一种多尺度金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多尺度金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层的制备方法，包括如下步骤：造粉→喷涂→激光熔敷→退火→机械抛光，该方法利用以多尺度金属陶瓷涂层作为高温大气环境中长期服役的太阳能选择性吸收涂层，并利用激光熔敷技术及机械抛光技术减少表面孔洞，提高涂层致密性并降低涂层表面粗糙度，从而获得吸收率高，红外发射率低的太阳能选择性吸收涂层。本发明专利技术具有成本低廉，操作简单，所制成得涂层选择性吸收性能高，涂层稳定，抗热冲击能力强等优点。

A preparation method of multi-scale cermet solar selective absorbing coating

The invention discloses a preparation method of a multi-scale cermet solar selective absorption coating, which comprises the following steps: powder making, spraying, laser cladding, annealing and mechanical polishing. The method utilizes a multi-scale cermet coating as a solar selective absorption coating for long-term service in high temperature atmospheric environment, and has the advantages of Laser cladding technology and mechanical polishing technology are used to reduce the surface porosity, improve the compactness of the coating and reduce the surface roughness of the coating, so as to obtain solar selective absorption coating with high absorption rate and low infrared emissivity. The coating has the advantages of low cost, simple operation, high selective absorption performance, stable coating and strong thermal shock resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种多尺度金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层的制备方法
本专利技术涉及涂层制备
，特别是涉及制备应用于大气环境下的高温太阳能选择性吸收涂层，具体是一种制备太阳能选择性吸收涂层的新工艺。
技术介绍
太阳能是储量巨大且无污染的清洁能源，太阳能热利用技术在低温领域已得到广泛应用，如太阳能热水器；在中高温领域，国内与国外存在较大差距，国内的光热发电技术起步较晚且商业化运作缓慢，现有的太阳能选择性吸收涂层的制备方法很多如电镀、溶胶凝胶法、磁控溅射等各有优势，但也存在各自的不足，如成本昂贵、工艺要求高、污染环境、高温稳定性差等。目前制备涂层的工艺中，电镀法对环境污染大；溶胶凝胶法制备的涂层结合强度低，耐腐蚀性较差；作为目前主流制备方法的磁控溅射制备的涂层虽然具有良好的选择吸收性能，但是其生产成本高，生产效率低，限制了其在高温热发电中的应用。因此在这些技术中只有少数能投入实际生产应用。采用激光熔敷工艺制备的中高温太阳能选择性吸收涂层具有操作简单、环保、耐候性能好、成本低且可实现大批量生产等优势，能够推动商业化生产。利用该方法制备涂层具有高热稳定性、、生产成本低、非真空使用性好等优点，使其具有较大的优势。