本发明专利技术属于太阳能利用技术领域，具体公开了一种耐高温多层太阳能选择性吸收涂层及其制备方法。该吸收涂层由三层结构组成，顶层为Cr2O3减反层，中间层为氧含量渐变结构的CrAlON吸收层，底层为CrAlSiN红外反射层；其中，吸收层CrAlON成分如下：Cr: 30~36 at.%，Al: 14~20 at.%，O: 12~28at.%，N: 22~38 at.% ，氧含量由内到外逐渐增多；红外反射层CrAlSiN成分如下：Cr: 13~21 at.%，Al: 30~40 at.%，Si: 6~10at.%，N: 32~40 at.%。该涂层体系的顶层Cr2O3、中间层氧含量渐变结构的CrAlON涂层、底层CrAlSiN涂层均具有良好的高温硬度以及抗高温氧化性。本发明专利技术所述涂层具有吸收率高、发射率低、结合强度高、高温稳定性好的优点，并且在高达550℃时仍具有良好的光谱选择性吸收性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能利用
，具体地，涉及一种耐高温多层太阳能选择性吸 收涂层及其制备方法。
技术介绍
目前对太阳能利用的发电方式主要有光伏和光热两种，相比于光伏发电，太阳能 热发电具有成本低、易与火力发电网兼容并网、适合于大规模发电等优势。美国、日本和德 国早在1995年前后就已经开始对太阳能热发电的材料、设计、工艺及理论等方面进行全面 研究。但在中国有关太阳能热发电技术的研究与国外相比明显滞后。太阳能热发电中的高 效太阳能集热装置是该技术的核心，而选择性吸收涂层是影响太阳能集热器集热管集热效 率的关键材料，是直接将太阳光能量转换为热能的功能涂层，因此制备高效太阳能选择性 吸热涂层是光热发电技术发展的关键。高效太阳能选择性吸收涂层要求在〇. 3~5μπι有 高的吸收率同时在红外区域（λ>2. 5μm)有低的发射率。 选择吸收涂层会使太阳能集热管的工作温度大幅提高，一般会达到450°C以上。 在这种高温环境下，选择性吸收涂层往往热稳定性变差、高温氧化、产生裂纹等现象，最终 导致其光学性能衰退，同时机械性能恶化，膜层剥落、最终完全失效。这将严重影响集热效 率和发电效率。为防止其失效，目前通常在集热管外同轴地安装一层玻璃管，将玻璃管与集 热管之间抽真空，用来隔离大气侵蚀，以延长吸收涂层的使用寿命。但这样却增加了集热管 的制造工艺及工序，导致成本高，生产率低。因此，在非真空条件下，开发出具有良好高温稳 定性、且在高温下长久保持良好选择吸收性能的选择吸收涂层，这样不仅可以简化集热管 玻璃真空密封工序，降低太阳热发电成本，而且这种涂层工艺的研发成功将对大规模高效 利用清洁能源产生巨大推动作用。
技术实现思路
针对太阳能光热发电的难点，综合考虑涂层结构的光谱选择性吸收性能和工业化 环保制备的工艺，本专利技术提供了一种耐高温多层太阳能选择性吸收涂层。该涂层体系的顶 层Cr203、中间层氧含量渐变结构的CrAlON涂层、底层CrAlSiN涂层均具有良好的高温硬度 以及抗高温氧化性。该涂层具有吸收率高、发射率低、结合强度高、高温稳定性好的优点，并 且在高达550°C时仍具有良好的光谱选择性吸收性能。 本专利技术的另一目的在于提供上述耐高温多层太阳能选择性吸收涂层的制备方法， 采用具有离化率高、涂层沉积速度高、膜基结合力强、环境友好以及易于工业化推广的阴极 电弧离子镀技术制备。 本专利技术的上述目的是通过以下技术方案予以实现的。 -种耐高温多层太阳能选择性吸收涂层，该吸收涂层由三层结构组成，顶层为 Cr203减反层，中间层为氧含量渐变结构的CrAlON吸收层，底层为CrAlSiN红外反射层；其 中，吸收层CrAlON成分如下：Cr: 30~36at.%，Al: 14~20at.%，0: 12~28at.%，N: 22~38 81:.%，氧含量由内到外逐渐增多；红外反射层0^15丨1'1成分如下：〇:13~2131:.%，八1: 30-40at. %,Si: 6~10at. %,N: 32-40at. %〇 现有技术多采用化学方法如电镀或者涂覆，环境污染，结合性能差。本专利技术采用的 高温选择性吸收涂层包括Cr203,CrAlON以及CrAlSiN均具有良好的高温稳定性及抗氧化特 性，保证整个涂层体系具有良好的高温特性。同时采用氧含量渐变结构的吸收层具有两个 突出的优点，其一，氧含量渐变结构可实现涂层的均匀过渡，从而有效降低应力，提高结合 性；其二，氧含量渐变结构可以细化纳米颗粒度，提高涂层的选择性吸收能力。 本专利技术多层太阳能选择性吸收涂层体系具有良好的高温特性，以不锈钢为基体在 550°C的吸收率α达0.94及以上，发射率ε低至0.16。 