塔式集热器光热转化涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及光热转化技术领域，尤其涉及一种塔式集热器光热转化涂层及其制备方法。本发明专利技术提供了一种塔式集热器光热转化涂层，设于金属基体上，包括由内至外依次设置的过渡层、高红外反射层、吸收层及减发射层，过渡层包括由内至外依次设置的金属层、化合物梯度层及化合物层，结构简单，工艺简便，制作成本低。本申请提供的塔式集热器光热转化涂层，采用了三层从金属到金属化合物逐渐过渡的方式来镀制这个过渡层，提升了涂层和金属基体的结合力，使用寿命长且能适用于高温及恶劣的大气环境中；同时，本申请提供的光热转化涂层在太阳光谱范围内具有较高的吸收率，在红外区域内有很低的发射率，并具有耐高温抗氧化特性，满足太阳能高温利用的要求。

Photo thermal conversion coating for tower heat collector and preparation method thereof

The invention relates to the technical field of photothermal conversion, in particular to a photothermal conversion coating of a tower type collector and a preparation method thereof. The invention provides a tower type heat collector photothermal conversion coating on metal substrates, including transition layer, which are sequentially arranged from inside to outside the high infrared reflection layer, absorbing layer and antireflection layer, transition layer includes from the inside to the outside are arranged in the metal layer, compound layer and gradient compound layer. Has the advantages of simple structure, simple process, low production cost. The application provides the tower collector photothermal conversion coating, using three layer metal compounds from metal gradually to the plating transition layer, enhance the adhesion of the coating and metal substrate, long service life and can be applied in high temperature and harsh atmospheric environment; at the same time, the absorption rate of photothermal conversion coating the application provides the high in the solar spectral range, in the infrared region has low emissivity, and high temperature anti-oxidation properties to meet the requirement of high temperature solar energy.

【技术实现步骤摘要】
塔式集热器光热转化涂层及其制备方法
本专利技术涉及光热转化
，尤其涉及一种塔式集热器光热转化涂层及其制备方法，具体涉及一种使用寿命长且具有高吸收、低发射的塔式集热器光热转化涂层及其制备方法。
技术介绍
