CN109811340A - 太阳能供电系统的经涂覆构件及其制造方法 - Google Patents

太阳能供电系统的经涂覆构件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及太阳能供电系统的经涂覆构件及其制造方法。所述构件包括衬底和涂覆系统。所述涂覆系统包括基底层，所述基底层包括(M1)AX相和(M2)CrX组合物中的至少一个。所述涂覆系统还包括顶部层，所述顶部层包括内嵌于基质中的黑色素。所述基质是金属基基质和陶瓷基基质中的一个。

Description

太阳能供电系统的经涂覆构件及其制造方法
技术领域
本公开大体上涉及经涂覆构件，且更确切地说涉及太阳能供电系统构件的涂层。
背景技术
至少一些太阳热能技术使用反射镜(也称为“定日镜(heliostats)”)聚集太阳辐射以将太阳辐射导向中央塔接收器。在中央塔接收器(也称为“中央太阳能供电系统(central solar power system)”)中，太阳能被作为热量吸收且转化成电力。在中央塔接收器内的是热交换器，其用于将所收集的热量传递到热传递流体，所述热传递流体随后例如用于产生蒸汽以运行涡轮及提取操作以产生电力。
归因于导向典型的中央太阳能供电系统的能量的量，中央太阳能供电系统必须能够承受500℃或更高的操作温度，同时保持高吸收率。为改进高温下中央太阳能供电系统中的材料的稳定性和所述材料的吸收率，中央太阳能供电系统的至少一些已知构件(例如已知热交换器管)包括基于聚合物的涂层，所述基于聚合物的涂层在近似400℃以上的热处理之后转换为基于陶瓷的材料。然而，所述聚合物到陶瓷转换通常与总体涂层缩减相关联，且可能产生微型和/或大型断裂结构，这降低构件的结构稳定性和/或性能。
此外，在高温下的操作期间，至少一些已知经涂覆构件经受氧化，这干扰了构件的性能。举例来说，形成于热交换器衬底和涂层之间的界面处的氧化层可能不利地影响系统的机械特性(例如，机械粘合)和热学热传递(例如，涂层的热传递系数)。举例来说，基于聚合物的涂层不能完全玻璃化，从而使涂层具有相对低的抗氧化性。
发明内容
在一个方面中，提供一种构件。所述构件包括衬底和涂覆系统。涂覆系统包括基底层，所述基底层包括(M1)AX相和(M2)CrX组合物(composition)中的至少一个。涂覆系统还包括顶部层，所述顶部层包括内嵌于基质(matrix)中的黑色素(black pigment)。所述基质是金属基基质(metal-based matrix)和陶瓷基基质(ceramic-based matrix)中的至少一个。
在另一方面中，提供一种太阳能供电系统。太阳能供电系统包括中央太阳能接收器，所述中央太阳能接收器包括至少一个热交换器构件。太阳能供电系统还包括被配置成朝向中央太阳能接收器反射太阳能的至少一个定日镜。所述至少一个热交换器构件包括衬底和涂覆系统。涂覆系统包括基底层(base layer)，所述基底层包括(M1)AX相和(M2)CrX组合物中的至少一个。涂覆系统还包括顶部层，所述顶部层具有至少90％的太阳辐射吸收系数(coefficient of absorption of solar radiation)。
在又一方面中，提供一种制造构件的方法。所述方法包括将基底层施加到构件的衬底的外表面上。基底层包括(M1)AX相和(M2)CrX组合物中的至少一个。所述方法还包括将顶部层施加到基底层的外表面上。顶部层包括内嵌于基质中的黑色素。所述基质是金属基基质和陶瓷基基质中的至少一个。
附图说明
图1是包括热交换器构件的太阳能供电系统的示范性实施例的示意图。
图2是可与图1中示出的太阳能供电系统一起使用的示范性热交换器构件的一部分的示意性横截面图。
图3是可与图1中示出的太阳能供电系统一起使用的另一示范性热交换器构件的一部分的示意性横截面图。
图4是可与图1中示出的太阳能供电系统一起使用的另一示范性热交换器构件的一部分的示意性横截面图。
图5是可与图1中示出的太阳能供电系统一起使用的另一示范性热交换器构件的一部分的示意性横截面图。
图6是制造经涂覆构件的示范性方法的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例提供优于太阳能供电系统中使用的至少一些经涂覆构件的优点。所述构件包括涂覆系统，所述涂覆系统包括基底层和顶部层。所述基底层包括MAX相和MCrX组合物中的至少一个，且经调适以实现抗氧化性和耐腐蚀性以保护构件的衬底，以及高导热性以输送由顶部层吸收的能量。顶部层提供高吸收率和低发射率。
