太阳能选择性吸收涂层的集热管及其制造方法技术

一种太阳能选择性吸收涂层的集热管及其制造方法，其基体材料钢管的外表面沉积太阳能选择性吸收涂层，该钢管的两端有一无膜区，内腔充以流动工质，其涂层是在基体材料上形成一层过渡层和粘附层，再沉积一层金属红外反射层，再溅射一层保护层和一层金属陶瓷的吸收层，最后是一层减反射层，制造方法是在基体上烘烤形成过渡层，然后溅射一层粘附层和红外反射层，然后仍用磁控溅射方法涂复一层保护层，再用双靶溅射方法沉积一层金属陶瓷吸收层，接着又溅射一层减反射层，最后此涂层的集热管在２００－３５０℃时真空处理，使膜层更为致密，本集热管适用于高温空气，各项性能均稳定可靠且寿命长。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，该涂层使 集热元件在高温空气中适用，属于太阳能热水器的

技术介绍
太阳能热水器的集热管由于抗氧化能力较差且稳定性也差， 一般采用太阳 能选择性涂层只能在真空中或保护性气体中使用。国内生产的集热管都在真空中使用，才能保证其寿命，国外的Solel公司(以色列Luz公司生产的金属与 玻璃封接的真空集热管)与肖特公司的产品可以在4(TC左右的高温条件下使 用，但其涂层必须在真空或保护气体中使用，否则其性能将迅速衰减而导致无 法应用，另外这些产品的制作工艺复杂且成本偏高。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种太阳能选择性吸收涂层的集热管，它可以在 200—50(TC的高温空气中可以长期稳定工作，这种选择性涂层的集热管也可以 封闭在真空中或在定为恶劣的环境中使用，如果在中低温的空气中使用，涂层 和集热管的寿命更加优越。本专利技术的另一个目的是提供上述选择性吸收涂层的制造方法。该方法采用 表面抛光高温烘烤和磁控溅射镀膜，使涂层成为多层性结构。选择性吸收涂层的集热管是这样实现的-集热管的基体材料钢管1，其外表面沉积一层太阳能选择性吸收涂层3， 该钢管1的两端为无膜区4，内腔2内充以流动工质，在基体材料5的表面有 一层过渡层6，其表面又形成一层A1A、 AlN或Si02的粘附层7，再沉积一层 Al、 Ag、 Cu、 Ni、 Mo、 W、 NiCr合金或不锈钢的红外反射层8，依次又溅射A1A、 AlN或Si02的保护层9，保护层9表面溅射一层A1203、 Aln或Si02的陶瓷成分 和Ni、 W、 NiCr合金或不锈钢形成的沉积吸收层10，最后是一层A1^、 A1N、 Ti02、 Si02和MgF2的减反射层11。上述涂层的制造方法是在基体材料1表面高温300 — 80(TC的高温烘烤20 一100分钟形成过渡层6，又以磁控溅射方法形成粘附层7，接着又用磁控溅射 方法溅射沉积一层金属红外反射层8，其厚度为50 500mm，然后又涂覆一层 保护层9，其厚度是20—100nm，再采用双靶溅射方法沉积一层吸收层10，吸 收层10为金属陶瓷成分，其厚度为60 — 300nm，采用中频电源反应溅射在吸收 层10，制成减反射层11且厚度为50 — 120 rim。的优点是涂层是多层的结 构，具有涂层集热管在高温300 — 50(TC的空气中适用，吸收率a高达94X以 上，发射率e小于15^(40(TC)，在真空中可耐400—700。C的高温，各项性能 稳定可靠，本涂层的集热元件可单独用于空气中作为太阳能光伏发电的元件。 附图说明图l是耐高温太阳能选择性吸收涂层的钢管示意图图2是太阳能选择性吸收涂层示意图图3是抛光设备示意图图4是高温处理设备示意图图5是镀膜机示意图图6是镀膜后处理设备示意图其中1.基体材料钢管2.内腔3.太阳能选择性吸收涂层4.无膜 区5.基体材料6.过渡层7.粘覆层8.红外反射层9.保护层10.沉积 吸收层11.减反射层12.抛光设备13.抛光头14.高温15.电加热16. 搅拌风扇17.镀膜机18.磁控溅射靶19.电源20.后处理设备21.电 加热具体实施例方式由图1，集热管的基体材料钢管l，其外表面沉积一层太阳能选择性吸收 涂层3，该钢管1的两端为没有涂层的无膜区4，内腔2内充以流动工质，可 以是气体或液体，当阳光照射集热元件，其吸收涂层3吸收阳光使基体材料钢 管1加热到200—50(TC，热量传递于内腔2中之工质，使其产生高压蒸汽或高 温液体，根据实际需要基体材料钢管l可选用不锈钢、碳素钢和镍合金、铜铝或铝合金的管材或板材，其长度为300 600mm，内腔2的内径大于lOram。