CN102442024B - 基于铝材的高耐候选择性吸收涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于太阳能光热转换技术领域，特别公开了一种基于铝材的高耐候选择性吸收涂层及其制备方法。该基于铝材的高耐候选择性吸收涂层，以铝或铝合金为基材，其特征在于：所述基层表面由下向上依次溅射有过渡层、红外反射层、过渡层、金属陶瓷层和保护层。本发明具有优异的太阳光谱选择性吸收光学性能，还具有优异的耐候性能，工作在高温高湿的环境下依然有好的光学性能，也可以工作在密闭真空环境或者更优越的环境，其使用寿命更加优越。

Description

基于铝材的高耐候选择性吸收涂层及其制备方法

（一）        技术领域

    本发明属于太阳能光热转换技术领域，特别涉及一种基于铝材的高耐候选择性吸收涂层及其制备方法。

（二）        背景技术

选择性吸收涂层是太阳能光热转换的关键，随着太阳能集热元件的发展，对涂层提出了越来越高的要求。一般的集热元件要求选择性吸收涂层具有太阳光谱（300nm~2500nm）高吸收比，红外波段（>2500nm）低发射比的光学性能。

目前太阳能光热转换涂层获得的方法有喷涂、电化学（阳极氧化、电镀等）和磁控溅射，喷涂和电化学的方法不能获得很低的发射比，且不环保。磁控溅射用在光热涂层上有很多报道，有用在真空集热管真空环境里的涂层，有用到平板集热器的铜基片的涂层。

已有技术有用磁控溅射的方法制备平板型太阳能集热器的涂层，但是其基材是铜，且并未进行耐候性能测试。

（三）        发明内容

    本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种性能优异、使用寿命长的基于铝材的高耐候选择性吸收涂层及其制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于铝材的高耐候选择性吸收涂层，以铝或铝合金为基材，其特征在于：所述基层表面由下向上依次溅射有过渡层、红外反射层、过渡层、金属陶瓷层和保护层。

本发明的结构分为以下两种形式：

所述基材底面上通过焊接与导热管形成焊点或焊缝，导热介质存在于导热管的空腔内；高耐候选择性吸收涂层吸收的太阳能的热量通过基材、焊点或焊缝、导热管传递给空腔内的导热介质带走利用；基材通过焊接和导热管形成焊点或者焊缝，焊接工艺可以是激光焊接、超声波焊接、高频焊接、等离子焊接、钎焊等，焊接方法的改变不影响其功能的实施。

所述基材通过压合与导热管结合为一体，导热介质存在于导热管的空腔内；高耐候选择性吸收涂层吸收的太阳能的热量通过基材、导热管传递给空腔内的导热介质带走利用，基材和导热管的结合工艺不影响高耐候选择性吸收涂层的制备及其实施。

该基于铝材的高耐候选择性吸收涂层的制备方法，主要包括如下步骤：

（1）对基材进行预处理后，将其放入真空室内获得真空；

（2）启动靶电源，用直流或中频反应磁控溅射方法沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物的过渡层，厚度为10~150nm；

（3）接着沉积金属Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不锈钢以及合金组成的红外反射层，厚度为30~500nm；

（4）沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物的过渡层，厚度为10~150nm；

（5）沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物和金属Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不锈钢以及合金掺杂成的金属陶瓷层，厚度为50~500nm；

（6）沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物的保护层，厚度为40~200nm。

本发明制成的吸热体成本低，有利于大规模推广，还具有优异的光学性能，包括高的太阳光谱吸收比α和低的红外发射比ε，实际测试光学性能为α=0.95（AM1.5）， ε=0.058（80℃），同时具有优异的耐候性能，通过双90测试（温度90℃，湿度90%）100小时，中性盐雾（NSS）测试100小时。

本发明具有优异的太阳光谱选择性吸收光学性能，还具有优异的耐候性能，工作在高温高湿的环境下依然有好的光学性能，也可以工作在密闭真空环境或者更优越的环境，其使用寿命更加优越。

