專利名稱：基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層及其制備方法
技術領域：
本發明涉及太陽能中高溫光熱轉換技術領域，特別涉及一種基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層及其制備方法。背景技術：
選擇性吸收涂層是太陽能光熱轉換的關鍵，隨著太陽能集熱元件的發展，對涂層提出了越來越高的要求，以不斷滿足工業用熱、海水淡化、太陽能熱發電等中高溫應用領域的使用要求。對于集熱元件使用的選擇性吸收涂層也要具備高溫熱穩定性，適應中高溫環境的要求。太陽光譜能量集中在300ηπΓ2500ηπι紫外、可見、近紅外波段范圍內，在紫外、可見、近紅外波段具有高吸收比，在紅外波段具有低發射比的選擇性吸收涂層，是提高中高溫集熱元件光熱轉換效率的關鍵。目前太陽能光熱轉換涂層獲得的方法有噴涂、電化學(陽極氧化、電鍍等)和磁控濺射，噴涂和電化學的方法不能獲得很低的發射比，且不環保。磁控濺射用在光熱涂層上有很多報道，有用在真空集熱管真空環境里的涂層，有用到平板集熱器的涂層，也有用于高溫應用的涂層，但是這些產品的工藝復雜且成本高，并且未見涂層高溫耐久性的測試。
發明內容
本發明為了彌補現有技術的不足，提供了一種光學性能優異、高溫使用穩定的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層及其制備方法。本發明是通過如下技術方案實現的
一種基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層，以不銹鋼為基材，通過機械精加工、脫月旨、烘干、沉積涂層及后處理得到，其特征在于所述基材的涂層通過靶電源濺射沉積而成， 涂層由內向外依次為過渡層、紅外反射層、過渡層、金屬陶瓷復合吸收層、過渡層和保護層。所述過渡層為金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成的化合物。所述紅外反射層為金屬Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不銹鋼以及合金組成。所述金屬陶瓷復合吸收層為金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與 N或0形成化合物和金屬Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不銹鋼以及合金摻雜而成。所述保護層為金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成的化合物。本發明所述的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層的制備方法，主要包括如下步驟
(1)對基材表面進行機械精加工，然后脫脂，將其放入烘烤箱內烘干；
(2)將基材放入真空室內獲得真空，然后往真空室內沖入氬氣，對各靶材表面進行清
洗；
(3)啟動靶電源，用直流或中頻反應磁控濺射方法沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層，厚度為l(Tl20nm ；(4)沉積金屬Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不銹鋼以及合金組成的紅外反射層，厚度為 30 300nm ；
(5)沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層，厚度為 10 120nm ；
(6)沉積金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物和金屬Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不銹鋼以及合金摻雜成的金屬陶瓷復合吸收層，厚度為 50 500nm ；
(7)沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層，厚度為 10 120nm ；
(8)沉積金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的保護層，厚度為3(T200nm。其中，步驟(1)中，基材表面精加工程度達到Ra彡200nm;步驟(2)中，真空室獲得真空時，真空度優于5. 0Ε-3Ι^。本發明得到的吸收涂層成本低，有利于大規模推廣，還具有優異的光學性能，包括高的太陽光譜吸收比α和低的紅外發射比ε，實際測試光學性能為α =0. 95 (AMI. 5)， ε =0. 11 (300°C)，同時具有優異的光學性能高溫條件使用耐久性。本發明結構簡單，生產成本低，光學性能優異，高溫使用穩定，適于大規模推廣生產和使用。

下面結合附圖對本發明作進一步的說明。圖1為本發明的結構示意圖。圖中，1涂層，2基材，3過渡層，4紅外反射層，5金屬陶瓷復合吸收層，6保護層。
具體實施方式
實施例
本發明以不銹鋼為基材2，通過機械精加工、脫脂、烘干、沉積涂層1及后處理得到，所述基材2的涂層1通過靶電源濺射沉積而成，涂層1由內向外依次為過渡層2、紅外反射層 4、過渡層3、金屬陶瓷復合吸收層5、過渡層3和保護層6。其制備方法為
(1)對基材2表面進行機械精加工，達到Ra彡200nm，然后脫脂，將其放入烘烤箱內烘
干；
(2)將基材2放入真空室內獲得真空，真空度優于5.0E-3Pa,然后往真空室內沖入氬氣，對各靶材表面進行清洗；
(3)啟動靶電源，用直流或中頻反應磁控濺射方法沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層3，厚度為l(Tl20nm ；
(4)沉積金屬Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不銹鋼以及合金組成的紅外反射層4，厚度為 30 300nm ；
