[发明专利]太阳能选择性吸收WC-Co复合涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种太阳能选择性吸收WC‑Co复合涂层的制备方法，包括如下步骤：S1、将纳米结构的WC‑Co金属陶瓷粉末通过冷喷涂制备技术获得纳米结构WC‑Co金属陶瓷涂层，其中，WC陶瓷相颗粒大小控制在100nm～200nm，Co的质量分数在20%～30%之间，WC‑Co冷喷涂层厚度控制在50μm～150μm；S2、在上述WC‑Co金属陶瓷涂层表面采用溶胶‑凝胶法制备Al₂O₃减反层，Al₂O₃减反层厚度控制在10μm～50μm。本发明可实现相结构和成分移植，有利于控制粒子间结合，提高层间结合，所制备的复合涂层吸收性能良好，特别适用于工业应用推广。

技术领域

本发明涉及复合涂层领域，具体涉及一种太阳能选择性吸收WC-Co复合涂层的制备方法。

背景技术

目前太阳能选择性吸收涂层大多数适用于中低温领域，当温度较高时，涂层将会发生吸收率下降、高温氧化、开裂剥落等现象，最终导致涂层光学性能衰减，因此合理选择涂层材料，采用合适的制备技术制备结构优良的涂层尤其必要。金属-电介质（金属陶瓷）选择性吸收涂层具有结构简单、高温条件下性能稳定、发射率较低等优点，特别适用于太阳能中高温领域的研究。WC-Co涂层是以WC作为陶瓷相，Co过渡金属为粘结相的金属陶瓷，该种金属陶瓷材料将具有潜在光谱选择特性的WC高熔点、良好的物相稳定性(500℃)和抗热震性与过渡族Co金属的良好吸收性及抗氧化性能相结合，有利于提高涂层的光吸收及高温热稳定性。然而，微米结构的WC-Co涂层因表面具有较大的表面粗糙度而使得涂层的光学吸收性能降低，传统的热喷涂技术因高温作用使得喷涂粒子存在分解、相变或氧化行为，以及热喷涂层中热应力较大，从而导致因涂层结构变化引起的吸收率、反射率及热稳定性能明显下降。纳米结构的晶粒尺寸效应可使涂层获得较高的品质因子及良好的热稳定性能。

目前采用的制备技术主要为涂料法、电镀法、电化学法、气相沉积法(PVD, CVD)、磁控溅射法及热喷涂法。涂料法工艺方法和操作简单，将色素材料与粘结剂制成的涂料涂敷在机体上可获得一定的性能涂料涂层，但涂料涂层发射率较大，涂层与基体之间结合较弱，有机粘结剂高温下会产生热分解现象，从而影响涂层的性能与使用寿命。电镀法制备的涂层光学性较好，但涂层的热稳定性和耐蚀性较差，同时镀液对环境会造成污染。电化学法可制备光吸收性能及热稳定性良好的涂层，但该技术投资大，成本高，制备流程较长。气相沉积法可获得具有良好光学性和耐热性的涂层材料，但工艺和操作复杂，投资成本大。磁控溅射法制备的金属陶瓷涂层具有良好的性能，但经过高温退火时，涂层表面会发生相变、开裂及脱落现象，从而导致涂层吸收性能下降。热喷涂法是制备金属陶瓷涂层最为常用的制备技术，但喷涂粒子在喷涂过程中由于高温作用在涂层中易出现杂相或相变现象，尤其不适用于制备纳米结构金属陶瓷涂层，对于沉积纳米WC-Co 涂层存在因碳化物分解产生的W₂C、W或三元脆性相，难以实现以纳米WC 硬质颗粒移植至金属Co基体中而提高涂层光学吸收和热稳定性能的效果。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种操作工艺简单、成本较低的太阳能选择性吸收WC-Co复合涂层的制备方法，可实现相结构和成分移植，有利于控制粒子间结合，提高层间结合，所制备的复合涂层吸收性能良好，特别适用于工业应用推广。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种太阳能选择性吸收WC-Co复合涂层的制备方法，包括如下步骤：

S1、将纳米结构的WC-Co金属陶瓷粉末通过冷喷涂制备技术获得纳米结构WC-Co金属陶瓷涂层，其中，WC陶瓷相颗粒大小控制在100nm～200nm，Co的质量分数在20%～30%之间；