除非另外指示，否则本说明书中所使用的估计性措辞，例如“一般来说”、“大体上”和“约”，指示如此修饰的术语可能仅适用于所属领域的一般技术人员所能认可的某一近似程度，而非适用于某一绝对或完美程度。估计性措辞可适用于修饰可能在允许范围内变化的任何定量表示，而不改变其相关的基本功能。因此，由例如“约”、“近似”和“大体上”等术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，估计性措辞可对应于用于测量值的仪器的精度。在此处以及贯穿本说明书和权利要求书，可指明范围限制。除非上下文或措辞另外指示，否则此类范围可进行组合和/或互换，且包括其中所含的所有子范围。
另外，除非另有指示，否则“第一”、“第二”等用语在本说明书中仅用作标记，而并不希望将次序、位置或层次要求施加于这些用语所指的事项。此外，举例来说，提及“第二”事项并不要求或排除例如“第一”或更低编号事项或“第三”或更高编号事项的存在。
图1是包括热交换器构件160的太阳能供电系统100的示意图。更具体地说，太阳能供电系统100包括中央太阳能接收器120，所述中央太阳能接收器120包括热传递流体(未图示)穿过其中流动的至少一个热交换器构件160。如本说明书中所使用，“热交换器构件(heat exchanger component)”通常指代被配置成将太阳能传递到热传递流体的一个或多个构件。在示范性实施例中，热交换器构件160具有细长圆柱形主体。在替代实施例中，热交换器构件160具有任何合适的形状，例如具有矩形横截面或其它的细长主体。在示范性实施例中，热交换器构件160由例如钢或超合金(例如，基于镍的超合金、基于钴的超合金或基于铁的超合金)等金属制成。在替代实施例中，热交换器构件160由适于承受相关联高温的任何其它材料制成。
在示范性实施例中，所述至少一个热交换器构件160至少部分用涂覆系统140涂覆。太阳能由至少一个定日镜180反射到中央太阳能接收器120，其中太阳能加热流动穿过所述至少一个热交换器构件160的热传递流体。经加热的热传递流体随后例如用于通过如此项技术中已知的多种不同合适的方法中的任一个产生电力。应理解，涂覆系统140可完全涂覆每一热交换器构件160，或将其部分涂覆到任何合适的程度，而不偏离本公开的范围。
图2是热交换器构件160(图1中示出)的示范性实施例的一部分的示意性横截面图，指定为构件200。确切地说，构件200包括涂覆系统140(图1中示出)，指定为涂覆系统202。尽管在示范性实施例中构件200是热交换器构件160，但在替代实施例中，构件200是用于其中构件200被配置成吸收太阳光谱中的反射辐射的任何合适的应用的任何合适的构件。
在示范性实施例中，涂覆系统202设置于衬底204的外表面205上。衬底204通常指代构件200的结构基底，且由金属或其它合适的材料制成。外表面205是在无所描述的涂覆系统202的情况下构件200的将暴露于环境的最外表面。举例来说，在一些实施例中，衬底204包括多层(未图示)材料，且衬底204的外表面205是最外层的表面。
在示范性实施例中，涂覆系统202包括基底层206，所述基底层设置于衬底204的外表面205上，且从外表面205朝外延伸到基底层206的外表面210。涂覆系统202进一步包括设置于基底层206的外表面210上且接触外表面210的顶部层208。
基底层206被配置成保护衬底204以防氧化和腐蚀。在某些实施例中，基底层206包括MAX-相和MCrX组合物中的至少一个。为促进区分每种类型的材料中可充当“M”的元素，MAX-相材料(MAX-phase materials)将在本说明书中被称作(M1)AX-相((M1)AX-phases)，且MCrX组合物将在本说明书中被称作(M2)CrX组合物。在示范性实施例中，基底层206并不对涂覆系统202的总体吸收率(overall absorptivity)产生很大贡献。举例来说，基底层206不包括内嵌于MAX-相和/或MCrX组合物中或以其它方式添加到MAX-相和/或MCrX组合物的黑色素。在替代实施例中，基底层206将涂覆系统202的总体吸收率促进到任何合适的程度。
