一种耐候性高效太阳能选择性吸收涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于薄膜材料领域，具体地，设及一种耐候性高效太阳能选择性吸收涂层 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 利用太阳能全方位地解决建筑内热水、采暖、空调和照明用能源从而实现太阳能 材料与建筑一体化结合是太阳能热水器发展的趋势。太阳能与建筑一体化不是太阳能与建 筑的简单相加，而是让太阳能成为建筑的一部分，太阳能为用户提供热水的同时，也为整个 建筑的节能减排发挥作用。而平板型集热器则在太阳能与建筑一体化的推广中起着至关重 要的作用。平板型集热器目前正W每年200%的增幅增长，3年后年推广量将可达到800万 平方米左右，其产值将达到300亿元。
[0003]太阳能光热利用的核屯、是光谱选择性吸收涂层。太阳福射能主要集中在紫外、可 见光、近红外区域，太阳能光谱选择性吸收涂层在此区域具有较高的吸收率、在远红外区域 具有较低的红外发射率，将低能量密度的太阳能转换成高能量密度的热能，对太阳能起到 富集的作用。
[0004]而国内平板型太阳能热水器吸热层主要存在两大弊病，集热器吸热表面多为非选 择性吸收表面，导致较高溫度下吸热表面的热发射率不容忽视，从而使得热水器系统效率 不高，其次，其吸收表面制备方法多为涂刷和电锻等工艺，会导致环境污染，有的工艺还存 在涂层易剥落等缺点。如何解决太阳能热水器尤其是平板型存在的问题，关键就要用一种 环保的工艺制备适应建筑一体化趋势的高效光谱选择吸收表面，同时又便于形成产业化规 模的太阳光谱选择性吸收薄膜。同时，太阳能光热吸收涂层材料对溫度、湿度、酸碱度、离子 环境等外界条件的敏感度，直接决定了太阳能热水器的使用寿命。所W研究如何提高太阳 能选择吸收涂层的耐候性、高溫耐久性、涂层抗老化性及涂层的附着力有很大的应用价值。 新一代太阳能集热器技术正向高溫、平板过渡，对太阳能选择性吸收涂层也提出了更高的 要求，其中对涂层耐候性的要求尤其苟刻。
【发明内容】
[0005]针对国内平板太阳能集热器存在的问题，本发明提供了一种耐候性高效太阳能选 择性吸收涂层。该涂层具有选择性吸收性能好，耐候性强，制备方法环保，适用于工业化生 产的特点，在平板太阳能集热器的建筑一体化应用方面具有重大的应用前景。
[0006]本发明的另一目的在于提供上述耐候性高效太阳能选择性吸收涂层的制备方法， 采用环境友好型的PVD技术即阴极电弧离子锻复合中频磁控瓣射技术制备。
[0007]本发明的上述目的是通过W下技术方案予W实现的。
[0008]-种耐候性高效太阳能选择性吸收涂层，该涂层体系具有四层结构：由内到外依 次为TiCrMoN/CrMoON/CrON/SiON，其中，红外反射层TiCrMoN涂层成分如下：Ti: 28-32 at. %，Cr: 18~24at. %，Mo: 4~10at. %，N: 43~47at. %;吸收层CrMoON成分如下：Cr: 35~43at. %，Mo: 9~16at. %，0: 6~12at. %，N: 35~40at. %;减反层CrON成分如下：Cr: 42~52at. %，0: 7~12at. %，N: 39~48at. %;减反层SiON成分如下：Si: 36~42at. %，0: 12-20at. %,N: 40-49at. %〇
[0009] 本发明所述涂层体系具有四层结构，底层TiCrMoN层同时起到高红外反射及高溫 扩散阻挡层的作用，CrMoON涂层起到吸收层的作用，化ON/SiON双减反层起到减少反射并 进一步增加透射的作用。同时，本发明采用涂层体系均为氮氧化物，吸收性能强，力学性能 好，双减反层的结构进一步增强了吸收系数，因此，本涂层体系在耐候性太阳能选择性吸收 涂层领域具有重要的应用前景。
[0010] 优选地，TiCrMoN红外反射层的厚度为30~100皿，CrMoON吸收层的厚度为40~120 皿，化ON减反层的厚度为10~30皿，SiON减反层的厚度为15~30皿。
