CN110699642A - 一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层，该涂层由抛光不锈钢片构成的吸热体基底、W构成的红外反射层、AlCrWTaTiNbN构成的主吸收层、AlCrWTaTiNbNO构成的次吸收层和SiO2构成的减反射层组成。主吸收层是指采用等摩尔比的金属Al、Cr、W、Ta、Ti、Nb通过熔炼法制备的AlCrWTaTiNb高熵合金的氮化物；次吸收层是指采用等摩尔比的金属Al、Cr、W、Ta、Ti、Nb通过熔炼法制备的AlCrWTaTiNb高熵合金的氮氧化物。本发明还公开了该涂层的制备方法。本发明制备工艺简单、成本较低，所制备的涂层在大气质量因子AM1.5条件下，吸收率≥0.93，发射率≤0.10；且该涂层在真空600℃具有良好的热稳定性能，可应用于太阳能光热发电领域。

Description

一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能高温光热利用和真空镀膜技术领域，尤其涉及一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层及其制备方法。
背景技术
太阳能光热发电的原理是，通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置，利用太阳能加热收集装置内的传热介质（液体或气体），再加热水形成蒸汽带动或者直接带动发电机发电。高温太阳能吸收涂层是实现光热高效转换的核心材料，其一般要求具有高的吸收率、低的热发射率和优异的长期热稳定性能。近年来，金属-电介质体系在高温太阳能吸收涂层领域得到了广泛的研究。然而，该类涂层高温工况下易发生金属的氧化和扩散，最终导致光学性能的衰减。
高熵合金打破传统合金以一种或两种元素为主元的合金设计思路，以五种及五种以上元素为主元，具有热力学上的高熵效应、动力学上的缓慢扩散效应、结构上的严重晶格畸变效应及性能上的鸡尾酒效应等特性，合金具有简单的组织结构及优异的综合性能。高熵合金因其具有的高强度、高耐磨性、高耐腐蚀性和耐高温软化等优异性能已在航空航天、船舶、核能、汽车及电子等关键领域得到广泛关注。基于高熵合金优异的特性，将其应用于高温太阳能吸收涂层具有重要的学术价值和应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供该高熵合金基高温太阳能吸收涂层的制备方法。
为解决上述问题，本发明所述的一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层，其特征在于：该涂层由抛光不锈钢片构成的吸热体基底、W构成的红外反射层、AlCrWTaTiNbN构成的主吸收层、AlCrWTaTiNbNO构成的次吸收层和SiO2构成的减反射层组成；所述主吸收层是指采用等摩尔比的金属Al、Cr、W、Ta、Ti、Nb通过熔炼法制备的AlCrWTaTiNb高熵合金的氮化物；所述次吸收层是指采用等摩尔比的金属Al、Cr、W、Ta、Ti、Nb通过熔炼法制备的AlCrWTaTiNb高熵合金的氮氧化物。
所述吸热体基底的粗糙度值为0.5~3 nm。
所述红外反射层的厚度为30~60 nm。
所述主吸收层的厚度为25~60 nm。
所述次吸收层的厚度为35~75 nm。
所述减反射层的厚度为40~80nm。
所述AlCrWTaTiNb高熵合金是指将等摩尔比的金属Al、Cr、W、Ta、Ti、Nb放入石墨坩埚内，然后将其放入真空熔炼炉并抽真空至6×10-6~9×10-6 Torr，于3600~4100℃熔融后浇筑成型，经切割、打磨即得。
如上所述的一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：
⑴对吸热体基底进行处理；
⑵在处理后的所述吸热体基底上制备红外反射层：以纯度为99.99%的W作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用直流磁控溅射方法制得；其中工作参数：真空室预抽本底真空至3.0×10-6~6.0×10-6Torr；W靶材的溅射功率密度为3.0~7.2 W/m-2，溅射沉积时氩气的进气量为20~60 sccm，沉积W厚度为30~60 nm；
⑶在所述红外反射层上制备主吸收层：以纯度为99.9%的AlCrWTaTiNb高熵合金作为溅射靶材，在氩气与氮气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：AlCrWTaTiNb靶材的溅射功率密度为2.0~6.5W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为20~60sccm，氮气的进气量为0.5~6sccm，沉积AlCrWTaTiNbN的厚度为25~60nm；