(M1)AX-相是表征为大于8·10-6K-1的热膨胀系数(“CTE”)、700℃下大于15W/m·K的热导率、大于5MPa·m1/2的断裂韧度(fracture toughness)(“KIC”)和高抗氧化性的一类陶瓷材料。(M1)AX相材料具有(M1)n+1AXn化学式，其中n＝1、2或3；M1是例如Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Sc或Ta等早期过渡金属(early transition metal)；A是例如Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、Cd、In、Sn、Tl或Pb等A族元素(A-group element)；且X是C和/或N。
(M2)CrX组合物表征为约500℃到1000℃的范围内的温度、大于10W/m·K的热导率和高抗氧化性下约10·10-6K-1到约20·10-6K-1的范围内的CTE。(M2)CrX组合物包括M2为Ni、Co、Fe或其任何组合；Cr为铬；且X为Al、Ti、Si、Ta、Nb、Mo、W、Mn、Y、B或其任何组合。在示范性实施例中，(M2)CrX组合物包括约40％到约85重量％范围内的M2、约5％到约45重量％范围内的Cr，和约0.5％到约21重量％范围内的X。
在示范性实施例中，基底层206具有约30μm到约500μm范围内的厚度。在替代实施例中，基底层206具有使基底层206能够如本说明书中所描述起作用的任何合适的厚度。
在示范性实施例中，基底层206具有约0.5％到约20％范围内的孔隙度(porosity)。在替代实施例中，基底层206具有使基底层206能够如本说明书中所描述起作用的任何合适的孔隙度。
在示范性实施例中，基底层206通过任何合适的方法设置于衬底204的外表面205上，所述方法例如(但不限于)冷气体喷射(cold gas spray，GDCS)、热喷射(例如，大气等离子体喷射(atmospheric plasma spray，APS)、高速氧燃料(high velocity oxygen fuel，HVOF)，或高速空气燃料(high velocity air fuel，HVAF))、金属丝电弧喷射、等离子体电解氧化(plasma electrolytic oxidation，PEO)、电镀、无电镀敷(electroless plating)、薄层钎焊(sheet brazing)、激光熔覆、基于浆料的方法，或其任何组合。在示范性实施例中，基底层206形成为单层。在替代实施例中，基底层206由多层形成，其一个实例在图3中示出且在下文进一步论述。
在某些实施例中，基底层206的外表面210的构形(topography)被配置成通过机械互锁增强顶部层208到基底层206的粘合。举例来说，外表面210包括多个表面特征211，其各自限定约2μm到约50μm范围内的峰-到-谷深度。在替代实施例中，表面特征211各自限定使基底层20能够如本说明书中所描述起作用的任何合适的峰-到-谷深度。在其它替代实施例中，基底层206不包括表面特征211。
在一些实施例中，外表面210的构形在基底层206的沉积期间形成。在其它实施例中，外表面210的构形至少部分在后沉积工艺(post-deposition process)中形成。
在示范性实施例中，顶部层208包括内嵌于基质212中的黑色素213。顶部层208被配置成限定构件200的选定的光学特性，例如吸收率和发射率(absorptivity andemissivity)。在某些实施例中，黑色素213包括氧化物陶瓷材料和/或非氧化物陶瓷材料的任何组合。更具体地说，在一些实施例中，黑色素213包括一种或多种非氧化物陶瓷材料，而在其它实施例中，黑色素213包括一种或多种氧化物陶瓷材料，且在另外其它实施例中，黑色素213包括至少一种非氧化物陶瓷材料和至少一种氧化物陶瓷材料。氧化物陶瓷材料是包括某一氧化物组分的陶瓷材料，所述氧化物组分例如Co3O4、TiO2、SiO2、Fe2O3、Fe3O4、Mn2O3,、和CuO。相比而言，非氧化物陶瓷材料是缺乏某一氧化物组分的材料，所述氧化物组分例如SiC、Si3N4、Ti3SiC2、Ti4SiC3、Ti2AlC、Ti3AlC2、Cr2AlC、碳黑、碳纳米管和石墨烯。在替代实施例中，黑色素213包括使顶部层208能够如本说明书中所描述起作用的任何合适的材料。举例来说，在某些实施例中，顶部层208具有至少90％的太阳辐射吸收系数(coefficient of absorption of solar radiation)。此外，在一些实施例中，顶部层208具有至少95％的太阳辐射吸收系数。
