处理
除油液的组成和重量份数如下：
NaOH        50份
OP乳化剂    3份
H2O         1000份
将面积为2m2的板芯上挂好后浸泡在除油液中2～5分钟，板芯经过浸泡后板芯表面起到除油和粗化的效果清洗干净后进入下道工序。
第二步：酸蚀
酸蚀的组成和重量份数如下：
HNO3        300份
HF          3份
H2O         1000份
将已除油好的板芯充分浸泡在酸蚀槽中1～3分钟，板芯经过浸泡后板芯表面抛光，清洗干净进入下道工序。
第三步：沉锌
沉锌液的组成和重量份数如下：
NaOH          125份
NiSO4.6H2O    3份
CuCl2         2份
2NO           10份
KNaC4H4O6.4H2O    25份
NaNO2             1份
FeC3.6H2O         2份
NaCN              3份
H2O               1000份
将经过酸蚀清洗后的板芯充分浸泡在沉锌液中30～90秒，板芯表面会沉浸一层镀锌膜，清洗干净后活化进入下道工序。
第四步：电镀哑镍
哑镍的组成和重量份数如下：
NiSO4.6H2O    240份
NiCl2         40份
H3BO3         30份
C12H25SO4Na   0.02份
H2O           1000份
将板芯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：工作温度为50℃，镀液PH值4.6，点流密度为3.5安/平方分米。阳极材料为金属镍板，板芯背面铜管全部通电形成阴极分布，将板芯充分浸泡在电解液中进行大面积电镀4分钟。经过电镀后板芯表面全部沉积一层镀镍膜，清洗干净后进入下一道工序。
第五步：黑铬电镀
黑铬的组成和重量份数如下：
GrO3            400份
H2(SiF6)        0.2份
BaCO3           2份
NaNo2           0.1份
C2H2O4.2H2.O    5份
H2O            1000份
将板芯与电镀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0.2，电流密度40安/平方分米，阳极为钛镀铱板，板芯背面铜管全部通电形成阴极分布，将板芯充分浸泡在电解液中进行大面积电镀5分钟，经过电镀后板芯表面获取一层黑色或灰黑色的铬膜层，清洗干净后进入下道工序。
第六步：后处理
将镀有黑铬涂层的板芯在60℃下烘干加膜后可得到太阳能集热板。
所得到的太阳能极热板涂层厚度在3.8μm，涂层颜色呈黑色或灰黑色，所制备的太阳能吸热涂层热吸率为97.3％。
实施例3：
本发明的太阳能集热板的制备方法，在3m2的铜板集热器板芯上通过电镀黑铬工艺，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，首先在铜板的背面焊接与铜、铝板等长、直径为2cm的铜管，其中铜管间距为15cm；
第一步：集热器板芯的除油处理
除油液的组成和重量份数如下：
NaOH        150份
OP乳化剂    6份
将面积为4m2的板芯上挂好后浸泡在除油液中2～5分钟，板芯经过浸泡后板芯表面起到除油和粗化的效果清洗干净后进入下道工序。
第二步：酸蚀
酸蚀的组成和重量份数如下：
HNO3    500份
HF      5份
H2O     1000份
将已除油好的板芯充分浸泡在酸蚀槽中1～3分钟，板芯经过浸泡后板芯表面抛光，清洗干净进入下道工序。
第三步：电镀哑镍
哑镍的组成和重量份数如下：
NiSO4.6H2O    280份
NiCl2         60份
H3BO3         50份
C12H25SO4Na   0.02份
H2O           1000份
将板芯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：工作温度为50℃，镀液PH值4.6，点流密度为3.5安/平方分米。阳极材料为金属镍板，板芯背面铜管全部通电形成阴极分布，将板芯充分浸泡在电解液中进行大面积电镀4分钟。经过电镀后板芯表面全部沉积一层镀镍膜，清洗干净后进入下一道工序。
第四步：黑铬电镀
黑铬的组成和重量份数如下：
GrO3            550份
H2(SiF6)        0.6份
BaCO3           5份
NaNo2           0.3份
C2H2O4.2H2.O    15份
H2O             1000份
将板芯与电镀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0.2，电流密度40安/平方分米，阳极为钛镀铱板，板芯背面铜管全部通电形成阴极分布，将板芯充分浸泡在电解液中进行大面积电镀5分钟，经过电镀后板芯表面获取一层黑色或灰黑色的铬膜层，清洗干净后进入下道工序。
第五步：后处理
将镀有黑铬涂层的板芯在60℃下烘干加膜后可得到太阳能集热板。