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种可应用于大气环境下中高温太阳能选择性吸收涂层的新型制备工艺，利用以多尺度金属陶瓷涂层作为高温大气环境中长期服役的太阳能选择性吸收涂层，并利用激光熔敷技术及机械抛光技术减少表面孔洞，提高涂层致密性并降低涂层表面粗糙度，从而获得吸收率高，红外发射率低的太阳能选择性吸收涂层。该工艺具有成本低廉，操作简单，所制成得涂层选择性吸收性能高，涂层稳定，抗热冲击能力强等优点。本专利技术采用的技术方案为：一种多尺度金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层的制备方法，包括以下步骤：1)将所采用的基体材料经过表面均匀粗化处理；2)造粉所述造粉步骤采用喷雾干燥法制备复合粉末，原材料为微米级和纳米级金属粉末和TiC粉末的混合物，干燥塔内温度要维持在280-300℃之间，造粉完成后复合粉末呈均匀实心球状，纳米金属粒径50-80nm，微米粉的粒径平均大小在400目到600目之间；3)喷涂对基体材料进行喷涂，制得的涂层厚度控制在10-30μm范围；4)激光熔敷当喷涂完成后，将涂层缓慢冷却至室温，进行激光表面处理步骤；选用波长在可见-近红外波段的固体或半导体脉冲激光对涂层进行表面处理，激光功率为800-1300W，脉宽为2ms，扫描速度为4-5mm/s；5)退火在激光表面处理后进行600℃，200h的退火处理；6)机械抛光最后进行机械抛光，得到用于大气环境下高温太阳能选择性吸收涂层。作为优选，所述步骤1)中基体材料选用精抛不锈钢，利用压力为0.3～0.4MPa的纯净压缩空气将120目的棕刚玉砂以70～80°攻角高速喷射到不锈钢表面，使其表面均匀粗化。作为优选，所述步骤2)中金属粉末包括Ni粉和Mo粉，所述Ni粉、Mo粉和TiC粉的质量百分含量分别为30％，10％，60％。作为优选，所述步骤4)中经喷涂制备的涂层，应先进行表面清洁，去除残粉，之后再进行激光表面处理；激光表面处理过程中应将涂层置于纯净水中进行强制冷却，纯净水水温应在10～30℃之间。作为优选，所述步骤6)中机械抛光分为粗抛和精抛两步；涂层在粗抛后表面粗糙度Ra≤2μm，精抛后表面粗糙度Ra≤0.6μm。作为优选，所述步骤6)中还包括机械抛光后的清洗步骤；清洗时使用有机溶剂，在超声清洗机中进行不短于20min的超声清洗，清洗在结束机械抛光后1h内进行；所述有机溶剂为丙酮。本专利技术工艺包括如下步骤：造粉→喷涂→激光熔敷→退火→机械抛光，主要用于制备能够在大气环境高温(≥500℃)条件下应用的太阳能选择性吸收涂层，该工艺选用耐高温性能、耐腐蚀性能和抗氧化性能优良的Ni、Mo、TiC作为选择性吸收涂层材料，可以保证涂层优良的选择吸收性能(吸收率ɑ≥0.85，发射率ε≤0.05)，在500℃以上高温环境可长期服役，抗氧化，组织性能稳定，服役时间长的特点。有益效果：本专利技术工艺可以用来制备含有Ni、Mo、TiC等高熔点材料的太阳能选择性吸收涂层。激光熔敷与现有制备工艺相比，具有成本较低，操作简单，涂层粉末选择范围广泛，与基材粘附强度牢固，尺寸厚度与均匀性可控，涂层工艺技术不受工件的尺寸限制，制成涂层选择性吸收性能高，涂层稳定，抗热冲击能力强等优点。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明：实施例1利用本工艺制备Ni/Mo-TiC高温太阳能选择性吸收涂层：将微米级Ni粉、微米级Mo粉和微米级TiC粉制备的料浆混合均匀，其百分含量分别为30％，10％，60％，按喷雾干燥法制备复合粉末，颗粒度在400目到600目之间(可选择400、450、500、550、600目)，干燥塔内温度要维持在280-300℃(可选择280℃、285℃、290℃、295℃、300℃)之间。金属基体材料选择307精抛不锈钢，并利用压力为0.3-0.4MPa的纯净压缩空气将120目的棕刚玉砂以70～80°攻角高速喷射到不锈钢表面，使其表面均匀粗化。粗化完成后，利用同样的纯净压缩空气将残余砂砾吹净。采用喷涂的方法制得的涂层厚度应控制在10-30μm范围。经喷涂制备的涂层，进行表面清洁。当喷涂完成后，将涂层缓慢冷却至室温，选用波长在可见-近红外波段的固体或半导体脉冲激光进行表面处理。激光功率为800-1300W(800W、1000W、1200W、1300W)，脉宽为2ms，扫描速度为4-5mm/s。