在示范性实施例中，基质212是金属基基质、陶瓷基基质及其组合中的一个。举例来说，基质212包括如上文所描述的金属基(M2)CrX组合物中的任一个。对于另一实例，基质212包括如上文所描述的陶瓷基(M1)AX相中的任一个和/或SiO2、Al2O3、TiO2和ZrO2中的至少一个。另外或替代地，用于基质212的陶瓷基基质经由热处理从预陶瓷聚合物衍生(derivedfrom pre-ceramic polymers)，例如从Si-O-C-N-B系统中的硅基预陶瓷聚合物衍生。在一些实施例中，相比于使用包括聚合物衍生陶瓷材料的已知涂层系统的构件，因为由上文描述的材料形成的基底层206的结构稳定性得以改进，故包括顶部层208的基质212中的聚合物衍生陶瓷的构件200的使用寿命增加。在替代实施例中，基质212包括金属基和/或陶瓷基材料的任何合适的组合。更具体地说，在一些实施例中，基质212包括一种或多种金属基材料，而在其它实施例中，基质212包括一种或多种基于氧化物陶瓷的材料，且在另外其它实施例中，基质212包括至少一种金属基材料和至少一种陶瓷基材料。
在替代实施例中，顶部层208是使涂覆系统202能够如本说明书中所描述起作用的任何合适的组合物。
在某些实施例中，顶部层208的厚度在约2μm到约50μm的范围内。举例来说，顶部层208的厚度在约2μm到约20μm的范围内以促进太阳辐射的有效吸收和涂覆系统202的结构稳定性的改进。对于另一实例，顶部层208的厚度在约10μm到30μm的范围内以促进太阳辐射的有效吸收和涂覆系统202的结构稳定性的改进。在一些实施例中，顶部层208的厚度在约20μm到约30μm的范围内，确切地说促进太阳辐射的有效吸收和涂覆系统202的结构稳定性的改进。在替代实施例中，顶部层208的厚度在使涂覆系统202能够如本说明书中所描述起作用的任何合适的范围内。
在一些实施例中，顶部层208具有被配置成增加太阳辐射的吸收的表面粗糙度，其一个实例在图5中示出且在下文进一步论述。在替代实施例中，顶部层208具有使涂覆系统202能够如本说明书中所描述起作用的任何合适的表面粗糙度。
在示范性实施例中，顶部层208通过任何合适的方法设置于基底层206的外表面210上，所述方法例如(但不限于)冷气体喷射(GDCS)、热喷射(例如，大气等离子体喷射(APS)、高速氧燃料(HVOF)，或高速空气燃料(HVAF))、金属丝电弧喷射、等离子体电解氧化(PEO)、电镀、无电镀敷、薄层钎焊、激光熔覆、基于浆料的方法、涂料刷擦、空气刷擦、海绵刷擦、浸涂、电泳沉积、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)，或其任何组合。在示范性实施例中，顶部层208形成为单层。在替代实施例中，顶部层208由多层形成，其一个实例在图4中示出且在下文进一步论述。
图3是构件200的另一示范性实施例的一部分的示意性横截面图。在所示出的实施例中，构件200如图2中所描述，只是基底层206包括多个基底层300，例如第一基底层302和第二基底层304。尽管仅示出两个基底层302和304，但在替代实施例中，多个基底层300包括使涂覆系统202能够如本说明书中所描述起作用的任何合适数目的基底层300。
多个基底层300由上文关于基底层206所描述的材料形成。在示范性实施例中，至少一个材料性质在个别基底层300之间变化。举例来说，第一基底层302的孔隙度不同于第二基底层304的孔隙度。或者，任何合适的材料性质或材料性质的组合在至少一些基底层300之间变化。
举例来说，第一基底层302由至少一个(M1)AX-相材料形成，且基底层206的第二基底层304由至少一个(M2)CrX组合物形成。对于另一实例，第一基底层302由至少一个(M2)CrX组合物形成，且第二基底层304由至少一个(M1)AX-相材料形成。对于另一实例，第一基底层302由至少第一(M1)AX-相材料形成，且第二基底层304由至少第二(M1)AX-相材料形成。对于另一实例，第一基底层302由至少第一(M2)CrX组合物形成，且第二基底层304由至少第二(M2)CrX组合物形成。或者，每一基底层300由使涂覆系统202能够如本说明书中所描述起作用的任何材料或材料组合形成。
图4是构件200的另一示范性实施例的一部分的示意性横截面图。在所示出的实施例中，构件200如图2中所描述，只是顶部层208包括多个顶部层400，例如第一顶部层402和第二顶部层404。尽管仅示出两个顶部层402和404，但在替代实施例中，多个顶部层400包括使涂覆系统202能够如本说明书中所描述起作用的任何合适数目的顶部层400。
