CN109900625A - 一种集热器用太阳能吸收膜复合腐蚀环境下的寿命评价方法 - Google Patents

Abstract

一种集热器用太阳能吸收膜复合腐蚀环境下的寿命评价方法，包括：将含有盐和酸的复合腐蚀环境分解成单一盐雾腐蚀环境和单一酸雾腐蚀环境，并分别做盐雾腐蚀试验和酸雾腐蚀试验；固定盐雾和酸雾温度，测量不同盐雾浓度和不同pH值酸雾下吸收膜吸收率和发射率随盐雾和酸雾腐蚀时间的变化关系；取上述某一特定盐雾浓度和某一特定pH酸雾，测量不同盐雾和酸雾温度下吸收率和发射率随腐蚀时间的变化关系；由不同温度、不同浓度盐雾数据和不同温度、不同pH酸雾数据拟合得出吸收率和发射率变化量的表达式；分别得出吸收膜在盐雾和酸雾环境下pc值表达式；将两个pc值表达式相加，得出吸收膜在复合腐蚀环境下的总pc值表达式，预测吸收膜复合腐蚀环境下的寿命。

Description

一种集热器用太阳能吸收膜复合腐蚀环境下的寿命评价方法

技术领域

本发明涉及一种集热器用太阳能吸收膜复合腐蚀环境下的寿命评价方法，属于耐候性评价技术领域。

背景技术

集热器工作的实际环境是十分复杂的，通常包含盐雾、酸、温度等因素。吸收膜是集热器的核心组件，其寿命是影响集热器整体寿命的决定性因素，因此评价吸收膜在实际环境下的使用寿命就显得至关重要。目前，已知的吸收膜寿命的评价方法普遍是单一环境下的定性评价方法，如国标GB/T 6424-2007和GB/T 1771-2007给出吸收膜的耐盐雾性能试验方法和定性评价方法，国际标准ISO 22975-3《Solar energy-Collector componentsand materials-Part 3：Absorber surface durability》给出了吸收膜在1ppm SO₂、95％的相对湿度、20℃测试温度酸性环境下使用寿命的定性评价方法，除此之外，尚未见单一腐蚀环境下的定量寿命评价相关报道，含有盐雾、酸和温度的复合腐蚀环境下的吸收膜寿命定量评价方法更是未见报道。因此，提出吸收膜在复合腐蚀环境下的寿命定量评价方法既重要又贴近使用实际。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集热器用太阳能吸收膜复合腐蚀环境下的寿命评价方法，通过制定具体的吸收膜在包含盐雾、酸和温度的复合腐蚀环境下的寿命评价方法步骤，量化考核吸收膜的实际使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种集热器用太阳能吸收膜复合腐蚀环境下的寿命评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将含有盐和酸的复合腐蚀环境分解成单一盐雾腐蚀环境和单一H₂SO₄酸雾腐蚀环境，分别做盐雾腐蚀试验和H₂SO₄酸雾腐蚀试验；

(2)固定盐雾和H₂SO₄酸雾温度T’，测量不同盐雾浓度m和不同pH值酸雾下吸收膜吸收率α和发射率ε随盐雾和酸雾腐蚀时间t的变化关系；

(3)取上述某一特定盐雾浓度m’和某一特定pH'酸雾，测量不同盐雾和酸雾温度T下吸收膜吸收率α和发射率ε随盐雾和酸雾腐蚀时间t的变化关系，其中T包含T’；

(4)由不同温度、不同浓度盐雾数据和不同温度、不同pH酸雾数据拟合得出吸收膜吸收率变化量Δα＝α-α₀和发射率变化量Δε＝ε-ε₀的表达式；

(5)将Δα和Δε代入pc＝0.5Δε-Δα，分别得出吸收膜在盐雾和酸雾环境下pc值表达式；

(6)将吸收膜在盐雾和酸雾环境下pc值表达式相加，得出吸收膜在复合腐蚀环境下的总pc值表达式，此时，式中温度T和时间t对于盐雾腐蚀pc值表达式和酸雾腐蚀pc值表达式是相同的。

其中，对于包含盐雾、酸以及温度的复合腐蚀环境，由于中国的酸雾或酸雨主要是硫酸型，因此可以认为包含盐雾、酸以及温度的复合腐蚀环境等同于包含盐雾、硫酸以及温度的复合腐蚀环境，同时，在复合腐蚀环境腐蚀过程中，主要的化学反应主要发生在盐与吸收膜之间以及酸与吸收膜之间，环境中的盐和酸之间基本不会发生化学反应，因此，可以将吸收膜在复合环境下的腐蚀行为简化成盐对吸收膜的腐蚀行为和酸对吸收膜的腐蚀行为，即盐雾腐蚀和酸雾腐蚀，同时，由于盐雾腐蚀速率和酸雾腐蚀速率与温度相关，因此，可以将环境中的温度影响划归在盐雾和酸雾腐蚀过程中。