⑷在所述主吸收层上制备次吸收层：以纯度为99.9%的AlCrWTaTiNb高熵合金作为溅射靶材，在氩气和氮气及氧气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：AlCrWTaTiNb靶材的溅射功率密度为2.0~6.5W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为20~60sccm，氮气的进气量为5~15sccm，氧气的进气量为2~8sccm，沉积AlCrWTaTiNbNO厚度为35~75 nm；
⑸在所述次吸收层上制备减反射层：以纯度99.99%的SiO2作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用射频磁控溅射方法制得；其中工作参数：SiO2靶材的溅射功率密度为5~10W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为20~60 sccm，沉积厚度为40~80 nm。
所述步骤⑴中吸热体基底的处理是指去除基底抛光不锈钢片表面附着的杂质后，分别在丙酮和无水乙醇中超声清洗10~20分钟，氮气吹干保存。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明以六种等摩尔比金属Al、Cr、W、Ta、Ti、Nb，通过熔炼法制备的高熵合金（AlCrWTaTiNb）为基本材料，制备了一种高熵合金（AlCrWTaTiNb）基高温太阳能吸收涂层，极大拓展了高熵合金的应用领域，丰富和发展了太阳能吸收涂层膜系结构。
2、本发明所制备的涂层在大气质量因子AM1.5条件下，吸收率≥0.93，发射率≤0.10；且该涂层在真空600℃具有良好的热稳定性能。
3、本发明制备工艺简单、成本较低，所制备的涂层可应用于太阳能光热发电领域。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明的结构图。
具体实施方式
实施例1 如图1所示，一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层，该涂层由粗糙度值为2 nm的抛光不锈钢片构成的吸热体基底、厚度为38 nm的W构成的红外反射层、厚度为41 nm的AlCrWTaTiNbN构成的主吸收层、厚度为46 nm的AlCrWTaTiNbNO构成的次吸收层和厚度为71nm的SiO2构成的减反射层组成。主吸收层是指采用等摩尔比的金属Al、Cr、W、Ta、Ti、Nb通过熔炼法制备的AlCrWTaTiNb高熵合金的氮化物；次吸收层是指采用等摩尔比的金属Al、Cr、W、Ta、Ti、Nb通过熔炼法制备的AlCrWTaTiNb高熵合金的氮氧化物。
其中：AlCrWTaTiNb高熵合金是指将等摩尔比的金属Al、Cr、W、Ta、Ti、Nb放入石墨坩埚内，然后将其放入真空熔炼炉并抽真空至6×10-6~9×10-6 Torr，于3600~4100℃熔融后浇筑成型，经切割、打磨即得。
该高熵合金基高温太阳能吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：
⑴对吸热体基底进行处理：去除基底抛光不锈钢片表面附着的杂质后，分别在丙酮和无水乙醇中超声清洗15分钟，氮气吹干保存。
⑵在处理后的吸热体基底上制备红外反射层：以纯度为99.99%的W作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用直流磁控溅射方法制得；其中工作参数：真空室预抽本底真空至5.3×10-6Torr；W靶材的溅射功率密度为5.2 W/m-2，溅射沉积时氩气的进气量为30 sccm，沉积W厚度为38 nm。
⑶在红外反射层上制备主吸收层：以纯度为99.9%的AlCrWTaTiNb高熵合金作为溅射靶材，在氩气与氮气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：AlCrWTaTiNb靶材的溅射功率密度为4.1W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为30 sccm，氮气的进气量为2sccm，沉积AlCrWTaTiNbN的厚度为41nm。
⑷在主吸收层上制备次吸收层：以纯度为99.9%的AlCrWTaTiNb高熵合金作为溅射靶材，在氩气和氮气及氧气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：AlCrWTaTiNb靶材的溅射功率密度为4.1W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为30sccm，氮气的进气量为8sccm，氧气的进气量为5sccm，沉积AlCrWTaTiNbNO厚度为46 nm。
