阅读说明：本技术 一种不锈钢基太阳能选择性吸收涂层 (Stainless steel-based solar selective absorption coating ) 是由 宫殿清 牛蕊 杨鹏 李克伟 崔泽琴 王晓波 韩彦莎 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可用于大气环境下的能耐受高温的太阳能选择性吸收涂层。这种选择性吸收涂层以不锈钢为原材料,利用多弧离子镀为制备手段,通过等离子化的不锈钢与氮气、氧气反应生成多层氮氧不锈钢堆垛涂层。这种涂层具有良好的太阳能选择性吸收性能(吸收率α>0.90,发射率ε<0.15),而且原材料简单,成本低廉,易于推广。与实验室报道的氮化不锈钢涂层相比,能在600℃下长期在大气环境中工作。(The invention discloses a solar selective absorbing coating capable of resisting high temperature and used in an atmospheric environment. The selective absorption coating takes stainless steel as a raw material, utilizes multi-arc ion plating as a preparation means, and generates a multilayer nitrogen-oxygen stainless steel stacked coating through the reaction of plasma stainless steel, nitrogen and oxygen. The coating has good solar energy selective absorption performance (the absorptivity is more than 0.90, and the emissivity is less than 0.15), and the coating has the advantages of simple raw materials, low cost and easy popularization. Compared with the nitrided stainless steel coating reported in the laboratory, the coating can work in the atmospheric environment for a long time at 600 ℃.)

一种不锈钢基太阳能选择性吸收涂层

技术领域

本发明涉及太阳能热利用领域，涉及一种不锈钢基太阳能选择性吸收涂层。

背景技术

随着地球上的各种不可再生资源的不断消耗，资源短缺问题也逐渐被人们关注。太阳能作为重要的可再生能源，其利用成为了能源工业重要的发展方向。太阳能集热器是能将太阳能转化为热能的装置，是太阳能利用领域中广泛使用的设备。太阳能选择性吸收涂层是太阳能集热器上提高光热转化效率的材料，通过降低紫外到近红外波段太阳光反射率，提高红外波段发射率，实现增大太阳能吸收率，降低热损耗的反射率，最终提高太阳能利用率。在太阳能选择性吸收涂层的作用下，太阳能集热器的生产效率可以显著提高，成本也可以明显降低，有利于太阳能利用技术的推广。为了进一步提高太阳能集热器的工作效率，降低其成本，需要开发成本低廉，能耐受高温的太阳能选择性吸收涂层。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本、高效率、能在大气高温环境中使用的太阳能选择性吸收涂层。

本发明所述不锈钢基太阳能选择性吸收涂层用304不锈钢做靶材，氮气、氧气作为反应气体，利用多弧离子镀工艺或射频溅射工艺，制备多层堆垛太阳能选择性吸收涂层；涂层为4层结构，从基体到表面依次为不锈钢打底层(SS)、氮化不锈钢层(SS-N)、氮氧化不锈钢层(SS-NO)和氧化不锈钢层(SS-O)；

不锈钢打底层厚度为100-200nm；氮化不锈钢层的厚度为240-300nm；氮氧化不锈钢层的厚度为200-260nm；氧化不锈钢层的厚度为240-300nm；

上述涂层在制备完成后进行2小时600℃的退火处理。

本发明所述涂层主要依靠增强米氏散射和相长干涉提高涂层光学选择吸收性能，所以应该保证各层厚度在要求范围内。涂层制备后含有大量非晶、不稳定相等结构，影响涂层长期服役。所以在制备后应当进行600℃2小时的退火。该涂层具有良好的太阳能选择性吸收性能(吸收率α>0.90，发射率ε<0.15)，而且原材料简单，成本低廉，易于推广。与实验室报道的氮化不锈钢涂层相比，能在600℃下长期在大气环境中工作。

附图说明

图1为本发明所述涂层结构示意图。

图2为本发明所制备涂层截面图。

图3实施例1所制备涂层光学性能图。

图4实施例1所制备涂层在600℃条件下工作200小时后反射率曲线。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面再结合一个具体的实施例1对本发明做进一步地阐述。但本发明所要求保护的技术方案并不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

本实施例提供一种不锈钢基太阳能选择性吸收涂层，涂层从基体到表面依次为不锈钢打底层(SS)、氮化不锈钢层(SS-N)、氮氧化不锈钢层(SS-NO)和氧化不锈钢层(SS-O)。该涂层由多弧离子镀工艺制备。涂层基体选用316L不锈钢，靶材选用304不锈钢。沉积电流为50A，偏压为800V。氩气流量保持80sccm。

各层工艺如下：

SS层，沉积时间为1分钟。

SS-N层，氮气流量为30sccm，沉积时间为2min。

SS-NO层，氮气流量为30sccm，氧气流量为10sccm，沉积时间为1.5min。

SS-O层，氧气流量为40sccm，沉积时间为2min。

之后，在大气环境中600℃条件下退火2小时。

涂层光学性能为吸收率0.94，发射率0.15。

图3为实施例1所制备涂层(退火前)光学性能图；图4则是实施例1所制备涂层在600℃条件下工作200小时后的反射率曲线。

所述吸收率和发射率根据吸收率和发射率的计算公式：

及

式中，α和ε分别表示吸收率和发射率。E_sol表示太阳辐射能，E_b表示黑体辐射能，R表示反射率，三者均为波长λ的函数。

计算得出，吸收率和发射率均随着反射率的增加而减小。所以要在短波长(＜2.5μm)范围内尽量降低反射率，而在长波长(＞2.5μm)范围内尽量提高反射率。图3和图4中反射率正好呈现出上述规律。

如图4可见，发明所制备的涂层在600℃条件下工作200小时后光学性能为吸收率0.91，发射率0.13；说明本发明所述涂层能够满足高温下工作的要求，且具备高效率的优点。