其中，所述的α₀和ε₀代表吸收膜未经盐雾和酸雾腐蚀时的初始吸收率和发射率，α和ε代表吸收膜经盐雾和酸雾腐蚀后的吸收率和发射率；所述盐雾浓度选取数量≥4，盐雾浓度在[0.01wt％，1wt％]范围内选择，盐雾温度选取数量≥4，盐雾温度在[293K，333K]范围内选择，盐雾时间选取数量≥5；所述酸雾pH值选取数量≥4，酸雾pH值在[4，6.5]范围内选择，酸雾温度选取数量≥4，酸雾温度在[293K，333K]范围内选择，酸雾腐蚀时间选取数量≥5；每个腐蚀条件下做3个平行样品，按平均值计算涂层吸收率和发射率。

上述盐雾浓度、温度、腐蚀时间点数以及酸雾pH值、温度、腐蚀点数的选取目的在于能够较为完整的描述吸收率和发射率的变化趋势；盐雾浓度范围[0.01wt％，1wt％]的选择目的在于，使得试验盐雾浓度尽量靠近实际环境中的低盐雾浓度，同时又能保证盐雾腐蚀试验的加速进行；酸雾pH值的选择范围[4，6.5]的目的在于靠近并覆盖实际酸雾环境；盐雾和酸雾温度范围[293K，333K]的选取目的在于贴近集热器普遍使用的温度范围。每个腐蚀条件下做3个平行样品的目的在于尽量减少试验样品个体差异引入的试验误差。

在所述集热器用太阳能吸收膜复合腐蚀环境下的寿命评价方法中，吸收膜吸收率变化量Δα在单一盐雾和单一酸雾环境下表达式拟合包含以下步骤：

(1)采用式表达吸收膜吸收率α随单一盐雾和单一酸雾环境的变化关系；

(2)将式简化成y＝a+bxⁿ，其中y＝α，x＝t，a＝α₀，

(3)在单一腐蚀环境下，将不同盐雾浓度m和不同温度T下吸收膜吸收率α随盐雾腐蚀时间t变化曲线以及不同pH酸雾和不同温度T酸雾下吸收膜吸收率α随酸雾腐蚀时间t变化曲线按照式y＝a+bxⁿ进行拟合，拟合得出盐雾和酸雾腐蚀每条曲线的幂指数n；

(4)将拟合得出的盐雾和酸雾腐蚀环境下的幂指数n分别取平均值，得到盐雾和酸雾腐蚀环境下各自的而后将y＝a+bxⁿ改写为

(5)将特定盐雾浓度m’、不同盐雾温度T下吸收率α随盐雾腐蚀时间t的变化关系以及特定pH、不同温度T酸雾下吸收率α随酸雾腐蚀时间t的变化关系分别按照式进行拟合，得出b随盐雾温度T和酸雾温度T的变化关系；

(6)将式进行公式变换，等式两边同时取对数，得出式

(7)对盐雾和酸雾环境下变化关系进行线性拟合，得出盐雾和酸雾条件下各自的线性斜率k，斜率k即为由于R是常数，即可得出盐雾和酸雾腐蚀下各自Q_eff的确切值；

(8)将特定盐雾温度T’、不同盐雾浓度m下吸收率α随盐雾腐蚀时间t的变化关系以及特定温度T’、不同pH酸雾下吸收率α随酸雾腐蚀时间t的变化关系按照式进行拟合，分别得出b随盐雾浓度m和酸雾pH值的变化关系，按照pH值与氢离子浓度m’的关系式m′＝10^-pH，进一步得出b随酸雾氢离子浓度m’的变化关系；

(9)对进行公式变换，得出将盐雾和酸雾下Q_eff的确切值分别代入该公式，得出A随盐雾浓度m和氢离子浓度m’的变化关系，并将A～m和A～m’变化关系按照式A＝pm^q进行拟合，得出浓度系数A随盐雾浓度m和氢离子浓度m’的变化关系式，其中A随氢离子浓度m’的变化关系式根据m′＝10^-pH进一步改写为A＝p(10^-qpH)；

(10)将得出的Q_eff、A＝pm^q代入式得出吸收膜吸收率α随盐雾浓度m、温度T、腐蚀时间t的变化关系式吸收膜吸收率变化量Δα表达式即为

(11)将得出的Q_eff、A＝p(10^-qPH)代入式得出吸收膜吸收率α随酸雾pH值、温度T、腐蚀时间t的变化关系式吸收膜吸收率变化量Δα表达式即为

本发明中，吸收膜的吸收率与吸收膜的有效体积有关。在盐雾和酸雾腐蚀环境下，电化学扩散反应使得吸收膜内部微观组织结构遭到破坏，同时消耗吸收层形成新相，导致有效吸收膜体积降低，进而导致薄膜吸收率下降，因此，吸收率的降低与扩散反应速率相关。阿伦尼乌斯方程是化学反应速率的经验公式，在上述分析的基础上，借鉴阿伦尼乌斯方程构建吸收层在单一盐雾和单一酸雾腐蚀环境下吸收率的表达式式中，A是盐雾浓度或酸雾pH值的函数，Q_eff代表吸收膜经盐雾或酸雾腐蚀导致吸收率变化的有效激活能，是一个常数，R＝8.31451J/(mol·K)为摩尔气体常量，t代表盐雾或酸雾腐蚀时间，幂指数n是常数，有效激活能Q_eff和幂指数n由吸收膜决定，因此，为了确定吸收率随盐雾或酸雾环境变化关系式必须求出浓度系数方程A、有效激活能Q_eff和幂指数n。