⑸在次吸收层上制备减反射层：以纯度99.99%的SiO2作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用射频磁控溅射方法制得；其中工作参数：SiO2靶材的溅射功率密度为5.5W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为30 sccm，沉积厚度为71 nm。
该涂层在大气质量因子AM1.5条件下，涂层吸收率为0.95，发射率为0.09；该涂层在真空600℃具有良好的长期热稳定性能。
实施例2 一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层，该涂层由粗糙度值为0.5 nm的抛光不锈钢片构成的吸热体基底、厚度为30 nm的W构成的红外反射层、厚度为25 nm的AlCrWTaTiNbN构成的主吸收层、厚度为35 nm的AlCrWTaTiNbNO构成的次吸收层和厚度为40nm的SiO2构成的减反射层组成。主吸收层是指采用等摩尔比的金属Al、Cr、W、Ta、Ti、Nb通过熔炼法制备的AlCrWTaTiNb高熵合金的氮化物；次吸收层是指采用等摩尔比的金属Al、Cr、W、Ta、Ti、Nb通过熔炼法制备的AlCrWTaTiNb高熵合金的氮氧化物。
其中：AlCrWTaTiNb高熵合金同实施例1。
该高熵合金基高温太阳能吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：
⑴对吸热体基底进行处理：去除基底抛光不锈钢片表面附着的杂质后，分别在丙酮和无水乙醇中超声清洗10分钟，氮气吹干保存。
⑵在处理后的吸热体基底上制备红外反射层：以纯度为99.99%的W作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用直流磁控溅射方法制得；其中工作参数：真空室预抽本底真空至3.0×10-6Torr；W靶材的溅射功率密度为3.0W/m-2，溅射沉积时氩气的进气量为20 sccm，沉积W厚度为30 nm。
⑶在红外反射层上制备主吸收层：以纯度为99.9%的AlCrWTaTiNb高熵合金作为溅射靶材，在氩气与氮气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：AlCrWTaTiNb靶材的溅射功率密度为2.0W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为20 sccm，氮气的进气量为0.5sccm，沉积AlCrWTaTiNbN的厚度为25nm。
⑷在主吸收层上制备次吸收层：以纯度为99.9%的AlCrWTaTiNb高熵合金作为溅射靶材，在氩气和氮气及氧气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：AlCrWTaTiNb靶材的溅射功率密度为2.0W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为20sccm，氮气的进气量为5sccm，氧气的进气量为2sccm，沉积AlCrWTaTiNbNO厚度为35 nm。
⑸在次吸收层上制备减反射层：以纯度99.99%的SiO2作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用射频磁控溅射方法制得；其中工作参数：SiO2靶材的溅射功率密度为5W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为20 sccm，沉积厚度为40 nm。
该涂层在大气质量因子AM1.5条件下，吸收率为0.94，发射率为0.10；该涂层在真空600℃具有良好的长期热稳定性能。
实施例3 一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层，该涂层由粗糙度值为3 nm的抛光不锈钢片构成的吸热体基底、厚度为60 nm的W构成的红外反射层、厚度为60 nm的AlCrWTaTiNbN构成的主吸收层、厚度为75 nm的AlCrWTaTiNbNO构成的次吸收层和厚度为80nm的SiO2构成的减反射层组成。主吸收层是指采用等摩尔比的金属Al、Cr、W、Ta、Ti、Nb通过熔炼法制备的AlCrWTaTiNb高熵合金的氮化物；次吸收层是指采用等摩尔比的金属Al、Cr、W、Ta、Ti、Nb通过熔炼法制备的AlCrWTaTiNb高熵合金的氮氧化物。
其中：AlCrWTaTiNb高熵合金同实施例1。
该高熵合金基高温太阳能吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：
⑴对吸热体基底进行处理：去除基底抛光不锈钢片表面附着的杂质后，分别在丙酮和无水乙醇中超声清洗20分钟，氮气吹干保存。
⑵在处理后的吸热体基底上制备红外反射层：以纯度为99.99%的W作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用直流磁控溅射方法制得；其中工作参数：真空室预抽本底真空至6.0×10-6Torr；W靶材的溅射功率密度为7.2 W/m-2，溅射沉积时氩气的进气量为60 sccm，沉积W厚度为60 nm。
