黑瓷复合金属合金制备光吸收材料的方法与流程

本发明涉及一种光吸收材料的制备方法，属于复合材料制备技术领域。

背景技术：

金属材料有其刚性和好的导热性，广泛应用在结构材料中，但在太阳能的利用中，金属材料表面不具有良好的光吸收和光反射性，所以通常需要表面处理来增加光的利用效率，充分发挥各材料的优点才能实现优势互补。

现有技术中有在金属材料表面涂覆黑色釉料的，通常在基体的表面上涂布所述釉料，形成釉料涂层，将所述釉料涂层烘干，将烘干的所述釉料涂层烧结，由此在所述基体的表面上形成烧结釉料涂层。此种方法黑色釉料涂层具有一定吸收率也有一定的发射率。

若在金属基体表面制备的吸热涂层表面凹凸不平，会大大增加涂层吸收能力，并能充分发挥金属的集热效果，达到较好的协同效果。现有技术中也有采用静电植砂工艺将黑色陶瓷颗粒吸附在涂覆有粘结剂的薄金属片上，形成太阳能涂层。但是在金属基体表面制备吸热涂层还得保证金属基体的抗腐蚀能力，避免传统的太阳能光热产品因结合差或抗腐蚀力弱导致涂层脱落或效率降低等缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述不足而提供一种黑瓷复合金属合金制备光吸收材料的方法。本发明方法制得的光吸收材料既能提高阳光吸收率，又能表面均匀、无团聚，从而更好地保护金属基材的表面，延长使用寿命。

本发明采取的技术方案为：

黑瓷复合金属合金制备光吸收材料的方法，包括步骤如下：

(1)制备黑瓷泥浆：将钒钛磁铁矿厂排出的黑色钒钛渣过筛后进行高温烧结成瓷，经破碎机粉碎成微米级的黑色陶瓷粉末颗粒后投入到球磨机中，加水和水玻璃球磨制成黑瓷泥浆，其质量分数组成为：黑瓷粉65～72％，水25～30％，水玻璃3～5％；

(2)表面处理：对金属合金(优选板材)进行表面防护处理，去除杂质异物；

(3)制备粘结剂涂层：采用喷涂或刷涂或浸涂工艺在金属合金表面涂覆一层粘结剂，粘接剂厚度优选控制在0.2mm～0.5mm；

(4)制备黑瓷吸收层：采用连续化喷涂工艺将黑瓷泥浆喷涂到涂有粘结剂的金属合金表面上，对连续化喷涂工艺需控制喷嘴的喷涂压力、喷涂角度以及金属合金的运动速度，形成立体网状粗糙面，喷涂压力范围为0.3mpa-0.4mpa，喷涂角度：喷雾运动方向与金属合金前进运动的方向，呈90°角摆动喷涂，金属合金的运动速度为10-50mm/s；

(5)干燥固化：将喷涂后的金属合金经过干燥炉干燥，去除水分，再经过烘烤炉将粘接剂固化后，形成黑瓷复合金属合金的光吸收材料。

上述方法中，步骤(1)所述的高温烧结，温度范围为1100～1180℃；

步骤(2)所述的表面防护处理是指对金属合金表面依次进行除锈、除油、磷化、钝化等处理工艺，提高金属合金板与涂层之间的结合力。

步骤(3)所述的粘结剂主要包括由丙烯酸树脂、醇酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂或酚醛树脂等制成的有机涂料。

步骤(4)所述的喷涂工艺包括液体静电喷涂、液体气压喷涂等工艺。

步骤(5)所述的干燥温度为80-120℃，干燥时间为5-10min；固化温度为150-300℃，固化时间为10-20min。

本发明的有益效果是：

(1)本发明黑色陶瓷涂层由工业废渣为主要原料制成，既治理了废渣，又减少了环境污染；表面处理增强了涂层与金属合金的粘结力；先涂覆粘结剂再喷涂黑瓷泥浆可以减少因黑瓷粉与粘结剂浸润性差导致混合不均而引起的局部团聚现象，使表面更均匀从而更好地保护金属基材的表面，更好地发挥陶瓷材料的通性，不腐蚀、不老化、使用寿命长，且制造成本低，阳光吸收率高。

(2)本发明涂层的制备能够实现全自动化和机械化，大大减少人工成本，喷头的喷涂压力和喷涂角度经协调搭配后，能够高效率地获得网状陶瓷涂层；

(3)本发明黑色陶瓷涂层表面是立体粗糙面，立体粗糙面陶瓷涂层形成网状阳光陷阱，与平滑涂层面相比，立体粗糙涂层面吸收面积增大，阳光进入网状阳光陷阱后，大部分被直接吸收，小部分经过反射亦无法逸出，能够大大提高涂层的阳光吸收率，可用作太阳能吸收涂层。

附图说明

图1为对比例制得的涂层表面结构图，a.因团聚造成的涂层表面粗细不均；

图2为本发明实施例1制得的涂层表面结构图，b.涂层均匀表面。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明。

实施例1

(1)将钒钛磁铁矿厂排出的黑色钒钛渣在1160℃进行高温烧结成瓷，经破碎机粉碎成微米级的黑色陶瓷粉末颗粒后投入到球磨机中，加水和水玻璃球磨制成黑瓷泥浆，其质量分数组成为：黑瓷粉70％，水25％，水玻璃5％；