其中，式可以简化为y＝a+bxⁿ，其中，y＝α，x＝t，a＝α₀，当固定盐雾或酸雾温度时，b只与盐雾浓度或酸雾pH值(氢离子浓度)有关。

本发明首先按照y＝a+bxⁿ拟合不同浓度、和不同温度T下吸收膜吸收率数据，每一个浓度m和温度T会拟合出一个幂指数n，并得到平均值可以降低后续拟合的误差，继而将公式改写为

本发明首先按照y＝a+bxⁿ分别拟合不同盐雾浓度m、不同温度T下和不同pH酸雾、不同温度T下吸收膜吸收率数据，对于单独盐雾腐蚀，每一个浓度m和温度T会拟合出一个幂指数n，并得到平均值对于单独酸雾腐蚀，每一个酸雾pH值和温度T会拟合出一个幂指数n，并得到平均值可以降低后续拟合的误差，继而将公式改写为

本发明继而按照拟合不同盐雾和酸雾温度T下吸收膜吸收率数据，得出b随盐雾和酸雾温度T的变化关系，而后将式两边同时取对数进行公式变换，得出可以看出呈线性变化关系，对进行线性拟合，由斜率即可分别求出盐雾和酸雾条件下的有效激活能Q_eff。

按照拟合不同盐雾浓度m和不同pH酸雾下吸收率数据，得出b与盐雾浓度m和酸雾pH值的对应变化关系，由于氢离子浓度m与pH值间呈函数关系m＝10^-pH，进一步得出b与酸雾氢离子浓度m的变化关系。对式进行公式变换，得出将盐雾和酸雾下Q_eff的确切值代入该公式，分别得出盐雾和酸雾条件下A～m的变化关系曲线。一般而言，腐蚀速率与盐雾浓度呈指数变化关系，故将A～m变化关系曲线按照式A＝pm^q进行拟合，得出A随盐雾浓度m和酸雾氢离子浓度m的变化关系式，对于酸雾腐蚀条件，A＝pm^q进一步改写为A＝p(10^-qpH)；

将得出的Q_eff、A＝pm^q代入式得出吸收膜吸收率α随盐雾浓度m、温度T、腐蚀时间t的变化关系式吸收膜吸收率变化量Δα表达式即为

将得出的Q_eff、A＝p(10^-qpH)代入式得出吸收膜吸收率α随酸雾pH值、温度T、腐蚀时间t的变化关系式吸收膜吸收率变化量Δα表达式即为

在所述集热器用太阳能吸收膜复合腐蚀环境下的寿命评价方法中，吸收膜发射率变化量Δε表达式拟合包含以下步骤：

(1)采用式表达吸收膜发射率ε随盐雾和酸雾环境的变化关系；

(2)将式简化成其中y＝ε，x＝t，a＝ε₀，

(3)将不同盐雾浓度m、不同温度T下吸收膜发射率ε随盐雾腐蚀时间t变化曲线以及不同pH酸雾、不同温度T酸雾下吸收膜发射率ε随酸雾腐蚀时间t变化曲线按照式进行拟合，拟合得出盐雾和酸雾环境下每条曲线的幂指数n₁和n₂；

(4)将拟合得出的盐雾和酸雾腐蚀环境下的幂指数n₁和n₂分别取平均值，得到盐雾和酸雾腐蚀环境下各自的和而后将改写为

(5)将特定盐雾浓度m’、不同盐雾温度T下发射率ε随盐雾腐蚀时间t的变化关系以及特定pH、不同温度T酸雾下发射率ε随酸雾腐蚀时间t的变化关系按照式进行拟合，分别得出b、c随盐雾和酸雾温度T的变化关系；

(6)将式和式进行公式变换，等式两边同时取对数，得出式和式

(7)对盐雾和酸雾下和变化关系进行线性拟合，得出盐雾和酸雾条件下各自的线性斜率k₁和k₂，斜率由于R是常数，即可得出盐雾和酸雾条件下各自Q₁和Q₂的确切值；

(8)将特定盐雾温度T’、不同盐雾浓度m下吸收膜发射率ε随盐雾腐蚀时间t的变化关系以及特定温度T’、不同pH酸雾下发射率ε随酸雾腐蚀时间t的变化关系按照式进行拟合，分别得出b和c随盐雾浓度m和酸雾pH值的变化关系，按照pH值与氢离子浓度m’的关系式m′＝10^-pH，进一步得出b和c随酸雾氢离子浓度m’的变化关系；