优选地，Cr203减反层的厚度为20~80nm，CrAlON吸收层的厚度为30~120nm， CrAlSiN红外反射层的厚度为30~100nm〇 本专利技术还提供上述的耐高温多层太阳能选择性吸收涂层的制备方法，包括如下步 骤： 51. 控制基体温度在300~400°C，关闭Ar气，打开队气，控制气压在0. 8~1. 2Pa，降低 负偏电压至100~150V，开启CrAlSi合金电弧靶，调节靶材电流为60~120A，制备CrAlSiN 红外反射层； 52. 保持通入队气，同时打开02气，调节气压至0. 5~1.5Pa，开启CrAl阴极电弧靶， 控制电流在60~100A，在沉积过程中将02气占通入总气体的比例逐渐从3%升高到40%，沉 积CrAlON吸收层； 53. 关闭N2，保持通入02气，同时通入Ar气，并控制气压在0. 4~1.5Pa，02比例在 50%-80%，打开Cr金属革E，调节弧源电流50~150A，沉积Cr203减反层，即得所述选择性吸收 涂层。 优选地，步骤S1制备CrAlSiN红外反射层的生长时间为2~15min，步骤S2沉积 CrAlON吸收层的时间为3~10min，步骤S3沉积Cr203减反层的时间为2~12min。 优选地，在步骤S1之前通Ar气，对不锈钢基体进行辉光清洗，具体为：将基体在转 速3~8rpm的条件升温至250~500°C，抽本底真空达到2. 0~8. 0X10 3Pa;通Ar气，调节真 空度至0. 2~0. 8Pa，加负偏电压_800~ -1200V，进行辉光清洗10~25min。 优选地，步骤S3在完成沉积Cr203减反层后，降温至50~80°C取出，常温冷却。 优选地，S1所述基体为不锈钢基体。 与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：本专利技术针对当今太阳能选择性吸热涂层 高温性能差的特点，采用工业生产中广泛应用的环境友好型的阴极电弧离子镀技术，制备 具有优良高温光谱选择性吸收性能，抗高温氧化性能以及高温稳定性的多层太阳能选择性 吸收涂层。本专利技术所述涂层体系具有高温吸收率高，高温发射率低以及优越的抗高温氧化 及结合力性能，能大大提高太阳能光热集热器的寿命，且可以低成本制备，在太阳光热发电 领域具有重大的应用前景。【附图说明】 图1为本专利技术多层太阳能选择性吸收涂层结构示意图。 图2为实施例1多层太阳能选择性吸收涂层的X射线衍射图像。 图3为实施例3多层太阳能选择性吸收涂层在550°C的光反射图像。【具体实施方式】 下面结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明，但实施例并不对 本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常 规试剂、方法和设备。 实施例1 本实施例提供一种耐高温多层太阳能选择性吸收涂层，该吸收涂层由三层结构组成， 顶层为Cr203减反层，中间层为氧含量渐变结构的CrAlON吸收层，底层为CrAlSiN红外反射 层；其中，吸收层CrAlON成分如下：Cr: 35.8at.%，Al: 16.3at.%，0: 13.9at.%，N: 34 at. % ;红外反射层CrAlSiN成分如下：Cr: 15. 2at. %，A1: 37. 8at.%，Si: 9at. %，N: 38 at. %〇 上述的耐高温多层太阳能选择性吸收涂层的制备方法，包括如下步骤： s1.辉光清洗后，控制不锈钢基体温度在300°C，关闭Ar气流量阀，开启N2流量阀，控 制镀膜室内气压在0.8Pa，降低基体负偏电压至本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种耐高温多层太阳能选择性吸收涂层，其特征在于，该吸收涂层由三层结构组成，顶层为Cr2O3减反层，中间层为氧含量渐变结构的CrAlON吸收层，底层为CrAlSiN红外反射层；其中，吸收层CrAlON成分如下：Cr: 30~36 at.%，Al: 14~20 at.%，O: 12~28at.%，N: 22~38 at.%，氧含量由内到外逐渐增多；红外反射层CrAlSiN成分如下：Cr: 13~21 at.%，Al: 30~40 at.%，Si: 6~10at.%，N: 32~40 at.%。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邹长伟，邵乐喜，谢伟，梁枫，唐晓山，
申请(专利权)人：岭南师范学院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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