[0011] 本发明还提供上述耐候性高效太阳能选择性吸收涂层的制备方法，包括如下步 骤： 51. 控制基体负偏电压至80-150V，关闭Ar气，打开成气，调节气压在0.7~1.5Pa，开 启纯Ti化阴极电弧合金祀W及中频磁控瓣射Mo金属祀，调节Ti化合金祀材电流为60~120 A，中频磁控瓣射Mo金属祀5~15A，沉积TiCrMoN红外反射层； 52. 保持通入成气，同时打开〇2气，调节气压至0. 5~1.5Pa，〇2含量在5%~28%，溫度调 节至200~400°C条件下，开启化阴极电弧祀和Mo中频磁控瓣射祀，保持化祀电流在45~65 A，Mo祀电流在6~10A，沉积CrMoON吸收层； 53. 关闭Mo中频磁控瓣射祀，保持通入〇2和N2气，并控制气压在0. 7-1. 3Pa，02比例 在5%~16%，调节化祀电流在40~80A，沉积化ON减反层； 54. 关闭化阴极电弧祀，保持通入〇2和N2气，并控制气压在0. 6~1. 5Pa，02比例在 59?^20%，开启Si中频磁控瓣射祀，调节祀电流在5~12A，沉积SiON减反层，即得所述选择性 吸收涂层。
[0012] 当前国内的高效选择性吸收涂层大多采用化学方法，较少采用物理气相沉积的方 法（PVD)，本发明采用环境友好型的PVD技术即阴极电弧离子锻复合中频磁控瓣射技术制 备太阳能选择性吸收涂层，可大规模工业化生产，涂层结合力好。
[0013] 优选地，在步骤S1之前通Ar气，对基体进行辉光清洗，具体为：将基体在转速3~8 巧m的条件升溫至300~500°C，抽本底真空达到1. 0~5. 0X10 3Pa;通Ar气，调节真空度至 0.1~0.8Pa，加负偏电压-700~-1500V，进行辉光瓣射清洗10~40min。
[0014] 优选地，步骤S1沉积TiCrMoN红外反射层的时间为2~10min,步骤S2沉积CrMoON 吸收层的时间为2~12min,步骤S3沉积化ON减反层的时间为2~lOmin，步骤S4沉积SiON 减反层的时间为3~20min。更优选地，步骤S1沉积TiCrMoN红外反射层的时间为3min,步 骤S2沉积CrMoON吸收层的时间为6min，步骤S3沉积化ON减反层的时间为5~9min，步骤 S4沉积SiON减反层的时间为3~8min。
[0015] 优选地，步骤S4在完成沉积SiON减反层后，降溫至70~100°C取出，常溫冷却。
[0016] 优选地，S1所述基体为不诱钢基体。
[0017] 与现有技术相比，本发明有益效果在于：本发明针对国内平板型太阳能热水器选 择性吸收层W及制备方法存在的弊病，提出一种耐候性高效太阳能选择性吸收涂层及制备 方法，采用环境友好型适合工业化生产的阴极电弧离子锻复合中频磁控瓣射技术制备。本 发明所述太阳能选择性涂层具有良好的耐候性，在变溫，盐雾腐蚀，w及紫外照射条件下均 有良好的选择性吸收特性，吸收系数大于0. 94,发射系数小于0. 20。
【附图说明】
[001引图1为本发明太阳能选择性吸收涂层体系的结构示意图。
[0019]图2为实施例1太阳能选择性吸收涂层体系的激光Raman图像。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但实施例并不对 本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常 规试剂、方法和设备。
[00川 实施例1 本实施例提供一种耐候性高效太阳能选择性吸收涂层，该涂层体系具有四层结构： 由内到外依次为TiCrMoN/CrMoON/CrON/SiON，其中，红外反射层TiCrMoN涂层成分如下： Ti:28. 4at. %，Cr: 19.6at. %，Mo: 5at. %，N: 47at. %;吸收层CrMoON成分如下：Cr: 35. 4at. %，Mo: 15. 3at. %，0: 11. 2at. %，N: 38. 1at. % ;减反层CrON成分如下：Cr: 42 at. %，0: 10at. %，N: 48at. % ;减反层SiON成分如下：Si: 36at. %，0: 18at. %，N: 46 at. %0
[0022] 上述的耐候性高效太阳能选择性吸收涂层的制备方法，包括如下步骤： 51. 辉光清洗后，降低基体负偏电压至100V，关闭Ar流量阀，开成流量阀，调节气压 在0. 7Pa，开启纯Ti化阴极电弧合金祀W及中频磁控瓣射Mo金属祀，调节Ti化合金祀材 电流为60A，中频磁控瓣射Mo金属祀6A，沉积3分钟TiCrMoN红外反射层； 52. 开启〇2气流量阀，调节气压至1. 5Pa