(9)对和进行公式变换，得出和将盐雾和酸雾下Q₁和Q₂的确切值代入A₁和A₂的表达式，得出A₁和A₂随盐雾浓度m和氢离子浓度m’的变化关系，并将A₁～m、A₂～m变化关系和A₁～m’、A₂～m’变化关系按照式A＝pm^q进行拟合，得出A₁和A₂随盐雾浓度m和氢离子浓度m’的变化关系式和其中A随氢离子浓度m’的变化关系式根据m′＝10^-pH进一步改写为和

(10)将得出的Q₁、Q₂、和代入式得出吸收膜发射率ε随盐雾浓度m、温度T、腐蚀时间t的变化关系式 吸收膜发射率变化量Δε表达式即为

(11)将得出的Q₁、Q₂、和代入式得出吸收膜发射率ε随酸雾pH值、温度T、腐蚀时间t的变化关系式吸收膜发射率变化量Δε表达式即为

本发明中，吸收膜的发射率与吸收膜表面的黑度系数有关，表面黑度系数由两个因素决定，即表面粗糙度和表面物质种类。发射率表达式的构筑类似于吸收率，由于发射率受表面粗糙度和表面物质种类的影响，所以，发射率的表达式中需含有两个幂指数项，得出如下构筑方程其中，含1的幂指数项代表表面粗糙度的影响，含2的幂指数项代表新相生成的影响，A₁、Q₁和n₁分别代表与表面粗糙度影响相关的浓度系数方程、激活能和幂指数，A₂、Q₂和n₂分别代表与新相生成影响相关的浓度系数方程、激活能和幂指数，Q₁、n₁和Q₂、n₂均为常数，由吸收膜决定，因此，为了确定吸收率随盐雾和酸雾环境变化关系式必须求出浓度系数方程A₁和A₂、有效激活能Q₁和Q₂以及幂指数n₁和n₂。各系数的确定方法同吸收率相应系数确定方法，并最终得的出盐雾和酸雾条件下发射率变化量Δε表达式和

将盐雾条件下得出的Δα和Δε和酸雾条件下得出的Δα和Δε表达式分别代入pc＝0.5Δε-Δα，得出酸雾和盐雾条件下各自的pc表达关系式，即盐雾条件下酸雾条件下

复合环境下的整体pc值表达式即为两个表达式的加和，即，

本发明的优点在于：

本发明提供了一种集热器用太阳能吸收膜复合腐蚀环境下的寿命评价方法。通过制定具体的复合环境下吸收膜寿命评价方法步骤，使得吸收膜在复合环境下的寿命可量化考核。

附图说明

图1为本发明的集热器用太阳能吸收膜复合腐蚀环境下的寿命评价方法的流程图。

图2为实施例1中的盐雾浓度数据pc值回归曲线。

图3为实施例1中的盐雾温度数据pc值回归曲线。

图4为实施例1中的酸雾pH值数据pc值回归曲线。

图5为实施例1中的酸雾温度数据pc值回归曲线。

图6为实施例1中的复合腐蚀环境下pc值回归曲线。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明做进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本发明的集热器用太阳能吸收膜复合腐蚀环境下的寿命评价方法的流程包括：

(1)将含有盐和酸的复合腐蚀环境分解成单一盐雾腐蚀环境和单一H₂SO₄酸雾腐蚀环境，分别做盐雾腐蚀试验和H₂SO₄酸雾腐蚀试验；

(2)固定盐雾和H₂SO₄酸雾温度T’，测量不同盐雾浓度m和不同pH值酸雾下吸收膜吸收率α和发射率ε随盐雾和酸雾腐蚀时间t的变化关系；

(3)取上述某一特定盐雾浓度m’和某一特定pH’酸雾，测量不同盐雾和酸雾温度T下吸收膜吸收率α和发射率ε随盐雾和酸雾腐蚀时间t的变化关系，其中T包含T’；

(4)由不同温度、不同浓度盐雾数据和不同温度、不同pH酸雾数据拟合得出吸收膜吸收率变化量Δα＝α-α₀和发射率变化量Δε＝ε-ε₀的表达式；

(5)将Δα和Δε代入pc＝0.5Δε-Δα，分别得出吸收膜在盐雾和酸雾环境下pc值表达式；

(6)将吸收膜在盐雾和酸雾环境下pc值表达式相加，得出吸收膜在复合腐蚀环境下的总pc值表达式，此时，式中温度T和时间t对于盐雾腐蚀pc值表达式和酸雾腐蚀pc值表达式是相同的。

本发明提供了一种集热器用太阳能吸收膜复合腐蚀环境下的寿命评价方法。通过制定具体的复合环境下吸收膜寿命评价方法步骤，使得吸收膜在复合环境下的寿命可量化考核。

实施例1

本实施例的吸收膜结构为SiO₂(60nm)/Cr-CrN_y(80nm)/Al(0.30mm)，复合腐蚀环境条件为盐雾浓度0.025wt％，pH值为6.2，温度为308K。将含有盐和酸的复合腐蚀环境分解成单一盐雾腐蚀环境和单一H₂SO₄酸雾腐蚀环境，分别做盐雾腐蚀试验和H₂SO₄酸雾腐蚀试验。