多个顶部层400由上文关于顶部层208所描述的材料形成。在示范性实施例中，多个顶部层400中的每一个具有不同组合物，使得至少一个材料性质在个别顶部层400之间变化。举例来说，相比于顶部层400的其它顶部层，邻近于基底层206的第一顶部层402由选定的组合物形成，以具有到基底层206的相对高的粘附性。对于另一实例，相比于顶部层400的其它顶部层，形成顶部层208的外表面的第二顶部层404由选定的组合物形成，以具有相对较高的吸收率和相对较低的发射率。或者，任何合适的材料性质或材料性质的组合在至少一些顶部层400之间变化。
举例来说，第一顶部层402的基质212由至少一个金属基组合物形成，且第二顶部层404的基质212由至少一个陶瓷基组合物形成。对于另一实例，第一顶部层402的基质212由至少一个陶瓷基组合物形成，且第二顶部层404的基质212由至少一个金属基组合物形成。对于另一实例，第一顶部层402的基质212由至少第一金属基组合物形成，且第二顶部层404的基质212由至少第二金属基组合物形成。对于另一实例，第一顶部层402的基质212由至少第一陶瓷基组合物形成，且第二顶部层404的基质212由至少第二陶瓷基组合物形成。或者，每一顶部层400由使涂覆系统202能够如本说明书中所描述起作用的任何材料或材料组合形成。
尽管具有多个基底层300的涂覆系统202和具有多个顶部层400的涂覆系统202在图3和4中单独地示出，但应理解，在一些实施例中，涂覆系统202包括各自如上文所描述的多个基底层300以及多个顶部层400。
图5是构件200的另一示范性实施例的一部分的示意性横截面图。在所示出的实施例中，构件200如图2中所描述，只是顶部层208的外表面502具有被配置成增加太阳辐射的吸收的表面粗糙度。举例来说，第一光线500以小角度接近顶部层208，使得第一光线500将被反射远离平滑的外表面502。外表面502的表面粗糙度致使第一光线500被吸收。对于另一实例，第二光线501以近似90度的角度接近顶部层208，但初始地以小入射角碰到变粗糙的外表面502上的局部点。表面粗糙度并不抑制第二光线501的吸收，因为第二光线501以促进吸收的角度从初始入射点反射到外表面502的另一部分。因此，变粗糙的外表面502通过致使入射的太阳辐射在外表面502上反射多次来促进太阳能的增加的吸收。
在一些实施例中，外表面502的粗糙度在顶部层208的沉积期间形成。在其它实施例中，外表面502的粗糙度至少部分在后沉积工艺中形成。
在一些实施例中，顶部层208的外表面502的表面粗糙度表征为最大粗糙度型面高度(maximum roughness profile height)(“Rz”)和平均型面不规整性间隔(mean spacingof profile irregularities)(“RSm”)，如ISO 4287，几何产品规格(GPS)--表面纹理：型面方法--术语、定义和表面纹理参数(1997)中定义。在示范性实施例中，Rz在约10μm到200μm的范围内，且Rz大于0.1乘以RSm。在替代实施例中，Rz和Rsm具有使顶部层208能够如本说明书中所描述起作用的任何合适的值，例如(但不限于)描述相对平滑外表面502的值。
尽管具有相对增加的表面粗糙度的顶部层208的外表面502在图5中示出为结合具有单一层的基底层206和顶部层208中的每一个使用，但应理解，在一些实施例中，涂覆系统202包括结合分别在图3和4中示出的多个基底层300和多个顶部层400中的任一个或两个的具有相对增加的表面粗糙度的顶部层208的外表面502。
图6是制造例如构件200等构件的示范性方法600的流程图。举例来说，所述构件可与例如太阳能供电系统100等太阳能供电系统一起使用。在示范性实施例中，方法600包括将例如基底层206等基底层施加602到例如衬底204的外表面205等构件的衬底的外表面上。基底层包括(M1)AX相和(M2)CrX组合物中的至少一个。方法600还包括将例如顶部层208等顶部层施加604到例如外表面210等基底层的外表面上。顶部层包括内嵌于基质中的黑色素，例如内嵌于基质212中的黑色素213。所述基质是金属基基质和陶瓷基基质中的至少一个。
