CN105734565A - 一种高温度辐射选择性涂层 - Google Patents

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张同伟
吴江洪
汪涌
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

本发明提供一种高温度辐射选择性涂层，其包括吸收层、渗透层和粘结层，所述渗透层设置在吸收层上端，所述粘结层设置在吸收层下端，所述吸收层采用致密金属氧化层，所述选择层采用金属氮化层。本发明具有稳定的涂层结构，稳定性极佳，基材具有较好的抗冲击性，涂层具有极高的耐磨性，具有较高的抗腐蚀性和高温红硬性，可耐高温500℃以上。

Description

一种高温度辐射选择性涂层
技术领域
本发明属于太阳能涂层技术领域，具体涉及一种高温度辐射选择性涂层。
背景技术
目前国内外采用多种工艺制备太阳能选择性吸收涂层，包括溶胶-凝胶法；物理气相沉积(PVD)法；化学气相沉积法(CVD)；磁控溅射法；化学镀法；电镀法；热喷涂法。
其中，采用电镀法制备的电镀涂层主要有黑镍、黑铬、黑钴涂层，这些涂层都制备薄、热稳定性差、耐腐蚀性差，其很难在中高温的热电领域的应用。
采用磁控和射频溅射法制备的涂层，其吸收率高，吸收率低性能优异，可以应用在大约300℃服役条件下，但是随着温度的升高发射率也会升高，使用效率降低。
采用刷涂涂料的方法制备的选择性吸收涂层，因含有粘接相的存在，随着温度的升高容易挥发，导致使用寿命降低。
采用物理气相沉积(PVD)法和化学气相沉积法(CVD)的优点是成分容易控制，选择性吸收效果也好，但是其对工件表面的形状要求很高，不易沉积复杂件，且工艺复杂，成本也很高，不利于工业化的推广。
理想的选择性涂层除了应具备良好的光学选择性外，还应该满足光学性能长期稳定、耐候性强、价格低廉、形成涂层工艺简单、材料供应充足和对环境无污染等条件。现有的选择性涂层并不能全部满足这些条件。因此需要寻找合适且廉价制备高效太阳能选择性吸收涂层的工艺，热喷涂工艺在喷涂结构件时已经证明表现出了良好的性能，例如用于耐磨，耐腐蚀，高温热障，红外辐射材料等。采用溶胶-凝胶法制备选择性透过膜，其工艺成本低廉，操作简单，适用于大面积涂覆推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温度辐射选择性涂层，本发明具有稳定的涂层结构，稳定性极佳，基材具有较好的抗冲击性，涂层具有极高的耐磨性，具有较高的抗腐蚀性和高温红硬性，可耐高温500℃以上。
一种高温度辐射选择性涂层，其包括吸收层、渗透层和粘结层，所述渗透层设置在吸收层上端，所述粘结层设置在吸收层下端，所述吸收层采用致密金属氧化层，所述选择层采用金属氮化层。
所述粘结层采用树脂与氧化物镀膜后高温烧结而成，烧结温度不低于500℃。
所述粘接层树脂采用环氧有机硅树脂及其改性树脂。
所述粘结层采用的氧化物为纳米二氧化钛、纳米一氧化钛、纳米氧化镁中的一种。
所述吸收层采用等离子电镀法或等离子火焰喷涂法制备而成，所述吸收层的膜厚不小于100μm。
所述吸收层的致密金属氧化层采用改性的纳米氧化铝。
所述纳米氧化铝的改性剂为纳米氧化锡、纳米二氧化钨、纳米铬或纳米氧化铅中的一种或者几种。
所述渗透层采用选择性渗透膜，主要采用金属氮化物溶液经浸渍提拉法后热处理而成。
所述金属氮化物主要采用W、Mo、Al、Cu、Au中任一种的氮化物。
一种高温度辐射选择性涂层的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将待喷涂的不锈钢基片处理采用20-50％的乙醇水溶液洗涤干净，并晾干；
(2)在基片表面喷涂一层树脂膜层，然后喷涂一层金属氧化层，晾干后进行高温烧结3-5h，然后自然冷却，等到负载有粘结层的基片；
(3)在粘结层表面采用等离子电镀法或等离子火焰喷涂法制备吸收层，得到厚度大于100μm的吸收层；