⑶在红外反射层上制备主吸收层：以纯度为99.9%的AlCrWTaTiNb高熵合金作为溅射靶材，在氩气与氮气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：AlCrWTaTiNb靶材的溅射功率密度为6.5W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为60 sccm，氮气的进气量为6sccm，沉积AlCrWTaTiNbN的厚度为60nm。
⑷在主吸收层上制备次吸收层：以纯度为99.9%的AlCrWTaTiNb高熵合金作为溅射靶材，在氩气和氮气及氧气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：AlCrWTaTiNb靶材的溅射功率密度为6.5W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为60sccm，氮气的进气量为15sccm，氧气的进气量为8sccm，沉积AlCrWTaTiNbNO厚度为75 nm。
⑸在次吸收层上制备减反射层：以纯度99.99%的SiO2作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用射频磁控溅射方法制得；其中工作参数：SiO2靶材的溅射功率密度为10W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为60 sccm，沉积厚度为80 nm。
该涂层在大气质量因子AM1.5条件下，吸收率为0.93，发射率为0.10；该涂层在真空600℃具有良好的长期热稳定性能。

Claims (9)

1.一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层，其特征在于：该涂层由抛光不锈钢片构成的吸热体基底、W构成的红外反射层、AlCrWTaTiNbN构成的主吸收层、AlCrWTaTiNbNO构成的次吸收层和SiO2构成的减反射层组成；所述主吸收层是指采用等摩尔比的金属Al、Cr、W、Ta、Ti、Nb通过熔炼法制备的AlCrWTaTiNb高熵合金的氮化物；所述次吸收层是指采用等摩尔比的金属Al、Cr、W、Ta、Ti、Nb通过熔炼法制备的AlCrWTaTiNb高熵合金的氮氧化物。
2.如权利要求1所述的一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层，其特征在于：所述吸热体基底的粗糙度值为0.5~3 nm。
3.如权利要求1所述的一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层，其特征在于：所述红外反射层的厚度为30~60 nm。
4.如权利要求1所述的一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层，其特征在于：所述主吸收层的厚度为25~60 nm。
5.如权利要求1所述的一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层，其特征在于：所述次吸收层的厚度为35~75 nm。
6.如权利要求1所述的一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层，其特征在于：所述减反射层的厚度为40~80nm。
7.如权利要求1所述的一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层，其特征在于：所述AlCrWTaTiNb高熵合金是指将等摩尔比的金属Al、Cr、W、Ta、Ti、Nb放入石墨坩埚内，然后将其放入真空熔炼炉并抽真空至6×10-6~9×10-6 Torr，于3600~4100℃熔融后浇筑成型，经切割、打磨即得。
8.如权利要求1所述的一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：
⑴对吸热体基底进行处理；
⑵在处理后的所述吸热体基底上制备红外反射层：以纯度为99.99%的W作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用直流磁控溅射方法制得；其中工作参数：真空室预抽本底真空至3.0×10-6~6.0×10-6Torr；W靶材的溅射功率密度为3.0~7.2 W/m-2，溅射沉积时氩气的进气量为20~60 sccm，沉积W厚度为30~60 nm；