在一些实施例中，施加602基底层的步骤包括施加606具有化学式(M1)n+1AXn的(M1)AX相，其中n＝1、2或3；M1包括Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Sc和Ta中的一个；A包括Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、Cd、In、Sn、Tl和Pb中的一个；且X包括C和N中的至少一个。另外或替代地，在某些实施例中，施加602基底层的步骤包括608施加(M2)CrX组合物，其中M2包括Ni、Co和Fe中的至少一个，且X包括Al、Ti、Si、Ta、Nb、Mo、W、Mn、Y和B中的至少一个。另外或替代地，在一些实施例中，施加604顶部层的步骤包括施加610具有至少90％的太阳辐射吸收系数的顶部层。
实例
借助于图示提供涂覆系统202的以下实验室测试实例。然而，这些实例并不限制本公开的应用。
对于实例1，使用被实施为ASTM A213T91钢合金以及铬镍铁(Inconel)617合金的衬底204形成构件200。涂覆系统202应用于每一衬底204，且包括具有两个基底层300的基底层206。更具体地说，第一基底层302被实施为由NiCrAlSiTaY组合物形成的第一(M2)CrX组合物，且第二基底层304被实施为由NiCrCoAISiTaY组合物形成的第二(M2)CrX组合物。两个基底层300使用大气等离子体喷射(APS)方法设置于衬底204上，使得基底层206具有350μm的总厚度。顶部层208由市售的黑涂料形成且使用海绵涂刷方法(sponge brush method)设置于基底层206上，使得顶部层208具有约2μm到约20μm范围内的厚度。模拟8,800小时使用寿命，至约600℃到约700℃的温度范围的构件200的锅炉循环测试论证了涂覆系统202相比于已知涂层系统就微结构完整性和太阳能吸收率而言的较稳定性能。
对于实例2，构件200再次使用被实施为ASTM A213T91钢合金以及铬镍铁617合金的衬底204形成。涂覆系统202应用于每一衬底204且包括被实施为由NiCrAlSiTaY组合物形成的(M2)CrX组合物的基底层206，且使用APS方法设置于衬底204上，使得基底层206具有约100μm到约200μm的范围内的厚度。顶部层208再次由市售的黑涂料形成且使用空气涂刷方法设置于基底层206上，使得顶部层208具有约10μm到约30μm的范围内的厚度。模拟3,300小时的使用寿命、至约600℃到约700℃的温度范围的构件200的锅炉循环测试论证了涂覆系统202相比于已知涂层系统就微结构完整性和太阳能吸收率而言的较稳定性能。
经涂覆构件的上文所描述的实施例克服例如太阳能供电系统的构件等构件的已知涂层的至少一些缺点。具体地说，实施例包括一种涂覆系统，所述涂覆系统包括经调适实现构件衬底的抗氧化性和耐腐蚀性以及高温环境中的防破裂能力的基底层。涂层系统还包括经调适实现高太阳辐射吸收率和低发射率的顶部层，使得基底层不必对涂层的吸收率作出很大贡献。并且，具体地说，在一些实施例中，基底层的外表面的构形被配置成经由机械互锁改进顶部层的粘合。并且，具体地说，在某些实施例中，顶部层具有被配置成改进吸收率的表面粗糙度。并且，具体地说，在某些实施例中，基底层和/或顶部层包括多层，且所述多层中的一些层的组合物进一步经调适来改进所述层的至少一个材料性质。
上文详细描述了经涂覆构件和制造所述构件的方法的示范性实施例。所述系统和方法不限于本说明书所描述的具体实施例，事实上，系统的构件和/或方法的步骤可以独立地且与本说明书所描述的其它构件和/或步骤分开利用。举例来说，涂层系统还可结合其它机器和方法使用，且不限于仅以如本说明书所描述的太阳能供电系统实践。事实上，所述实施例可结合许多其它高温应用而实施和利用。
尽管本公开的各种实施例的具体特征可能在一些附图中示出而未在其它附图中示出，但这仅仅是为了方便起见。此外，以上描述中对“一个实施例”的提及并不希望被解释为排除同样并有所陈述特征的额外实施例的存在。根据本公开的原理，可结合任何其它附图的任何特征参考和/或主张附图的任何特征。
本说明书使用包括最佳模式的实例来说明本公开，且还使所属领域的技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及进行任何所并入的方法。本公开的可获专利的范围由权利要求书界定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果这些其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们希望在权利要求书的范围内。
本公开的各个方面和实施例由以下条款界定：