采用熔融盐为传热蓄热工质的代表性电站是美国SolarTwo太阳能电站，吸热管管壁的熔盐膜温度最高达603℃，外壁温度最高达633℃。塔式由于是采用点聚焦的方式，聚焦比非常高，进而使得吸热器表面瞬时温度达700℃以上，特别在大聚光比电站中，聚光比达到500～1000。当使用温度在550℃以内，吸收效率主要取决于涂层的吸收率，因此对于大聚光比的聚光器吸热器涂层，如何增大太阳涂层的吸收率是关键技术。当前，多采用高温太阳吸收涂层作为光热转化涂层。高温太阳吸收涂层PYROMARK系列高温漆原用于航天器外层保护涂层，但其高吸收率广泛用于太阳能高温吸热器；其中，该高温漆的耐温达1250℃，新涂的涂层吸收率可达0.96，有效工作期间的效率为0.93，红外发射率为0.83，吸收比接近1。但是，这种高温漆存在一些缺陷：一方面、该高温漆的使用寿命较短，基本2～3年就要重新喷漆，经济成本高；另一方面、该高温漆对于工作中的电站而言更换太频繁，由于集热器的管道全是焊接固定的，操作也十分不方便，费时费力，也影响正常使用。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的是：提供一种使用寿命长且具有高吸收、低发射的塔式集热器光热转化涂层及其制备方法，以解决现有的高温漆存在使用寿命短、更换频繁造成经济成本高且影响正常使用的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种塔式集热器光热转化涂层，设于金属基体上，包括由内至外依次设置的过渡层、高红外反射层、吸收层及减发射层，所述过渡层包括由内至外依次设置的金属层、化合物梯度层及化合物层。其中，所述金属层采用金属Cr制成；所述化合物梯度层及所述化合物层均采用CrN制成。其中，所述高红外反射层采用金属Au或金属Ag制成。其中，所述减发射层采用SiO2制成。其中，所述吸收层包括由内至外依次设置的第一吸收层和第二吸收层，所述第一吸收层及第二吸收层均采用由AlCrN和Si3N4形成的混合物制成。其中，所述第一吸收层中的AlCrN的体积分数为50％～70％，Si3N4的体积分数为30％～50％；所述第二吸收层中的AlCrN的体积分数为10％～45％，Si3N4的体积分数为55％～90％。其中，所述过渡层的厚度为100nm～250nm；所述高红外反射层的厚度为40nm～350nm；所述第一吸收层的厚度为50nm～250nm；所述第二吸收层的厚度为50nm～250nm；所述减发射层的厚度为40nm～250nm。本专利技术还提供了一种塔式集热器光热转化涂层的制备方法，以金属基体为加工底料，其包括：步骤一：对所述金属基体进行预处理；所述预处理是先将所述金属基体进行清洗，并将清洗后的所述金属基体放入真空室进行烘烤，烘烤后向所述真空室内通入氩气进行辉光清洗，以得到表面洁净的金属基体；步骤二：采用直流或中频磁控溅射方式，在所述金属基体表面镀制过渡层；其镀膜工艺参数是：以金属Cr作为靶材，调整溅射电压为380～450V，以Ar气作为工作气体，以N2为反应气体，通过调节反应气体的流量和沉积时间来获得包括由内至外依次设置的金属层、化合物梯度层及化合物层的过渡层，直至所述过渡层达到所需的设计厚度；步骤三：采用直流或中频磁控溅射方式，在所述过渡层表面镀制高红外反射层；其镀膜工艺参数是：以金属Au作为靶材，调整溅射电压为580～730V，以Ar气作为工作气体，实施溅射镀膜，直至所述高红外反射层达到所需的设计厚度；步骤四：采用中频磁控溅射方式，在所述高红外反射层表面镀制吸收层；其镀膜工艺参数是：以AlCr合金和Si作为靶材，以Ar气作为工作气体，以N2为反应气体，实施溅射镀膜，直至所述吸收层达到所需的设计厚度；步骤五：采用中频磁控溅射方式，在所述吸收层表面镀制减反射层；其镀膜工艺参数是：以Si作为靶材，以Ar气作为工作气体，以O2为反应气体，实施溅射镀膜，直至所述减反射层达到所需的设计厚度。其中，在所述步骤四中，所述吸收层包括由内至外依次设置的第一吸收层和第二吸收层，所述第一吸收层中金属氮化物的体积分数在50％～70％之间，所述第二吸收层中金属氮化物的体积分数在10％～45％之间。其中，在所述步骤一中，所述先将金属基体进行清洗包括：将所述金属基体分别在硫酸、洗涤剂、去离子水、汽油和乙醇中超声，在每种液体中超声1～6分钟，总共10～30分钟；所述将清洗后的所述金属基体放入真空室进行烘烤包括：将所述金属基体在150～200℃条件下烘烤30分钟；所述烘烤后向所述真空室内通入氩气进行辉光清洗包括：对所述金属基体表面进行20～40分钟的氩离子轰击。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供了一种塔式集热器光热转化涂层，设于金属基体上，包括由内至外依次设置的过渡层、高红外反射层、吸收层及减发射层，过渡层包括由内至外依次设置的金属层、化合物梯度层及化合物层，结构简单，工艺简便，制作成本低。