⑶在所述红外反射层上制备主吸收层：以纯度为99.9%的AlCrWTaTiNb高熵合金作为溅射靶材，在氩气与氮气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：AlCrWTaTiNb靶材的溅射功率密度为2.0~6.5W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为20~60sccm，氮气的进气量为0.5~6sccm，沉积AlCrWTaTiNbN的厚度为25~60nm；
⑷在所述主吸收层上制备次吸收层：以纯度为99.9%的AlCrWTaTiNb高熵合金作为溅射靶材，在氩气和氮气及氧气气氛中采用射频反应磁控溅射方法制得；其中工作参数：AlCrWTaTiNb靶材的溅射功率密度为2.0~6.5W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为20~60sccm，氮气的进气量为5~15sccm，氧气的进气量为2~8sccm，沉积AlCrWTaTiNbNO厚度为35~75 nm；
⑸在所述次吸收层上制备减反射层：以纯度99.99%的SiO2作为磁控溅射靶材，在氩气气氛中采用射频磁控溅射方法制得；其中工作参数：SiO2靶材的溅射功率密度为5~10W/cm-2，溅射沉积时氩气的进气量为20~60 sccm，沉积厚度为40~80 nm。
9.如权利要求8所述的一种高熵合金基高温太阳能吸收涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤⑴中吸热体基底的处理是指去除基底抛光不锈钢片表面附着的杂质后，分别在丙酮和无水乙醇中超声清洗10~20分钟，氮气吹干保存。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111876645A (zh) * 2020-07-13 2020-11-03 中国兵器科学研究院宁波分院 高通量筛选用Ta-W-Nb-Al-Cr-Ti-Si系高熵合金渗镀层及其制备方法
CN113913748A (zh) * 2021-09-28 2022-01-11 武汉大学深圳研究院 光热电站集热管用高熵选择性吸收纳米复合涂层材料及其制备方法和设备
CN114645254A (zh) * 2022-03-25 2022-06-21 北京航空航天大学 一种TiAlMoNbW高熵合金氮化物薄膜及其制备工艺

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102602071A (zh) * 2012-03-12 2012-07-25 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法和应用
CN104630706A (zh) * 2015-01-21 2015-05-20 北京科技大学 一种高性能光热转化多基元合金氮化物薄膜及其制备方法
CN107190240A (zh) * 2017-04-27 2017-09-22 中国科学院兰州化学物理研究所 一种高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102602071A (zh) * 2012-03-12 2012-07-25 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种太阳能选择性吸收涂层及其制备方法和应用
CN104630706A (zh) * 2015-01-21 2015-05-20 北京科技大学 一种高性能光热转化多基元合金氮化物薄膜及其制备方法
CN107190240A (zh) * 2017-04-27 2017-09-22 中国科学院兰州化学物理研究所 一种高温太阳能选择性吸收涂层及其制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111876645A (zh) * 2020-07-13 2020-11-03 中国兵器科学研究院宁波分院 高通量筛选用Ta-W-Nb-Al-Cr-Ti-Si系高熵合金渗镀层及其制备方法
CN111876645B (zh) * 2020-07-13 2021-10-29 中国兵器科学研究院宁波分院 高通量筛选用Ta-W-Nb-Al-Cr-Ti-Si系高熵合金渗镀层及其制备方法
CN113913748A (zh) * 2021-09-28 2022-01-11 武汉大学深圳研究院 光热电站集热管用高熵选择性吸收纳米复合涂层材料及其制备方法和设备
CN113913748B (zh) * 2021-09-28 2024-05-31 武汉大学深圳研究院 光热电站集热管用高熵选择性吸收纳米复合涂层材料及其制备方法和设备
CN114645254A (zh) * 2022-03-25 2022-06-21 北京航空航天大学 一种TiAlMoNbW高熵合金氮化物薄膜及其制备工艺

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