在处理过程中将涂层置于纯净水中进行强制冷却，纯净水水温20℃左右。在激光表面处理后进行600℃，200h的退火处理。去应力退火后应进行机械抛光处理，机械抛光分为粗抛和精抛两步进行。涂层在粗抛后表面粗糙度Ra≤2μm，精抛后表面粗糙度Ra≤0.6μm。涂层在结束抛光后1h内使用丙酮等有机溶剂，在超声清洗机中进行不短于20min的超声清洗。制得的Ni/Mo-TiC高温太阳能选择性吸收涂层的光谱吸收性能测试结果表明本项目制备的太阳能选择性吸收涂层拥有优良的太阳能光谱选择吸收性能，测试结果如表1所示：表1金属陶瓷吸收涂层的光热转换性能实施例2利用本工艺制备多尺度Ni/Mo-TiC高温太阳能选择性吸收涂层：15wt％的微米级Ni粉、15wt％纳米级Ni粉、5wt％微米级Mo粉、5wt％纳米级Mo和60wt％微米级TiC粉制备的料浆混合均匀，按喷雾干燥法制备复合粉末，干燥塔内温度要维持在280-300℃(可选择280℃、285℃、290℃、295℃、300℃)之间。金属基体材料选择307精抛不锈钢，并利用压力为0.3-0.4MPa的纯净压缩空气将120目的棕刚玉砂以70～80°攻角高速喷射到不锈钢表面，使其表面均匀粗化。粗化完成后，利用同样的纯净压缩空气将残余砂砾吹净。采用喷涂的方法制得的涂层厚度应控制在10-30μm范围。经喷涂制备的涂层，进行表面清洁。当喷涂完成后，将涂层缓慢冷却至室温，选用波长在可见-近红外波段的固体或半导体脉冲激光进行表面处理。激光功率为800-1300W(800W、1000W、1200W、1300W)，脉宽为2ms，扫描速度为4-5mm/s。在处理过程中将涂层置于纯净水中进行强制冷却，纯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多尺度金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将所采用的基体材料经过表面均匀粗化处理；2）造粉所述造粉步骤采用喷雾干燥法制备复合粉末，原材料为微米级和纳米级金属粉末和TiC粉末的混合物，干燥塔内温度要维持在280‑300℃之间，造粉完成后复合粉末呈均匀实心球状，纳米金属粒径50‑80nm，微米粉的粒径平均大小在400目到600目之间；3）喷涂对基体材料进行喷涂，制得的涂层厚度控制在10‑30μm范围；4）激光熔敷当喷涂完成后，将涂层缓慢冷却至室温，进行激光表面处理步骤；选用波长在可见‑近红外波段的固体或半导体脉冲激光对涂层进行表面处理，激光功率为800‑1300W，脉宽为2ms，扫描速度为4‑5mm/s；5）退火在激光表面处理后进行600℃，200h的退火处理；6）机械抛光最后进行机械抛光，得到用于大气环境下高温太阳能选择性吸收涂层。

【技术特征摘要】
1.一种多尺度金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将所采用的基体材料经过表面均匀粗化处理；2）造粉所述造粉步骤采用喷雾干燥法制备复合粉末，原材料为微米级和纳米级金属粉末和TiC粉末的混合物，干燥塔内温度要维持在280-300℃之间，造粉完成后复合粉末呈均匀实心球状，纳米金属粒径50-80nm，微米粉的粒径平均大小在400目到600目之间；3）喷涂对基体材料进行喷涂，制得的涂层厚度控制在10-30μm范围；4）激光熔敷当喷涂完成后，将涂层缓慢冷却至室温，进行激光表面处理步骤；选用波长在可见-近红外波段的固体或半导体脉冲激光对涂层进行表面处理，激光功率为800-1300W，脉宽为2ms，扫描速度为4-5mm/s；5）退火在激光表面处理后进行600℃，200h的退火处理；6）机械抛光最后进行机械抛光，得到用于大气环境下高温太阳能选择性吸收涂层。2.根据权利要求1所述的一种多尺度金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中基体材料选用精抛不锈钢，利用压力为0.3~0.4MPa的纯净压缩空气将120目...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞旭明，魏倩，钱丽佳，周剑秋，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32