专利名称：基于不锈钢材料的高温选择性吸收涂层及其制备方法
技术领域：
本发明涉及太阳能中高温光热转换技术领域，特别涉及一种基于不锈钢材料的高温选择性吸收涂层及其制备方法。背景技术：
选择性吸收涂层是太阳能光热转换的关键，随着太阳能集热元件的发展，对涂层提出了越来越高的要求，以不断满足工业用热、海水淡化、太阳能热发电等中高温应用领域的使用要求。对于集热元件使用的选择性吸收涂层也要具备高温热稳定性，适应中高温环境的要求。太阳光谱能量集中在300ηπΓ2500ηπι紫外、可见、近红外波段范围内，在紫外、可见、近红外波段具有高吸收比，在红外波段具有低发射比的选择性吸收涂层，是提高中高温集热元件光热转换效率的关键。目前太阳能光热转换涂层获得的方法有喷涂、电化学(阳极氧化、电镀等)和磁控溅射，喷涂和电化学的方法不能获得很低的发射比，且不环保。磁控溅射用在光热涂层上有很多报道，有用在真空集热管真空环境里的涂层，有用到平板集热器的涂层，也有用于高温应用的涂层，但是这些产品的工艺复杂且成本高，并且未见涂层高温耐久性的测试。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种光学性能优异、高温使用稳定的基于不锈钢材料的高温选择性吸收涂层及其制备方法。本发明是通过如下技术方案实现的
一种基于不锈钢材料的高温选择性吸收涂层，以不锈钢为基材，通过机械精加工、脱月旨、烘干、沉积涂层及后处理得到，其特征在于所述基材的涂层通过靶电源溅射沉积而成， 涂层由内向外依次为过渡层、红外反射层、过渡层、金属陶瓷复合吸收层、过渡层和保护层。所述过渡层为金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或0形成的化合物。所述红外反射层为金属Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不锈钢以及合金组成。所述金属陶瓷复合吸收层为金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不锈钢以及合金与 N或0形成化合物和金属Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不锈钢以及合金掺杂而成。所述保护层为金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不锈钢以及合金与N或0形成的化合物。本发明所述的基于不锈钢材料的高温选择性吸收涂层的制备方法，主要包括如下步骤
(1)对基材表面进行机械精加工，然后脱脂，将其放入烘烤箱内烘干；
(2)将基材放入真空室内获得真空，然后往真空室内冲入氩气，对各靶材表面进行清
洗；
(3)启动靶电源，用直流或中频反应磁控溅射方法沉积金属Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或0形成化合物的过渡层，厚度为l(Tl20nm ；(4)沉积金属Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不锈钢以及合金组成的红外反射层，厚度为 30 300nm ；
(5)沉积金属Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或0形成化合物的过渡层，厚度为 10 120nm ；
(6)沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不锈钢以及合金与N或0形成化合物和金属Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不锈钢以及合金掺杂成的金属陶瓷复合吸收层，厚度为 50 500nm ；
(7)沉积金属Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或0形成化合物的过渡层，厚度为 10 120nm ；
(8)沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不锈钢以及合金与N或0形成化合物的保护层，厚度为3(T200nm。其中，步骤(1)中，基材表面精加工程度达到Ra彡200nm;步骤(2)中，真空室获得真空时，真空度优于5. 0Ε-3Ι^。本发明得到的吸收涂层成本低，有利于大规模推广，还具有优异的光学性能，包括高的太阳光谱吸收比α和低的红外发射比ε，实际测试光学性能为α =0. 95 (AMI. 5)， ε =0. 11 (300°C)，同时具有优异的光学性能高温条件使用耐久性。本发明结构简单，生产成本低，光学性能优异，高温使用稳定，适于大规模推广生产和使用。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。图1为本发明的结构示意图。图中，1涂层，2基材，3过渡层，4红外反射层，5金属陶瓷复合吸收层，6保护层。
具体实施方式
实施例
本发明以不锈钢为基材2，通过机械精加工、脱脂、烘干、沉积涂层1及后处理得到，所述基材2的涂层1通过靶电源溅射沉积而成，涂层1由内向外依次为过渡层2、红外反射层 4、过渡层3、金属陶瓷复合吸收层5、过渡层3和保护层6。其制备方法为
(1)对基材2表面进行机械精加工，达到Ra彡200nm，然后脱脂，将其放入烘烤箱内烘
干；
(2)将基材2放入真空室内获得真空，真空度优于5.0E-3Pa,然后往真空室内冲入氩气，对各靶材表面进行清洗；
