等離子噴涂法與SoL-GeL法復(fù)合制備中高溫太陽能選擇性吸收涂層的研究.pdf

1、太陽能選擇性吸收涂層在中-高溫有著優(yōu)異的選擇性吸收作用，在中高溫槽式、塔式吸熱器表面都有著廣泛應(yīng)用，選擇性吸收涂層的本征性能和服役能力決定了其利用的環(huán)境。優(yōu)異的中高溫太陽能選擇性吸收涂層通常具備良好的吸收率(α)/發(fā)射率(ε)、熱穩(wěn)定性、耐大氣腐蝕性。傳統(tǒng)的常溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法一般采用電鍍、化學(xué)鍍、刷鍍、溶膠-凝膠等方法，這些方法制備的膜層由于膜層致密導(dǎo)致熱穩(wěn)定較差，所以一般使用在常溫條件下。中高溫太陽能選擇吸收涂層的制備

2、方法一般采用磁控濺射、射頻濺射等方法，由于這些方法一般制備工藝復(fù)雜，對工件的結(jié)構(gòu)要求很高，生產(chǎn)成本高，在大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)上受到了局限。等離子噴涂工藝由于在金屬基體上制備的陶瓷層、金屬陶瓷層具備優(yōu)良的結(jié)合能力、熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性以廣泛應(yīng)用于制備熱障涂層、可磨耗封嚴(yán)涂層和抗腐蝕層，但應(yīng)用等離子噴涂制備太陽能選擇吸收涂層國內(nèi)外卻鮮有報道，本文將采用等離子噴涂法制備金屬陶瓷太陽能吸收層。
　　 溶膠-凝膠法由于制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低

3、廉，已在諸多領(lǐng)域得到了大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。本文將參考國內(nèi)外文獻報道在吸收層表面制備減反層的思想，利用溶膠-凝膠法在等離子噴涂金屬陶瓷涂層表面利用浸漬-提拉法制備選擇性透過膜，來減少涂層的發(fā)射率，提高選擇性吸收效果。
　　 本次試驗以Al2O3、Cr、WC、Co為主要成分，采用噴霧干燥法制備了兩種系列的金屬陶瓷團聚型粉末Cr-Al2O3系和Co-WC系，將該粉末進行干燥，篩分處理得到流動性好的噴涂粉末。采用等離子噴涂工藝在光亮的不

4、銹鋼基片上制備兩種系列的金屬陶瓷吸收層，并對涂層做了熱處理和研磨處理。以SnCl4·5H2O、純水、氨水為主要成分，配制了SnO2的溶膠-凝膠，利用浸漬-提拉法和熱處理在等離子噴涂涂層表面制備SnO2選擇性透過膜。
　　 對等離子噴涂吸收層和復(fù)合涂層的組織結(jié)構(gòu)及吸收率、發(fā)射率進行了測試與分析，主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　 (1)對粉末、等離子噴涂涂層及復(fù)合涂層的XRD分析。結(jié)果表明：團聚型粉末為純的金屬陶瓷粉末，等離子

5、噴涂涂層物相沒有發(fā)生變化，在等離子噴涂涂層表面成功制備了SnO2選擇性透過膜。
　　 (2)對等離子噴涂涂層和復(fù)合涂層的微觀形貌進行研究。結(jié)果表明：等離子噴涂金屬陶瓷層為層狀結(jié)構(gòu)，表面為小丘狀結(jié)構(gòu)夾雜著氣孔相存在，在等離子噴涂涂層表面形成了鱗片狀的SnO2選擇性透過膜。
　　 (3)研究了涂層的表面粗糙度與吸收率、發(fā)射率的關(guān)系。結(jié)果表明：吸收率和發(fā)射率都隨著表面粗糙度的降低而降低，但吸收率/發(fā)射率增大。吸收率、發(fā)射率與涂

6、層的表面小丘狀和氣孔這一特殊形貌有關(guān)。
　　 (4)研究了等離子噴涂金屬陶瓷層金屬含量對吸收率、發(fā)射率的影響。結(jié)果表面：兩組系列的金屬陶瓷吸收層，隨著金屬含量的提高，吸收率提高和發(fā)射率降低。吸收率與發(fā)射率和金屬禁帶寬度和陶瓷的輻射性能有關(guān)。
　　 (5)研究了熱處理對等離子噴涂金屬陶瓷層的吸收率、發(fā)射率的影響。結(jié)果表面：700-900℃的熱處理可以降低涂層的發(fā)射率和吸收率。熱處理可以均化涂層表面，涂層顆粒長大。