所得到的太阳能极热板涂层厚度在4.3μm，涂层颜色呈黑色或灰黑色，所制备的太阳能吸热涂层热吸率为97.5％。
实施例4：
本发明的太阳能集热板的制备方法，是在3.5m2的铝板集热器板芯上通过电镀黑铬工艺，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实现，首先在铝板背面焊接与铜、铝板等长、直径为2cm的铜管，其中铜管间距为15cm；
第一步集热器板芯的除油处理
除油液的组成和重量份数如下：
NaOH        70份
OP乳化剂    5份
H2O         1000份
将面积为2m2的板芯上挂好后浸泡在除油液中2～5分钟，板芯经过浸泡后板芯表面起到除油和粗化的效果清洗干净后进入下道工序。
第二步：酸蚀
酸蚀的组成和重量份数如下：
HNO3    400份
HF      4份
H2O     1000份
将已除油好的板芯充分浸泡在酸蚀槽中1～3分钟，板芯经过浸泡后板芯表面抛光，清洗干净进入下道工序。
第三步：沉锌
沉锌液的组成和重量份数如下：
NaOH            100份
NiSO4.6H2O      2份
CuCl2           1份
2NO             10份
KNaC4H4O6.4H2O  25份
NaNO2           0.5份
FeC3.6H2O       4份
NaCN            2份
H2O             1000份
将经过酸蚀清洗后的板芯充分浸泡在沉锌液中30～90秒，板芯表面会沉浸一层镀锌膜，清洗干净后活化进入下道工序。
第四步：电镀哑镍
哑镍的组成和重量份数如下：
NiSO4.6H2O    250份
NiCl2         45份
H3BO3         35份
C12H25SO4Na   0.02份
H2O           1000份
将板芯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：工作温度为50℃，镀液PH值4.6，点流密度为3.5安/平方分米。阳极材料为金属镍板，板芯背面铜管全部通电形成阴极分布，
将板芯充分浸泡在电解液中进行大面积电镀4分钟。经过电镀后板芯表面全部沉积一层镀镍膜，清洗干净后进入下一道工序。
第五步：黑铬电镀
黑铬的组成和重量份数如下：
GrO3            450份
H2(SiF6)        0.3份
BaCO3           3份
NaNo2           0.2份
C2H2O4.2H2.O    10份
H2O             1000份
将板芯与电镀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0.2，电流密度40安/平方分米，阳极为钛镀铱板，板芯背面铜管全部通电形成阴极分布，将板芯充分浸泡在电解液中进行大面积电镀5分钟，经过电镀后板芯表面获取一层黑色或灰黑色的铬膜层，清洗干净后进入下道工序。
第六步：后处理
将镀有黑铬涂层的板芯在60℃下烘干加膜后可得到太阳能集热板。
所得到的太阳能极热板涂层厚度在4.5μm，涂层颜色呈黑色或灰黑色，所制备的太阳能吸热涂层热吸率为97.4％。
实施例5：
本发明的太阳能集热板的制备方法，是在5m2的铜板集热器板芯上通过电镀黑铬工艺，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，首先在铜板的背面焊接与铜、铝板等长、直径为2cm的铜管，其中铜管间距为15cm；
第一步：集热器板芯的除油处理
除油液的组成和重量份数如下：
NaOH        100份
OP乳化剂    4份
H2O         1000份
将面积为2m2的板芯上挂好后浸泡在除油液中2～5分钟，板芯
经过浸泡后板芯表面起到除油和粗化的效果清洗干净后进入下道工序。
第二步：酸蚀
酸蚀的组成和重量份数如下：
HNO3        450份
HF          4份
H2O         1000份
将已除油好的板芯充分浸泡在酸蚀槽中1～3分钟，板芯经过浸泡后板芯表面抛光，清洗干净进入下道工序。
第三步：电镀哑镍
哑镍的组成和重量份数如下：
NiSO4.6H2O    250份
NiCl2         50份
H3BO3         40份
C12H25SO4Na   0.02份
H2O           1000份
将板芯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：工作温度为50℃，镀液PH值4.6，点流密度为3.5安/平方分米。阳极材料为金属镍板，板芯背面铜管全部通电形成阴极分布，将板芯充分浸泡在电解液中进行大面积电镀4分钟。经过电镀后板芯表面全部沉积一层镀镍膜，清洗干净后进入下一道工序。
第四步：黑铬电镀
黑铬的组成和重量份数如下：
GrO3            450份
H2(SiF6)        0.3份
BaCO3           3份
NaNo2           0.2份
C2H2O4.2H2.O    10份
H2O             1000份