(3)启动靶电源，用直流或中频反应磁控溅射方法沉积金属Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或0形成化合物的过渡层3，厚度为l(Tl20nm ；
(4)沉积金属Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不锈钢以及合金组成的红外反射层4，厚度为 30 300nm ；
(5)沉积金属Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或0形成化合物的过渡层3，厚度为 10 120nm ；
(6)沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不锈钢以及合金与N或0形成化合物和金属Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不锈钢以及合金掺杂成的金属陶瓷复合吸收层5，厚度为 50 500nm ；
(7)沉积金属Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或0形成化合物的过渡层3，厚度为 10 120nm ；
(8)沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不锈钢以及合金与N或0形成化合物的保护层6，厚度为3(T200nm。
权利要求
1.一种基于不锈钢材料的高温选择性吸收涂层，以不锈钢为基材，通过机械精加工、脱月旨、烘干、沉积涂层及后处理得到，其特征在于所述基材的涂层通过靶电源溅射沉积而成， 涂层由内向外依次为过渡层、红外反射层、过渡层、金属陶瓷复合吸收层、过渡层和保护层。
2.根据权利要求1所述的基于不锈钢材料的高温选择性吸收涂层，其特征在于所述过渡层为金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或0形成的化合物。
3.根据权利要求1所述的基于不锈钢材料的高温选择性吸收涂层，其特征在于所述红外反射层为金属Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不锈钢以及合金组成。
4.根据权利要求1所述的基于不锈钢材料的高温选择性吸收涂层，其特征在于所述金属陶瓷复合吸收层为金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不锈钢以及合金与N或0形成化合物和金属Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不锈钢以及合金掺杂而成。
5.根据权利要求1所述的基于不锈钢材料的高温选择性吸收涂层，其特征在于所述保护层为金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不锈钢以及合金与N或0形成的化合物。
6.根据权利要求1所述的基于不锈钢材料的高温选择性吸收涂层的制备方法，其特征为，主要包括如下步骤(1)对基材表面进行机械精加工，然后脱脂，将其放入烘烤箱内烘干；(2)将基材放入真空室内获得真空，然后往真空室内冲入氩气，对各靶材表面进行清洗；(3)启动靶电源，用直流或中频反应磁控溅射方法沉积金属Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或0形成化合物的过渡层，厚度为l(Tl20nm ；(4)沉积金属Al、Cu、Ag、Ni、Mo、W、Cr、不锈钢以及合金组成的红外反射层，厚度为 30 300nm ；(5)沉积金属Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或0形成化合物的过渡层，厚度为 10 120nm ；(6)沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不锈钢以及合金与N或0形成化合物和金属Al、Si、Ti、Mo、Ni、W、Cr、Sn、不锈钢以及合金掺杂成的金属陶瓷复合吸收层，厚度为 50 500nm ；(7)沉积金属Al、Ti、Ni、Cr、Sn、不锈钢以及合金与N或0形成化合物的过渡层，厚度为 10 120nm ；(8)沉积金属Al、Si、Ti、Ni、Cr、Sn、Mo、W、不锈钢以及合金与N或0形成化合物的保护层，厚度为3(T200nm。
7.根据权利要求6所述的基于不锈钢材料的高温选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于步骤(1)中，基材表面精加工程度达到Ra彡200nm。
8.根据权利要求6所述的基于不锈钢材料的高温选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于步骤(2)中，真空室获得真空时，真空度优于5. 0E-3I^。
全文摘要
本发明涉及太阳能中高温光热转换技术领域，特别公开了一种基于不锈钢材料的高温选择性吸收涂层及其制备方法。该基于不锈钢材料的高温选择性吸收涂层，以不锈钢为基材，通过机械精加工、脱脂、烘干、沉积涂层及后处理得到，其特征在于所述基材的涂层通过靶电源溅射沉积而成，涂层由内向外依次为过渡层、红外反射层、过渡层、金属陶瓷复合吸收层、过渡层和保护层。本发明结构简单，生产成本低，光学性能优异，高温使用稳定，适于大规模推广生产和使用。
文档编号C23C14/06GK102534497SQ201210087270
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者蔡勇志, 韩荣涛, 马丽萍, 马乐, 马斌 申请人:德州金亨新能源有限公司