(5)沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層3，厚度為 10 120nm ；
(6)沉積金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物和金屬Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不銹鋼以及合金摻雜成的金屬陶瓷復合吸收層5，厚度為 50 500nm ；
(7)沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層3，厚度為 10 120nm ；
(8)沉積金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的保護層6，厚度為3(T200nm。
權利要求
1.一種基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層，以不銹鋼為基材，通過機械精加工、脫月旨、烘干、沉積涂層及后處理得到，其特征在于所述基材的涂層通過靶電源濺射沉積而成， 涂層由內向外依次為過渡層、紅外反射層、過渡層、金屬陶瓷復合吸收層、過渡層和保護層。
2.根據權利要求1所述的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層，其特征在于所述過渡層為金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成的化合物。
3.根據權利要求1所述的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層，其特征在于所述紅外反射層為金屬Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不銹鋼以及合金組成。
4.根據權利要求1所述的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層，其特征在于所述金屬陶瓷復合吸收層為金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物和金屬Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不銹鋼以及合金摻雜而成。
5.根據權利要求1所述的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層，其特征在于所述保護層為金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成的化合物。
6.根據權利要求1所述的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層的制備方法，其特征為，主要包括如下步驟(1)對基材表面進行機械精加工，然后脫脂，將其放入烘烤箱內烘干；(2)將基材放入真空室內獲得真空，然后往真空室內沖入氬氣，對各靶材表面進行清洗；(3)啟動靶電源，用直流或中頻反應磁控濺射方法沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層，厚度為l(Tl20nm ；(4)沉積金屬Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不銹鋼以及合金組成的紅外反射層，厚度為 30 300nm ；(5)沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層，厚度為 10 120nm ；(6)沉積金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物和金屬Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不銹鋼以及合金摻雜成的金屬陶瓷復合吸收層，厚度為 50 500nm ；(7)沉積金屬Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的過渡層，厚度為 10 120nm ；(8)沉積金屬Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不銹鋼以及合金與N或0形成化合物的保護層，厚度為3(T200nm。
7.根據權利要求6所述的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層的制備方法，其特征在于步驟(1)中，基材表面精加工程度達到Ra彡200nm。
8.根據權利要求6所述的基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層的制備方法，其特征在于步驟(2)中，真空室獲得真空時，真空度優于5. 0E-3I^。
全文摘要
本發明涉及太陽能中高溫光熱轉換技術領域，特別公開了一種基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層及其制備方法。該基于不銹鋼材料的高溫選擇性吸收涂層，以不銹鋼為基材，通過機械精加工、脫脂、烘干、沉積涂層及后處理得到，其特征在于所述基材的涂層通過靶電源濺射沉積而成，涂層由內向外依次為過渡層、紅外反射層、過渡層、金屬陶瓷復合吸收層、過渡層和保護層。本發明結構簡單，生產成本低，光學性能優異，高溫使用穩定，適于大規模推廣生產和使用。
文檔編號C23C14/06GK102534497SQ201210087270
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月29日 優先權日2012年3月29日
發明者蔡勇志, 韓榮濤, 馬麗萍, 馬樂, 馬斌 申請人:德州金亨新能源有限公司