技术方案1提供一种构件，包括：
衬底；以及
涂覆系统，包括：
基底层，包括(M1)AX相和(M2)CrX组合物中的至少一个；
以及
顶部层，包括内嵌于基质中的黑色素，其中所述基质是金属基基质和陶瓷基基质中的至少一个。
技术方案2.根据技术方案1所述的构件，其中所述基底层包括具有化学式(M1)n+ 1AXn的所述(M1)AX相，其中
n＝1、2或3，
M1包括Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Sc和Ta中的一个，
A包括Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、Cd、In、Sn、Tl和Pb中的一个，且
X包括C和N中的至少一个。
技术方案3.根据技术方案1所述的构件，其中所述基底层包括所述(M2)CrX组合物，包括：
M2包括Ni、Co和Fe中的至少一个；以及
X包括Al、Ti、Si、Ta、Nb、Mo、W、Mn、Y和B中的至少一个。
技术方案4.根据技术方案1所述的构件，其中所述基底层具有约30μm到约500μm范围内的厚度。
技术方案5.根据技术方案1所述的构件，其中所述顶部层的外表面具有最大粗糙度型面高度Rz和平均型面不规整性间隔RSm，其中Rz在约10μm到约200μm的范围内，且其中Rz大于0.1乘以RSm。
技术方案6.根据技术方案1所述的构件，其中所述顶部层具有至少90％的太阳辐射吸收系数。
技术方案7.根据技术方案1所述的构件，其中所述基底层包括接触所述顶部层的外表面，所述外表面被配置成以机械方式与所述顶部层互锁。
技术方案8.根据技术方案1所述的构件，其中所述顶部层具有约2μm到约50μm范围内的厚度。
技术方案9提供一种太阳能供电系统，包括：
中央太阳能接收器，包括至少一个热交换器构件；以及
至少一个定日镜，被配置成朝向所述中央太阳能接收器反射太阳能，其中所述至少一个热交换器构件包括：
衬底；以及
涂覆系统，包括：
基底层，包括(M1)AX相和(M2)CrX组合物中的至少一个；以及
顶部层，具有至少90％的太阳辐射吸收系数。
技术方案10.根据技术方案9所述的太阳能供电系统，其中所述(M1)AX相包括(M1)n+1AXn，其中
n＝1、2或3，
M1包括Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Sc和Ta中的一个，
A包括Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、Cd、In、Sn、Tl和Pb中的一个，且
X包括C和N中的至少一个。
技术方案11.根据技术方案9所述的太阳能供电系统，其中所述(M2)CrX组合物包括：
M2包括Ni、Co和Fe中的至少一个；以及
X包括Al、Ti、Si、Ta、Nb、Mo、W、Mn、Y和B中的至少一个。
技术方案12.根据技术方案9所述的太阳能供电系统，其中所述基底层具有约30μm到约500μm范围内的厚度。
技术方案13.根据技术方案9所述的太阳能供电系统，其中所述顶部层包括内嵌于基质中的黑色素，其中所述基质是金属基基质和陶瓷基基质中的至少一个。
技术方案14.根据技术方案9所述的太阳能供电系统，其中所述顶部层的外表面具有最大粗糙度型面高度Rz和平均型面不规整性间隔RSm，其中Rz在约10μm到约200μm的范围内，且其中Rz大于0.1乘以RSm。
技术方案15.根据技术方案9所述的太阳能供电系统，其中所述顶部层具有至少95％的太阳辐射吸收系数。
技术方案16.根据技术方案9所述的太阳能供电系统，其中所述基底层包括接触所述顶部层的外表面，所述外表面被配置成以机械方式与所述顶部层互锁。
技术方案17提供一种制造构件的方法，所述方法包括：
将基底层施加到所述构件的衬底的外表面上，其中所述基底层包括(M1)AX相和(M2)CrX组合物中的至少一个；以及
将顶部层施加到所述基底层的外表面上，其中所述顶部层包括内嵌于基质中的黑色素，其中所述基质是金属基基质和陶瓷基基质中的至少一个。
技术方案18.根据技术方案17所述的方法，其中施加所述基底层包括施加具有化学式(M1)n+1AXn的所述(M1)AX相，其中
n＝1、2或3，
M1包括Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Sc和Ta中的一个，
A包括Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、Cd、In、Sn、Tl和Pb中的一个，且