将板芯与电镀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0.2，电流密度40安/平方分米，阳极为钛镀铱板，板芯背面铜管全部通电形成阴极分布，将板芯充分浸泡在电解液中进行大面积电镀5分钟，经过电镀后板芯表面获
取一层黑色或灰黑色的铬膜层，清洗干净后进入下道工序。
第五步：后处理
将镀有黑铬涂层的板芯在60℃下烘干加膜后可得到太阳能集热板。
所得到的太阳能极热板涂层厚度在5.3μm，涂层颜色呈黑色或灰黑色，所制备的太阳能吸热涂层热吸率为97.7％。
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)～2700*1500*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。

Claims (7)

1.电镀黑铬太阳能集热板的制备方法，其特征在于，在1~6平方米的铜板或铝板焊接在铜架或铜管上的集热器板芯上，通过电镀黑铬工艺，电镀出黑铬膜层经过后处理得到太阳能集热板；
具体步骤如下：
（1）集热器板芯的镀前处理：在铜板或铝板的背面焊接与铜板或铝板等长、直径为1~3cm的铜管，其中铜管间距为10~20cm；对铜板或铝板集热器板芯进行除油和清洗；
（2）酸蚀：将已除油好的铜板或铝板集热器板芯浸泡在酸蚀槽中1~3分钟后，清洗3~4遍，铜板集热器板芯直接进入第（4）步电镀哑镍，铝板集热器板芯进入第（3）步沉锌；
（3）沉锌：将酸蚀好的铝板集热器板芯浸泡在沉锌槽中30~90秒后，清洗3~4遍；
（4）电镀哑镍：将铜板或铝板集热器板芯与电源负极相连浸泡在电解液中进行电镀；
（5）电镀黑铬：将铜板或铝板集热器板芯与电源负极相连，板芯背面铜管全部通电形成阴极分布，浸泡在电解液中进行大面积的电镀；
电镀工艺为，温度：18~30℃，pH值：0.5以下，电流密度：30~80安/平方分米，时间：3~6分钟，将镀好的板芯洗净烘干；
电解液的组成和重量份数如下：
CrO3                            400~550份
H2SiF6                          0.2~0.6份
BaCO3                          2~5份
NaNO2                          0.1~0.3份
C2H2O4·2H2O              5~15份
H2O                             1000份
（6）后处理：将镀有黑铬的铜板或铝板集热器板芯保温烘干，加膜后得到太阳能集热板。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，除油是将铜、铝板集热器板芯浸泡在碱性溶液中2~8分钟，清洗是分别用热水和冷水将已除油的铜、铝板集热器板芯清洗2~3遍。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电镀哑镍步骤中，电镀工艺为，温度：45~65℃，pH值：4.2~5.5之间，电流密度：3~8安/平方分米，时间：3~6分钟，铜板或铝板背面铜管全部通电形成阴极分布，将铜板或铝板集热器板芯浸泡在电解液中进行大面积电镀，将电镀好的板芯清洗3~4遍。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜板或铝板集热器板芯的镀前处理步骤中的除油液的组成和重量份数如下：
NaOH                          50~150份
OP乳化剂                   3~6份
H2O                             1000份。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜板或铝板集热器板芯的酸蚀步骤中所用酸蚀液的组成和重量份数如下：
HNO3                         300~500份
HF                              3~5份
H2O                             1000份。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述哑镍步骤中所用的电解液的组成和重量份数如下：
NiSO4·6H2O             240~280份
NiCl2                           40~60份
H3BO3                         30~50份
C12H25SO4Na               0.02份
H2O                             1000份。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述黑铬涂层厚度为3~6μm，涂层颜色呈黑色或灰黑色。
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