1、盐雾耐候性评价流程如下：

步骤1：实验

(1)固定盐雾温度308K，盐雾浓度为0.025wt％、0.05wt％、0.075wt％、0.1wt％、0.5wt％、1wt％，每一个浓度下盐雾腐蚀时间设置为0h、4h、8h、12h、24h、48h、72h、96h、120h、144h、168h；

(2)固定盐雾浓度1wt％，盐雾温度选取298K、308K、318K、328K，每一个温度下的盐雾腐蚀时间设置为0h、4h、8h、12h、24h、48h、72h、96h、120h、144h、168h；

(3)每一个盐雾腐蚀条件下，设置三个平行样品，吸收率和发射率取三个样品的平均值，经测试，吸收膜初始吸收率和发射率分别为0.952和0.051。

步骤2：吸收膜吸收率变化量Δα表达式拟合

(1)采用式表达吸收膜吸收率α随盐雾环境的变化关系；

(2)将式简化成y＝a+bxⁿ，其中y＝α，x＝t，a＝α₀，

(3)将不同盐雾浓度m和盐雾温度T下吸收膜吸收率α随盐雾腐蚀时间t变化曲线按照式y＝a+bxⁿ进行拟合，得出每条拟合曲线的幂指数n；

(4)将拟合得出的n取平均值，得出而后将y＝a+bxⁿ改写为

(5)将盐雾浓度1wt％、不同盐雾温度T下吸收膜吸收率α随盐雾腐蚀时间t的变化关系按照式进行拟合，得出b随盐雾温度T的变化关系；

(6)将式进行公式变换，等式两边同时取对数，得出式

(7)对变化关系进行线性拟合，得出线性斜率k，斜率由于R＝8.31451J/(mol·K)，得出Q_eff＝50.64826kJ/mol；

(8)将308K不同盐雾浓度m下吸收膜吸收率α随盐雾腐蚀时间t的变化关系按照式进行拟合，得出b随盐雾浓度m的变化关系；

(9)对进行公式变换，得出将Q_eff的确切值代入该公式，得出A随盐雾浓度m的变化关系，并将A～m变化关系按照式A＝pm^q进行拟合，得出浓度系数A随盐雾浓度m的变化关系式，A＝24.01943·m^0.45144；

(10)将得出的Q_eff、A＝pm^q代入式得出吸收膜吸收率α随盐雾浓度m、温度T、腐蚀时间t的变化关系式，吸收膜吸收率变化量Δα表达式即为

步骤3：吸收膜发射率变化量Δε表达式拟合

(1)采用式表达吸收膜发射率ε随盐雾环境的变化关系；

(2)将式简化成其中y＝ε，x＝t，a＝ε₀，

(3)将不同盐雾浓度m和盐雾温度T下吸收膜发射率ε随盐雾腐蚀时间t变化曲线按照式进行拟合，得出每条拟合曲线的n₁和n₂；

(4)将拟合得出的n₁和n₂分别取平均值，得出和而后将改写为

(5)将盐雾浓度1wt％、不同盐雾温度T下吸收膜发射率ε随盐雾腐蚀时间t的变化关系按照式进行拟合，得出b和c随盐雾温度T的变化关系；

(6)将式和式进行公式变换，等式两边同时取对数，得出式和式

(7)对和变化关系进行线性拟合，得出线性斜率k₁和k₂，斜率由于R＝8.31451J/(mol·K)，即可得出Q₁＝60.31163kJ/mol和Q₂＝53.17316kJ/mol；

(8)将308K不同盐雾浓度m下吸收膜发射率ε随盐雾腐蚀时间t的变化关系按照式进行拟合，得出b和c随盐雾浓度m的变化关系；

(9)对和进行公式变换，得出和将Q₁和Q₂的确切值代入A₁和A₂的表达式，得出A₁和A₂随盐雾浓度m的变化关系，并将A₁～m变化关系和A₂～m变化关系按照式A＝pm^q进行拟合，得出A₁和A₂随盐雾浓度m的变化关系式，和

(10)将得出的Q₁、Q₂、和代入式得出吸收膜发射率ε随盐雾浓度m、温度T、腐蚀时间t的变化关系式：

吸收膜发射率变化量Δε表达式即为：

步骤4：寿命评价公式及数据回归

将得出的Δα和Δε表达式代入pc＝0.5Δε-Δα，得出pc表达关系式，即

。不同浓度及不同温度下吸收膜pc值回归拟合结果见图2和图3，由图可见，拟合结果较为理想。

2、酸雾耐候性评价流程如下：

步骤1：实验

(1)固定酸雾温度308K，酸雾pH值为6.2、5.3、4.7和4，每一pH酸雾腐蚀时间设置为0h、4h、8h、12h、24h、48h、72h、96h、120h、144h(视吸收膜失效程度而定)、168h(视吸收膜失效程度而定)；