X包括C和N中的至少一个。
技术方案19.根据技术方案17所述的方法，其中施加所述基底层包括施加所述(M2)CrX组合物，且其中
M2包括Ni、Co和Fe中的至少一个，且
X包括Al、Ti、Si、Ta、Nb、Mo、W、Mn、Y和B中的至少一个。
技术方案20.根据技术方案17所述的方法，其中施加所述顶部层包括施加具有至少90％的太阳辐射吸收系数的所述顶部层。

Claims (10)

1.一种构件(200)，包括：
衬底(204)；以及
涂覆系统(202)，包括：
基底层(206)，包括(M1)AX相和(M2)CrX组合物中的至少一个；以及
顶部层(208)，包括内嵌于基质(212)中的黑色素(213)，其中所述基质是金属基基质和陶瓷基基质中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的构件(200)，其中，所述基底层(206)包括具有化学式(M1)n+1AXn的所述(M1)AX相，其中
n＝1、2或3，
M1包括Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Sc和Ta中的一个，
A包括Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、Cd、In、Sn、Tl和Pb中的一个，且
X包括C和N中的至少一个。
3.根据权利要求1或2所述的构件(200)，其中，所述基底层(206)包括所述(M2)CrX组合物，包括：
M2包括Ni、Co和Fe中的至少一个；以及
X包括Al、Ti、Si、Ta、Nb、Mo、W、Mn、Y和B中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的构件(200)，其中，所述基底层(206)具有约30μm到约500μm范围内的厚度。
5.根据权利要求1所述的构件(200)，其中，所述顶部层(208)的外表面(205)具有最大粗糙度型面高度Rz和平均型面不规整性间隔RSm，其中Rz在约10μm到约200μm的范围内，且其中Rz大于0.1乘以RSm。
6.一种太阳能供电系统(100)，包括：
中央太阳能接收器(120)，包括至少一个热交换器构件(160)；以及
至少一个定日镜(180)，被配置成朝向所述中央太阳能接收器反射太阳能，其中所述至少一个热交换器构件包括：
衬底(204)；以及
涂覆系统(202)，包括：
基底层(206)，包括(M1)AX相和(M2)CrX组合物中的至少一个；以及
顶部层(208)，具有至少90％的太阳辐射吸收系数。
7.根据权利要求6所述的太阳能供电系统(100)，其中，所述(M1)AX相包括(M1)n+1AXn，其中
n＝1、2或3，
M1包括Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Sc和Ta中的一个，
A包括Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、Cd、In、Sn、Tl和Pb中的一个，且
X包括C和N中的至少一个。
8.根据权利要求6或7所述的太阳能供电系统(100)，其中，所述(M2)CrX组合物包括：
M2包括Ni、Co和Fe中的至少一个；以及
X包括Al、Ti、Si、Ta、Nb、Mo、W、Mn、Y和B中的至少一个。
9.一种制造构件的方法，所述方法包括：
将基底层施加到所述构件的衬底的外表面上，其中所述基底层包括(M1)AX相和(M2)CrX组合物中的至少一个；以及
将顶部层施加到所述基底层的外表面上，其中所述顶部层包括内嵌于基质中的黑色素，其中所述基质是金属基基质和陶瓷基基质中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的方法，其中施加所述基底层包括施加具有化学式(M1)n+1AXn的所述(M1)AX相，其中
n＝1、2或3，
M1包括Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Sc和Ta中的一个，
A包括Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、Cd、In、Sn、Tl和Pb中的一个，且
X包括C和N中的至少一个。
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