由图2，太阳能选择性吸收涂层3是6层的结构，基体材料5是基体材料 钢管1的一部分，基体材料5的表面通过300—80(TC的高温烘烤20 — 100分钟 或用高频淬火的方法，使表面形成致密的大于100nm厚度的氧化层即过渡层6， 然后应用反应磁控溅射方法在过渡层6的表面形成20 300nm的Al必,或Aln 或Si02介质材料的粘附层7，接着又用磁控溅射方法在粘附层7上溅射沉积金 属红外反射层8，其厚度为50 500mra，其材料为A1、 Cu、 Ni、 Mo、 W或NiCr 合金和不锈钢，然后仍用磁控溅射方法在反射层8上涂覆一层保护层9，其厚 度是20—100nm，材料是A1203、 Aln、 Sio2和NiCrOx，随即采用双靶溅射方法(在 96. 102331. 7中己有详述)沉积一吸收层10，其厚度为60 — 300nm且结构为多 层，陶瓷成分可选择A1203、 A1N、 Sio2，金属成分选用Ni、 Mo、 W、 NiCr合金 及不锈钢等(形成Mo - A1203、 Ni - A1203、或NicrOx等成分的金属陶瓷层)。由图3，基体材料钢管1放在抛光设备12上面并固定好，使它相对于多级 抛光头13高速旋转，抛光头13采用粗细颗粒度组合的抛光头，保证钢管l表 面粗糙度优于0. 4 u m。由图4，抛光后的基体材料钢管1放在高温烘箱15中，在300 — 80(TC的 温度下烘烤20 — 100分钟，也可用高频淬火的方法；高温烘箱15内装有搅拌 风扇16，两侧装有高频线圈电加热14，搅拌风扇16转动保证烘烤的温度均匀， 因此使表面形成致密的大于100nm厚度的氧化层，也就是过渡层6。由图5，基体材料钢管l可以水平放置或垂直放置在镀膜机上，传输机构 (图中未表示)使工件自转，同时又可向前或向后移动，抽真空机组(图中未表 示)使真空达到8X 10—3pa并开始镀膜,充入Ar气且压强在0. 1 10pa的范围以 内，使用中频电源(图中未表示)进行真空磁控反应溅射和真空磁控溅射，制备 选择性吸收涂层。由图6，已经制备好的涂层产品需要在200 — 35(TC的温度下，其真空度高 于1000pa，处理使膜层更为致密。高温集热管的工艺流程是工件表面抛光一高温烘烤一磁控溅射镀膜一选 择性吸收涂层的后处理。权利要求1.一种，其特征是集热管的基体材料钢管(1)，其外表面沉积一层太阳能选择性吸收涂层(3)，该钢管(1)的两端为无膜区(4)，内腔(2)内充以流动工质，在基体材料(5)的表面有一层过渡层(6)，其表面又形成一层Al2O3、AlN或Sio2的粘附层(7)，再沉积一层Al、Ag、Cu、Ni、Mo、W、NiCr合金或不锈钢的红外反射层(8)，依次又溅射Al2O3、AlN或SiO2的保护层(9)，保护层(9)表面溅射一层Al2O3、AlN或Sio2的陶瓷成分和Ni、W、NiCr合金或不锈钢形成的沉积吸收层(10)，最后是一层Al2O3、AlN、TiO2、SiO2和MgF2的减反射层(11)。2. 根据权利要求1所述集热管的制造方法，其特征是太阳能选择性吸收涂层 (3)的制造方法是在基体材料(1)表面高温300—80(TC的高温烘烤20 — 100分 钟形成过渡层(6)，又以磁控溅射方法形成粘附层(7)，接着又用磁控溅射方法 溅射沉积一层金属红外反射层(8)，其厚度为50 500mm，然后又涂覆一层保护 层(9)，其厚度是20 — 100nm，再采用双靶溅射方法沉积一层吸收层(10)，吸收 层(10)为金属陶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能选择性吸收涂层的集热管及其制造方法，其特征是集热管的基体材料钢管（１），其外表面沉积一层太阳能选择性吸收涂层（３），该钢管（１）的两端为无膜区（４），内腔（２）内充以流动工质，在基体材料（５）的表面有一层过渡层（６），其表面又形成一层Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、ＡｌＮ或Ｓｉｏ↓［２］的粘附层（７），再沉积一层Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、ＮｉＣｒ合金或不锈钢的红外反射层（８），依次又溅射Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、ＡｌＮ或ＳｉＯ↓［２］的保护层（９），保护层（９）表面溅射一层Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、ＡｌＮ或Ｓｉｏ↓［２］的陶瓷成分和Ｎｉ、Ｗ、ＮｉＣｒ合金或不锈钢形成的沉积吸收层（１０），最后是一层Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、ＡｌＮ、ＴｉＯ↓［２］、ＳｉＯ↓［２］和ＭｇＦ↓［２］的减反射层（１１）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王智建，隗方基，刘建民，李雪峰，陈志涛，张粉利，
申请(专利权)人：梁美意，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]