(2)将铝合金板材放入化学池依次进行除锈、除油、磷化、钝化等处理工艺，提高铝合金板材与涂层之间的结合力；

(3)采用喷涂工艺在铝合金板材表面涂覆一层粘结剂，粘接剂厚度为0.2mm，粘结剂用由环氧树脂制成的有机涂料；

(4)采用连续化喷涂线将黑瓷泥浆喷涂到涂有粘结剂的铝合金板材表面上，通过控制喷嘴的喷涂压力、喷涂角度以及铝合金板材的运动速度，形成立体网状粗糙面，喷涂压力为0.3mpa，喷涂角度，喷雾运动方向与铝合金板材前进运动的方向，呈90°角摆动喷涂，铝合金板材的运动速度为30mm/s；

(5)将喷涂后的铝合金板材经过干燥炉干燥，去除水分，再经过烘烤炉将粘接剂固化，固化温度为280℃，固化时间为20min，形成黑瓷复合金属合金的光吸收材料。

所得到的黑色陶瓷涂层的阳光吸收率高达0.96。

实施例2

(1)将钒钛磁铁矿厂排出的黑色钒钛渣在1150℃进行高温烧结成瓷，经破碎机粉碎成微米级的黑色陶瓷粉末颗粒后投入到球磨机中，加水和水玻璃球磨制成黑瓷泥浆，其质量分数组成为：黑瓷粉67％，水30％，水玻璃3％；

(2)将不锈钢板材放入化学池依次进行除锈、除油、磷化、钝化等处理工艺，提高不锈钢板材与涂层之间的结合力；

(3)采用喷涂工艺在不锈钢板材表面涂覆一层粘结剂，粘接剂厚度为0.3mm，粘结剂用由丙烯酸树脂制成的有机涂料；

(4)采用连续化喷涂线将黑瓷泥浆喷涂到涂有粘结剂的不锈钢板材表面上，通过控制喷嘴的喷涂压力、喷涂角度以及不锈钢板材的运动速度，形成立体网状粗糙面，喷涂压力为0.35mpa，喷涂角度，喷雾运动方向与不锈钢板材前进运动的方向，呈90°角摆动喷涂，不锈钢板材的运动速度为35mm/s；

(5)将喷涂后的不锈钢板材经过干燥炉干燥，去除水分，再经过烘烤炉将粘接剂固化，固化温度为250℃，固化时间为15min，形成黑瓷复合金属合金的光吸收材料。

所得到的黑色陶瓷涂层的阳光吸收率高达0.95。

实施例3

(1)将钒钛磁铁矿厂排出的黑色钒钛渣在1180℃进行高温烧结成瓷，经破碎机粉碎成微米级的黑色陶瓷粉末颗粒后投入到球磨机中，加水和水玻璃球磨制成黑瓷泥浆，其质量分数组成为：黑瓷粉68％，水30％，水玻璃2％；

(2)将不锈钢板材放入化学池依次进行除锈、除油、磷化、钝化等处理工艺，提高不锈钢板材与涂层之间的结合力；

(3)采用喷涂工艺在不锈钢板材表面涂覆一层粘结剂，粘接剂厚度为0.4mm，粘结剂用由聚氨酯树脂制成的有机涂料；

(4)采用连续化喷涂线将黑瓷泥浆喷涂到涂有粘结剂的不锈钢板材表面上，通过控制喷嘴的喷涂压力、喷涂角度以及金属合金板材的运动速度，形成立体网状粗糙面，喷涂压力为0.32mpa，喷涂角度，喷雾运动方向与基体板前进运动的方向，呈90°角摆动喷涂，基体板的运动速度为32mm/s；

(5)将喷涂后的不锈钢板材经过干燥炉干燥，去除水分，再经过烘烤炉将粘接剂固化，固化温度为300℃，固化时间为12min，形成黑瓷复合金属合金的光吸收材料。

所得到的黑色陶瓷涂层的阳光吸收率高达0.95。

对比例

(1)将钒钛磁铁矿厂排出的黑色钒钛渣在1160℃进行高温烧结成瓷，经破碎机粉碎成微米级的黑色陶瓷粉末颗粒；

(2)将黑色陶瓷粉末颗粒、粘结剂、固化剂和水玻璃分别按照黑色陶瓷粉末颗粒70份、粘结剂20份、固化剂5份，水玻璃5份比例称取后，依次加入球磨机中加水湿法搅拌混合制得黑色涂料，过筛除铁去杂后，粘结剂用由环氧树脂制成的有机涂料；黑色涂料其含水量为25wt％；

(3)将铝合金基体放入化学池进行脱脂、清洗、去锈、、磷化、钝化等表面处理，去除杂质异物；

(4)采用静电喷涂工艺将黑色涂料喷涂到金属基体表面上，并形成立体网状粗糙面。喷涂压力为0.30mpa。基体板的运动速度为30mm/s。喷雾运动方向与基体板前进运动的方向，呈90°角摆动喷涂。

(5)将喷涂后的金属基体经过干燥炉干燥，去除水分；

(6)将干燥后的金属基体经过330℃高温固化炉进行固化，形成带有黑色陶瓷涂层的金属基材。

以上是结合具体实施例对本发明的详细介绍，本发明的保护范围不限于此。