本申请提供的塔式集热器光热转化涂层，采用了三层从金属到金属化合物逐渐过渡的方式来镀制这个过渡层，提升了涂层和金属基体的结合力，使用寿命长且能适用于高温及恶劣的大气环境中；同时，本申请提供的光热转化涂层在太阳光谱范围内具有较高的吸收率，在红外区域内有很低的发射率，并具有耐高温抗氧化特性，满足太阳能高温利用的要求。附图说明图1是本专利技术一种塔式集热器光热转化涂层及其制备方法实施例的光热转化涂层的结构示意图；图2是本专利技术一种塔式集热器光热转化涂层及其制备方法实施例的光热转化涂层制备方法的操作步骤流程图。图中：1：金属基体；2：过渡层；3：高红外反射层；4：第一吸收层；5：第二吸收层；6：减反射层。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一方面，如图1所示，本专利技术实施例提供了一种塔式集热器光热转化涂层，是根据电磁波与薄膜的相互作用机理设计出的一种具有光谱选择性吸收的多层结构，设于金属基体1上，包括由内至外依次设置的过渡层2、高红外反射层3、吸收层及减发射层，过渡层2包括由内至外依次设置的金属层、化合物梯度层及化合物层。优选地，在本实施例中，金属基体1采用表面抛光的锅炉钢SA-210C或者锅炉钢SA-106制成，生产工艺简单，冷热加工性能好；同时也可以减薄壁厚，降低材料用量，经济性好。涂层的结合力是与涂层的寿命紧密联系在一起的，因此涂层与金属基体1的结合力就是需要关注的一个重点，以往过渡层2都只有一层，在高温及恶劣的大气环境中很容易就会断裂，脱落。本申请提供的塔式集热器光热转化涂层，采用了三层从金属到金属化合物逐渐过渡的方式来镀制这个过渡层2，就会最大程度的减小材料之间的热膨胀系数的差异，并且最大程度的减小这种差异所带来的涂层应力，进而提升了涂层和金属基体1的结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种塔式集热器光热转化涂层，其特征在于：设于金属基体上，包括由内至外依次设置的过渡层、高红外反射层、吸收层及减发射层，所述过渡层包括由内至外依次设置的金属层、化合物梯度层及化合物层。

【技术特征摘要】
1.一种塔式集热器光热转化涂层，其特征在于：设于金属基体上，包括由内至外依次设置的过渡层、高红外反射层、吸收层及减发射层，所述过渡层包括由内至外依次设置的金属层、化合物梯度层及化合物层。2.根据权利要求1所述的塔式集热器光热转化涂层，其特征在于：所述金属层采用金属Cr制成；所述化合物梯度层及所述化合物层均采用CrN制成。3.根据权利要求1所述的塔式集热器光热转化涂层，其特征在于：所述高红外反射层采用金属Au或金属Ag制成。4.根据权利要求1所述的塔式集热器光热转化涂层，其特征在于：所述减发射层采用SiO2制成。5.根据权利要求1至4任一项所述的塔式集热器光热转化涂层，其特征在于：所述吸收层包括由内至外依次设置的第一吸收层和第二吸收层，所述第一吸收层及第二吸收层均采用由AlCrN和Si3N4形成的混合物制成。6.根据权利要求5所述的塔式集热器光热转化涂层，其特征在于：所述第一吸收层中的AlCrN的体积分数为50％～70％，Si3N4的体积分数为30％～50％；所述第二吸收层中的AlCrN的体积分数为10％～45％，Si3N4的体积分数为55％～90％。7.根据权利要求5所述的塔式集热器光热转化涂层，其特征在于：所述过渡层的厚度为100nm～250nm；所述高红外反射层的厚度为40nm～350nm；所述第一吸收层的厚度为50nm～250nm；所述第二吸收层的厚度为50nm～250nm；所述减发射层的厚度为40nm～250nm。8.一种塔式集热器光热转化涂层的制备方法，以金属基体为加工底料，其特征在于，包括：步骤一：对所述金属基体进行预处理；所述预处理是先将所述金属基体进行清洗，并将清洗后的所述金属基体放入真空室进行烘烤，烘烤后向所述真空室内通入氩气进行辉光清洗，以得到表面洁净的金属基体；步骤二：采用直流或中频磁控溅射方式，在所述金...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪莲，张秀廷，王淑芹，齐峰，陈步亮，范兵，
申请(专利权)人：北京天瑞星光热技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11