(2)固定酸雾pH＝5.3，酸雾温度选取298K、308K、318K、328K，每一个温度下的酸雾腐蚀时间设置为0h、4h、8h、12h、24h、48h、72h、96h、120h、144h(视吸收膜失效程度而定)、168h(视吸收膜失效程度而定)；

(3)每一个酸雾腐蚀条件下，设置三个平行样品，吸收率和发射率取三个样品的平均值，经测试，吸收膜初始吸收率和发射率分别为0.952和0.051。

步骤2：吸收膜吸收率变化量Δα表达式拟合

(1)采用式表达吸收膜吸收率α随酸雾环境的变化关系；

(2)将式简化成y＝a+bxⁿ，其中y＝α，x＝t，a＝α₀，

(3)将不同pH酸雾和不同温度T酸雾下吸收膜吸收率α随酸雾腐蚀时间t变化曲线按照式y＝a+bxⁿ进行拟合，得出每条拟合曲线的幂指数n；

(4)将拟合得出的n取平均值，得出而后将y＝a+bxⁿ改写为

(5)将pH＝5.3、不同温度T酸雾下吸收膜吸收率α随酸雾腐蚀时间t的变化关系按照式进行拟合，得出b随酸雾温度T的变化关系；

(6)将式进行公式变换，等式两边同时取对数，得出式

(7)对变化关系进行线性拟合，得出线性斜率k，斜率由于R＝8.31451J/(mol·K)，得出Q_eff＝57.14366kJ/mol；

(8)将308K不同pH酸雾下吸收膜吸收率α随酸雾腐蚀时间t的变化关系按照式进行拟合，得出b随酸雾pH值的变化关系；

(9)由pH值与氢离子浓度m的关系式m＝10^-pH，进一步得出b随酸雾氢离子浓度m的变化关系；

(10)对进行公式变换，得出将Q_eff的确切值代入该公式，得出A随酸雾氢离子浓度m的变化关系，并将A～m变化关系按照式A＝pm^q进行拟合，得出浓度系数A随酸雾氢离子浓度m的变化关系式，A＝23.06785·m^0.46723；

(11)由pH值与氢离子浓度m的关系式m＝10^-pH，A＝pm^q进一步改写为A＝p(10^-qpH)

(12)将得出的Q_eff、A＝p(10^-qpH)代入式得出吸收膜吸收率α随酸雾pH值、温度T、腐蚀时间t的变化关系式吸收膜吸收率变化量Δα表达式即为

步骤3：吸收膜发射率变化量Δε表达式拟合

(1)采用式表达吸收膜发射率ε随酸雾环境的变化关系；

(2)将式简化成其中y＝ε，x＝t，a＝ε₀，

(3)将不同pH酸雾和不同温度T酸雾下吸收膜发射率ε随酸雾腐蚀时间t变化曲线按照式进行拟合，得出每条拟合曲线的n₁和n₂；

(4)将拟合得出的n₁和n₂分别取平均值，得出和而后将改写为

(5)将pH＝5.3、不同温度T酸雾下吸收膜发射率ε随酸雾腐蚀时间t的变化关系按照式进行拟合，得出b和c随酸雾温度T的变化关系；

(6)将式和式进行公式变换，等式两边同时取对数，得出式和式

(7)对和变化关系进行线性拟合，得出线性斜率k₁和k₂，斜率由于R＝8.31451J/(mol·K)，即可得出Q₁＝57.14887kJ/mol和Q₂＝60.47422kJ/mol；

(8)将308K不同pH酸雾下吸收膜发射率ε随酸雾腐蚀时间t的变化关系按照式进行拟合，得出b和c随酸雾pH值的变化关系；

(9)由pH值与氢离子浓度m的关系式m＝10^-PH，进一步得出b和c随酸雾氢离子浓度m的变化关系；

(10)对和进行公式变换，得出和将Q₁和Q₂的确切值代入A₁和A₂的表达式，得出A₁和A₂随酸雾浓度m的变化关系，并将A₁～m变化关系和A₂～m变化关系按照式A＝pm^q进行拟合，得出A₁和A₂随酸雾浓度m的变化关系式A₁＝4.78423E8m^0.32764和A₂＝0.00325m⁰.⁴⁵⁶⁸⁴；

(11)由pH值与氢离子浓度m的关系式m＝10^-pH，和进一步改写为和

(12)将得出的Q₁、Q₂、和代入式得出吸收膜发射率ε随酸雾pH值、温度T、腐蚀时间t的变化关系式吸收膜发射率变化量Δε表达式即为

步骤4：寿命评价公式及数据回归

将得出的Δα和Δε表达式代入pc＝0.5Δε-Δα，得出pc表达关系式，即

不同pH值及不同温度酸雾下吸收膜pc值回归拟合结果见图4和图5，由图可见，拟合结果较为理想。

3、复合环境下寿命预测公式：

将盐雾条件下pc值公式和酸雾条件下pc值公式相加，即得到复合腐蚀环境下的总pc值预测公式，复合腐蚀环境盐雾浓度0.025wt％，pH值6.2，温度308K条件下的数据回归结果见图6，由图可见，拟合结果较为理想。由此，在明确复合环境盐雾浓度、pH值和温度条件下，将pc值设定为0.05，即可求出该体系吸收膜在复合腐蚀环境下的使用寿命t。