（四）        附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明通过焊接加工成的集热部件；

图3为本发明通过压合加工成的集热部件。

图中，1吸收涂层，2基材，3过渡层，4红外反射层，5过渡层，6金属陶瓷层，7保护层，8焊点或焊缝，9空腔，10导热管。

（五）        具体实施方式

实施例1：

根据图1，高耐候选择性吸收涂层1是五层结构，基材2是铝或者铝合金板材，铝基材2经过表面预处理，得到良好的基础表面，然后用直流或者中频反应磁控溅射方法形成厚度为10~150nm金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物过渡层3，接着用直流或中频反应磁控溅射方法沉积一层厚度为30~500nm金属Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不锈钢以及合金组成红外反射层4，然后用直流或者中频反应磁控溅射方法形成厚度为10~150nm金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物过渡层5，再用直流或者中频反应磁控溅射方法形成厚度为50~500nm金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物和金属Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不锈钢以及合金掺杂成的金属陶瓷层6，接着用直流或者中频反应磁控溅射方法形成厚度为40~200nm金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物保护层7。

根据图2，带有高耐候选择性吸收涂层1的铝或者铝合金基材2和导热管10进行焊接形成焊点或焊缝8，导热介质存在于导热管10的空腔9内，高耐候选择性吸收涂层1吸收的太阳能的热量通过铝或铝合金的基材2、焊点或者焊缝8、导热管10传递给空腔9内的导热介质。

实施例2：

根据图1，高耐候选择性吸收涂层1是五层结构，基材2是铝或者铝合金板材，铝基材2经过表面预处理，得到良好的基础表面，然后用直流或者中频反应磁控溅射方法形成厚度为10~150nm金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物过渡层3，接着用直流或中频反应磁控溅射方法沉积一层厚度为30~500nm金属Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不锈钢以及合金组成红外反射层4，然后用直流或者中频反应磁控溅射方法形成厚度为10~150nm金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物过渡层5，再用直流或者中频反应磁控溅射方法形成厚度为50~500nm金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物和金属Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不锈钢以及合金掺杂成的金属陶瓷层6，接着用直流或者中频反应磁控溅射方法形成厚度为40~200nm金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物保护层7。

根据图3，铝或铝合金基材2和导热管10通过压合结合到一起，高耐候选择性吸收涂层1制备到所述的铝或铝合金基材2和导热管10结合体的铝或铝合金基材2的表面上。导热介质位于导热管10的空腔9内，高耐候选择性吸收涂层1吸收的太阳能的热量通过铝或铝合金的基材2、导热管10传递给空腔9内的导热介质。

Claims (4)

1.一种基于铝材的高耐候选择性吸收涂层，以铝或铝合金为基材，其特征在于：所述基材表面由下向上依次溅射有过渡层、红外反射层、过渡层、金属陶瓷层和保护层；其制备方法主要包括如下步骤：

（1）对基材进行预处理后，将其放入真空室内获得真空；

（2）启动靶电源，用直流或中频反应磁控溅射方法沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物的过渡层，厚度为10~150nm；

（3）接着沉积金属Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不锈钢以及合金组成的红外反射层，厚度为30~500nm；

（4）沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物的过渡层，厚度为10~150nm；

（5）沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物和金属Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、锈钢以及合金掺杂成的金属陶瓷层，厚度为50~500nm；

（6）沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物的保护层，厚度为40~200nm。

2.根据权利要求1所述的基于铝材的高耐候选择性吸收涂层，其特征在于：所述基材底面上通过焊接与导热管形成焊点或焊缝，导热介质存在于导热管的空腔内。

3.根据权利要求1所述的基于铝材的高耐候选择性吸收涂层，其特征在于：所述基材通过压合与导热管结合为一体，导热介质存在于导热管的空腔内。

4.根据权利要求1所述的基于铝材的高耐候选择性吸收涂层的制备方法，其特征为，主要包括如下步骤：

（1）对基材进行预处理后，将其放入真空室内获得真空；

（2）启动靶电源，用直流或中频反应磁控溅射方法沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物的过渡层，厚度为10~150nm；

（3）接着沉积金属Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不锈钢以及合金组成的红外反射层，厚度为30~500nm；

（4）沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物的过渡层，厚度为10~150nm；

（5）沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物和金属Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、锈钢以及合金掺杂成的金属陶瓷层，厚度为50~500nm；

（6）沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或O形成化合物的保护层，厚度为40~200nm。