(4)在吸收层表面浸渍提拉一层选择性渗透膜作为渗透层，热处理后得到渗透效果良好的金属氮化物渗透层。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明具有稳定的涂层结构，稳定性极佳，基材具有较好的抗冲击性，涂层具有极高的耐磨性，具有较高的抗腐蚀性和高温红硬性，可耐高温500℃以上，适用范围广，使用过程中不用担心脱落问题，克服了其他耐磨材料怕焊、易碎、脱落、掉渣现象，从产品性能、价格和安全性等多方面考虑，成本适中，实用性广，综合优势明显。生产过程无废水、废气、废渣产生，无污染，不用担心环境影响。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述：
实施例1
一种高温度辐射选择性涂层，其包括吸收层、渗透层和粘结层，所述渗透层设置在吸收层上端，所述粘结层设置在吸收层下端，所述吸收层采用致密金属氧化层，所述选择层采用金属氮化层。
所述粘结层采用树脂与氧化物镀膜后高温烧结而成，烧结温度500℃。
所述粘接层树脂采用环氧有机硅树脂及其改性树脂。
所述粘结层采用的氧化物为纳米二氧化钛。
所述吸收层采用等离子电镀法或等离子火焰喷涂法制备而成，所述吸收层的膜厚100μm。
所述吸收层的致密金属氧化层采用改性的纳米氧化铝。
所述纳米氧化铝的改性剂为纳米氧化锡。
所述渗透层采用选择性渗透膜，主要采用金属氮化物溶液经浸渍提拉法后热处理而成。
所述金属氮化物采用W的氮化物。
一种高温度辐射选择性涂层的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将待喷涂的不锈钢基片处理采用20％的乙醇水溶液洗涤干净，并晾干；
(2)在基片表面喷涂一层树脂膜层，然后喷涂一层金属氧化层，晾干后进行高温烧结3h，然后自然冷却，等到负载有粘结层的基片；
(3)在粘结层表面采用等离子电镀法或等离子火焰喷涂法制备吸收层，得到厚度100μm的吸收层；
(4)在吸收层表面浸渍提拉一层选择性渗透膜作为渗透层，热处理后得到渗透效果良好的金属氮化物渗透层。
用扫描电镜观察其组织形貌、用XRD分析其物相组成、用红外光谱仪测其发射率、用紫外-可见-近红外分光光度计测其吸收率。得到吸收率＝0.87，发射率＝0.42。所制备的选择性吸收涂层在500℃下循环热震80次无剥落，标准盐雾腐蚀试验时间720h试样表面无组织结构改变，吸收和发射性能稳定。
实施例2
一种高温度辐射选择性涂层，其包括吸收层、渗透层和粘结层，所述渗透层设置在吸收层上端，所述粘结层设置在吸收层下端，所述吸收层采用致密金属氧化层，所述选择层采用金属氮化层。
所述粘结层采用树脂与氧化物镀膜后高温烧结而成，烧结温度700℃。
所述粘接层树脂采用环氧有机硅树脂及其改性树脂。
所述粘结层采用的氧化物为纳米一氧化钛。
所述吸收层采用等离子电镀法或等离子火焰喷涂法制备而成，所述吸收层的膜厚200μm。
所述吸收层的致密金属氧化层采用改性的纳米氧化铝。
所述纳米氧化铝的改性剂为纳米二氧化钨。
所述渗透层采用选择性渗透膜，主要采用金属氮化物溶液经浸渍提拉法后热处理而成。
所述金属氮化物主要采用Al的氮化物。
一种高温度辐射选择性涂层的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将待喷涂的不锈钢基片处理采用50％的乙醇水溶液洗涤干净，并晾干；
(2)在基片表面喷涂一层树脂膜层，然后喷涂一层金属氧化层，晾干后进行高温烧结5h，然后自然冷却，等到负载有粘结层的基片；
(3)在粘结层表面采用等离子电镀法或等离子火焰喷涂法制备吸收层，得到厚度200μm的吸收层；
(4)在吸收层表面浸渍提拉一层选择性渗透膜作为渗透层，热处理后得到渗透效果良好的金属氮化物渗透层。
用扫描电镜观察其组织形貌、用XRD分析其物相组成、用红外光谱仪测其发射率、用紫外-可见-近红外分光光度计测其吸收率。得到吸收率＝0.85，发射率＝0.45。所制备的选择性吸收涂层在500℃下循环热震80次无剥落，标准盐雾腐蚀试验时间720h试样表面无组织结构改变，吸收和发射性能稳定。
实施例3