Claims (5)

1.一种集热器用太阳能吸收膜复合腐蚀环境下的寿命评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将含有盐和酸的复合腐蚀环境分解成单一盐雾腐蚀环境和单一H₂SO₄酸雾腐蚀环境，分别做盐雾腐蚀试验和H₂SO₄酸雾腐蚀试验；

(2)固定盐雾和H₂SO₄酸雾温度T’，测量不同盐雾浓度m和不同pH值酸雾下吸收膜吸收率α和发射率ε随盐雾和酸雾腐蚀时间t的变化关系；

(3)取上述某一特定盐雾浓度m’和某一特定pH'酸雾，测量不同盐雾和酸雾温度T下吸收膜吸收率α和发射率ε随盐雾和酸雾腐蚀时间t的变化关系，其中T包含T’；

(4)由不同温度、不同浓度盐雾数据和不同温度、不同pH酸雾数据拟合得出吸收膜吸收率变化量Δα＝α-α₀和发射率变化量Δε＝ε-ε₀的表达式，α₀和ε₀代表吸收膜未经盐雾和酸雾腐蚀时的初始吸收率和发射率，α和ε代表吸收膜经盐雾和酸雾腐蚀后的吸收率和发射率；

(5)将Δα和Δε代入pc＝0.5Δε-Δα，分别得出吸收膜在盐雾和酸雾环境下pc值表达式；

(6)将吸收膜在盐雾和酸雾环境下pc值表达式相加，得出吸收膜在复合腐蚀环境下的总pc值表达式，此时，式中温度T和时间t对于盐雾腐蚀pc值表达式和酸雾腐蚀pc值表达式是相同的。

2.根据权利要求1所述的集热器用太阳能吸收膜复合腐蚀环境下的寿命评价方法，其特征在于，盐雾浓度选取数量≥4，盐雾浓度在[0.01wt％，1wt％]范围内选择，盐雾温度选取数量≥4，盐雾温度在[293K，333K]范围内选择，盐雾时间选取数量≥5。

3.根据权利要求1所述的集热器用太阳能吸收膜复合腐蚀环境下的寿命评价方法，其特征在于，酸雾pH值选取数量≥4，酸雾pH值在[4，6.5]范围内选择，酸雾温度选取数量≥4，酸雾温度在[293K，333K]范围内选择，酸雾腐蚀时间选取数量≥5。

4.根据权利要求1所述的集热器用太阳能吸收膜复合腐蚀环境下的寿命评价方法，其特征在于，每个腐蚀条件下做3个平行样品，按平均值计算涂层吸收率和发射率。

5.根据权利要求1所述的集热器用太阳能吸收膜复合腐蚀环境下的寿命评价方法，其特征在于，吸收膜吸收率变化量Δα在单一盐雾和单一酸雾环境下表达式拟合包含以下步骤：

(1)采用式表达吸收膜吸收率α随单一盐雾和单一酸雾环境的变化关系，A是盐雾浓度或酸雾pH值(氢离子浓度)的函数，Q_eff代表吸收膜经盐雾腐蚀或酸雾腐蚀导致吸收率变化的有效激活能，R为摩尔气体常量，；

(2)将式简化成y＝a+bxⁿ，其中y＝α，x＝t，a＝α₀，

(3)在单一腐蚀环境下，将不同盐雾浓度m和不同温度T下吸收膜吸收率α随盐雾腐蚀时间t变化曲线以及不同pH酸雾和不同温度T酸雾下吸收膜吸收率α随酸雾腐蚀时间t变化曲线按照式y＝a+bxⁿ进行拟合，拟合得出盐雾和酸雾腐蚀每条曲线的幂指数n；

(4)将拟合得出的盐雾和酸雾腐蚀环境下的幂指数n分别取平均值，得到盐雾和酸雾腐蚀环境下各自的而后将y＝a+bxⁿ改写为

(5)将特定盐雾浓度m’、不同盐雾温度T下吸收率α随盐雾腐蚀时间t的变化关系以及特定pH、不同温度T酸雾下吸收率α随酸雾腐蚀时间t的变化关系分别按照式进行拟合，得出b随盐雾温度T和酸雾温度T的变化关系；

(6)将式进行公式变换，等式两边同时取对数，得出式

(7)对盐雾和酸雾环境下变化关系进行线性拟合，得出盐雾和酸雾条件下各自的线性斜率k，斜率k即为由于R是常数，即可得出盐雾和酸雾腐蚀下各自Q_eff的确切值；

(8)将特定盐雾温度T’、不同盐雾浓度m下吸收率α随盐雾腐蚀时间t的变化关系以及特定温度T’、不同pH酸雾下吸收率α随酸雾腐蚀时间t的变化关系按照式进行拟合，分别得出b随盐雾浓度m和酸雾pH值的变化关系，按照pH值与氢离子浓度m’的关系式m′＝10^-pH，进一步得出b随酸雾氢离子浓度m’的变化关系；