一种高温度辐射选择性涂层，其包括吸收层、渗透层和粘结层，所述渗透层设置在吸收层上端，所述粘结层设置在吸收层下端，所述吸收层采用致密金属氧化层，所述选择层采用金属氮化层。
所述粘结层采用树脂与氧化物镀膜后高温烧结而成，烧结温度800℃。
所述粘接层树脂采用环氧有机硅树脂及其改性树脂。
所述粘结层采用的氧化物为纳米氧化镁。
所述吸收层采用等离子电镀法或等离子火焰喷涂法制备而成，所述吸收层的膜厚500μm。
所述吸收层的致密金属氧化层采用改性的纳米氧化铝。
所述纳米氧化铝的改性剂为纳米氧化锡、纳米二氧化钨、纳米铬或纳米氧化铅中的一种或者几种。
所述渗透层采用选择性渗透膜，主要采用金属氮化物溶液经浸渍提拉法后热处理而成。
所述金属氮化物主要采用Cu的氮化物。
一种高温度辐射选择性涂层的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将待喷涂的不锈钢基片处理采用40％的乙醇水溶液洗涤干净，并晾干；
(2)在基片表面喷涂一层树脂膜层，然后喷涂一层金属氧化层，晾干后进行高温烧结4h，然后自然冷却，等到负载有粘结层的基片；
(3)在粘结层表面采用等离子电镀法或等离子火焰喷涂法制备吸收层，得到厚度500μm的吸收层；
(4)在吸收层表面浸渍提拉一层选择性渗透膜作为渗透层，热处理后得到渗透效果良好的金属氮化物渗透层。
用扫描电镜观察其组织形貌、用XRD分析其物相组成、用红外光谱仪测其发射率、用紫外-可见-近红外分光光度计测其吸收率。得到吸收率＝0.87，发射率＝0.42。所制备的选择性吸收涂层在500℃下循环热震80次无剥落，标准盐雾腐蚀试验时间720h试样表面无组织结构改变，吸收和发射性能稳定。
以上所述仅为本发明的一实施例，并不限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高温度辐射选择性涂层，其特征在于：其包括吸收层、渗透层和粘结层，所述渗透层设置在吸收层上端，所述粘结层设置在吸收层下端，所述吸收层采用致密金属氧化层，所述选择层采用金属氮化层。
2.根据权利要求书1所述的一种高温度辐射选择性涂层，其特征在于，所述粘结层采用树脂与氧化物镀膜后高温烧结而成，烧结温度不低于500℃。
3.根据权利要求书2所述的一种高温度辐射选择性涂层，其特征在于，所述粘接层树脂采用环氧有机硅树脂及其改性树脂。
4.根据权利要求书2所述的一种高温度辐射选择性涂层，其特征在于，所述粘结层采用的氧化物为纳米二氧化钛、纳米一氧化钛、纳米氧化镁中的一种。
5.根据权利要求书1所述的一种高温度辐射选择性涂层，其特征在于，所述吸收层采用等离子电镀法或等离子火焰喷涂法制备而成，所述吸收层的膜厚不小于100μm。
6.根据权利要求书5所述的一种高温度辐射选择性涂层，其特征在于，所述吸收层的致密金属氧化层采用改性的纳米氧化铝。
7.根据权利要求书6所述的一种高温度辐射选择性涂层，其特征在于，所述纳米氧化铝的改性剂为纳米氧化锡、纳米二氧化钨、纳米铬或纳米氧化铅中的一种或者几种。
8.根据权利要求书1所述的一种高温度辐射选择性涂层，其特征在于，所述渗透层采用选择性渗透膜，主要采用金属氮化物溶液经浸渍提拉法后热处理而成。
9.根据权利要求书1所述的一种高温度辐射选择性涂层，其特征在于，所述金属氮化物主要采用W、Mo、Al、Cu、Au中任一种的氮化物。
10.一种高温度辐射选择性涂层的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将待喷涂的不锈钢基片处理采用20-50％的乙醇水溶液洗涤干净，并晾干；
(2)在基片表面喷涂一层树脂膜层，然后喷涂一层金属氧化层，晾干后进行高温烧结3-5h，然后自然冷却，等到负载有粘结层的基片；
(3)在粘结层表面采用等离子电镀法或等离子火焰喷涂法制备吸收层，得到厚度大于100μm的吸收层；
(4)在吸收层表面浸渍提拉一层选择性渗透膜作为渗透层，热处理后得到渗透效果良好的金属氮化物渗透层。
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