(9)对进行公式变换，得出将盐雾和酸雾下Q_eff的确切值分别代入该公式，得出A随盐雾浓度m和氢离子浓度m’的变化关系，并将A～m和A～m’变化关系按照式A＝pm^q进行拟合，得出浓度系数A随盐雾浓度m和氢离子浓度m’的变化关系式，其中A随氢离子浓度m’的变化关系式根据m′＝10^-pH进一步改写为A＝p(10^-qpH)；

(10)将得出的Q_eff、A＝pm^q代入式得出吸收膜吸收率α随盐雾浓度m、温度T、腐蚀时间t的变化关系式吸收膜吸收率变化量Δα表达式即为

(11)将得出的Q_eff、A＝p(10^-qPH)代入式得出吸收膜吸收率α随酸雾pH值、温度T、腐蚀时间t的变化关系式吸收膜吸收率变化量Δα表达式即为

吸收膜发射率变化量Δε表达式拟合包含以下步骤：

(1)采用式表达吸收膜发射率ε随盐雾和酸雾环境的变化关系，A₁和A₂是盐雾浓度或酸雾pH值(氢离子浓度)的函数，Q₁代表吸收膜在盐雾或酸雾腐蚀过程中表面粗糙度变化导致发射率变化的激活能，Q₂代表吸收膜在盐雾或酸雾腐蚀过程中新相生成导致发射率变化的激活能；

(2)将式简化成其中y＝ε，x＝t，a＝ε₀，

(3)将不同盐雾浓度m、不同温度T下吸收膜发射率ε随盐雾腐蚀时间t变化曲线以及不同pH酸雾、不同温度T酸雾下吸收膜发射率ε随酸雾腐蚀时间t变化曲线按照式进行拟合，拟合得出盐雾和酸雾环境下每条曲线的幂指数n₁和n₂；

(4)将拟合得出的盐雾和酸雾腐蚀环境下的幂指数n₁和n₂分别取平均值，得到盐雾和酸雾腐蚀环境下各自的和而后将改写为

(5)将特定盐雾浓度m’、不同盐雾温度T下发射率ε随盐雾腐蚀时间t的变化关系以及特定pH、不同温度T酸雾下发射率ε随酸雾腐蚀时间t的变化关系按照式进行拟合，分别得出b、c随盐雾和酸雾温度T的变化关系；

(6)将式和式进行公式变换，等式两边同时取对数，得出式和式

(7)对盐雾和酸雾下和变化关系进行线性拟合，得出盐雾和酸雾条件下各自的线性斜率k₁和k₂，斜率 由于R是常数，即可得出盐雾和酸雾条件下各自Q₁和Q₂的确切值；

(8)将特定盐雾温度T’、不同盐雾浓度m下吸收膜发射率ε随盐雾腐蚀时间t的变化关系以及特定温度T’、不同pH酸雾下发射率ε随酸雾腐蚀时间t的变化关系按照式进行拟合，分别得出b和c随盐雾浓度m和酸雾pH值的变化关系，按照pH值与氢离子浓度m’的关系式m′＝10^-pH，进一步得出b和c随酸雾氢离子浓度m’的变化关系；

(9)对和进行公式变换，得出和将盐雾和酸雾下Q₁和Q₂的确切值代入A₁和A₂的表达式，得出A₁和A₂随盐雾浓度m和氢离子浓度m’的变化关系，并将A₁～m、A₂～m变化关系和A₁～m’、A₂～m’变化关系按照式A＝pm^q进行拟合，得出A₁和A₂随盐雾浓度m和氢离子浓度m’的变化关系式和 其中A随氢离子浓度m’的变化关系式根据m′＝10^-pH进一步改写为和

(10)将得出的Q₁、Q₂、和代入式得出吸收膜发射率ε随盐雾浓度m、温度T、腐蚀时间t的变化关系式吸收膜发射率变化量Δε表达式即为

(11)将得出的Q₁、Q₂、和代入式得出吸收膜发射率ε随酸雾pH值、温度T、腐蚀时间t的变化关系式 吸收膜发射率变化量Δε表达式即为

将以上得出的盐雾和酸雾下各自的Δα和Δε表达式代入pc＝0.5Δε-Δα，分别得出盐雾和酸雾腐蚀条件下pc值表达关系式，盐雾下酸雾下

吸收膜在复合环境下的pc值表达式为：

，

即复合腐蚀环境下吸收膜pc值为单独盐雾腐蚀和单独酸雾腐蚀下pc值之和，由该式，在明确复合腐蚀环境盐浓度m、酸pH值、环境温度T的条件下，将pc值设定为0.05，即可求出该体系吸收膜在复合腐蚀环境下的使用寿命t。