本發(fā)明涉及太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低成本、高穩(wěn)定性的高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法。

背景技術(shù)：

太陽光譜選擇性吸收涂層是在可見-近紅外波段具有高吸收率，在紅外波段具有低發(fā)射率的功能薄膜，是用于太陽能集熱器，提高光熱轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵技術(shù)。隨著太陽能熱利用需求和技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽能集熱管的應(yīng)用范圍從低溫應(yīng)用（≤100℃）向中溫應(yīng)用(100℃-350℃)和高溫應(yīng)用(350℃-500℃)發(fā)展，以不斷滿足海水淡化、太陽能發(fā)電等中高溫應(yīng)用領(lǐng)域的使用要求。對于集熱管使用的選擇性吸收涂層也要具備高溫?zé)岱€(wěn)定性，適應(yīng)高溫環(huán)境的應(yīng)用條件。

高溫太陽能選擇性吸收涂層主要由四部分組成：最靠近基材的是紅外高反射金屬層，向外依次為擴(kuò)散阻擋層、吸收層和減反層，金屬層選用良導(dǎo)電性金屬材料如鋁、銅、銀、鎳、鉬、鎢等金屬；吸收層由若干層金屬-介質(zhì)復(fù)合材料薄膜組成，納米級金屬粒子均布在介質(zhì)材料中，其光學(xué)特性可以控制在金屬和介質(zhì)的中間狀態(tài)，靠近金屬底層的吸收亞層具有高的折射率和消光系數(shù)，隨著各吸收亞層中金屬含量的降低，其折射率和消光系數(shù)也逐漸減?。粶p反層采用低折射率和低消光系數(shù)材料，盡可能減小對光的反射，獲得優(yōu)良的選擇性吸收性能。在人們研究高性能、高穩(wěn)定、長壽命的高溫太陽能選擇性吸收膜系的不斷實踐中，已經(jīng)采用了多種不同類型的膜系結(jié)構(gòu)，如SS-AlN/SS（不銹鋼氮化鋁）、 W-Al₂O₃、Mo-Al₂O₃ 、W-SiO₂ 等鍍層，SS+ALN吸收涂層的結(jié)構(gòu)是由兩個金屬陶瓷介質(zhì)吸收亞層組成，由于兩個金屬陶瓷介質(zhì)吸收亞層的金屬含量差別大，涂層中的金屬成分容易在高溫中擴(kuò)散，造成吸收亞層組分變化，涂層光學(xué)性能發(fā)生衰變，造成膜層的老化和脫落，導(dǎo)致膜層失效，限制了這種涂層在高溫中的應(yīng)用；Mo-Al₂O₃/Cu體系的特點是Mo-Al₂O₃吸收亞層具有成分漸變的復(fù)雜多個亞層結(jié)構(gòu)，工藝復(fù)雜不好控制；Al₂O₃層采用射頻濺射方法,射頻濺射設(shè)備復(fù)雜，沉積速率低；W-Al₂O₃、W-SiO₂采用了比較貴重的鎢靶，以及平面靶濺射硅靶，平面硅靶的靶材料利用率低，大大提高了膜層的成本，阻礙了太陽能高溫應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展。因此對于太陽能的高溫利用，需要一種低成本、熱穩(wěn)定性好，而且工藝簡便的選擇性吸收涂層及制備技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，高溫太陽能選擇性吸收涂層的成本低、穩(wěn)定性好，且制備工藝簡單。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：提供一種高溫太陽能選擇性吸收涂層，以金屬材料為基材，在金屬基材的表面，由內(nèi)至外依次包括：金屬反射膜層、擴(kuò)散阻擋膜層、吸收膜層和增透膜層；其中，所述吸收膜層包括金屬含量由內(nèi)至外呈梯度降低的四個吸收亞層。所述金屬基材可以是不銹鋼管、碳鋼管等具有良好導(dǎo)熱性能的金屬材料。

所述的吸收膜層包括金屬含量漸變的四個吸收亞層，其金屬含量呈梯度變化，使其在高溫工作時的擴(kuò)散現(xiàn)象很輕微，提高了膜層在高溫時的穩(wěn)定性。

優(yōu)選的，所述吸收膜層為氮化鎳鋁吸收膜層，所述吸收膜層包括金屬含量由內(nèi)至外呈梯度降低的四個氮化鎳鋁吸收亞層。

本發(fā)明將鎳鋁元素引入金屬反射膜層，并通過真空反應(yīng)濺射，使之生成具有良好吸收能力的NiAlN選擇性吸收膜層。利用Ni優(yōu)異的抗氧化性能，使其作為金屬介質(zhì)中的介質(zhì)組份，提高了膜層的耐高溫性能。

優(yōu)選的，所述增透膜層為SiO₂-Al₂O₃ 雙增透膜。

本發(fā)明在最外層的SiO₂增透膜層中引入少量鋁（10-20at％），通過Si-Al合金靶的磁控反應(yīng)濺射，生成SiO₂-Al₂O₃ 雙減反射膜層，進(jìn)一步提高了膜層的吸收性能，同時增強(qiáng)本發(fā)明膜系表面的硬度和耐磨性。

優(yōu)選的，所述金屬反射膜層的厚度為80-100nm，所述擴(kuò)散阻擋膜層的厚度為15-25nm，所述吸收膜層中由內(nèi)至外的四個吸收亞層的厚度分別為35-40nm，30-35 nm，25-30 nm，20-25 nm，所述增透膜層的厚度為80-100nm。

本發(fā)明還提供一種高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，用于制備上述的高溫太陽能選擇性吸收涂層，所述方法應(yīng)用于中頻和脈沖直流真空磁控濺射鍍膜機(jī)設(shè)備，所述方法按照如下步驟進(jìn)行：

S101：基體前處理：將金屬基材（1）進(jìn)行拋光后用去離子水沖洗，然后烘干鈍化，使金屬基材的表面形成鈍化層；

S102：預(yù)熱：將步驟S101中處理過的金屬基材置于鍍膜機(jī)的真空室內(nèi)，使所述金屬基材自轉(zhuǎn)的同時能夠繞真空室的中心旋轉(zhuǎn)，然后將真空室內(nèi)的溫度升高至350-400℃，保溫30-60min；

S103：金屬反射膜層的鍍制：采用直流脈沖電源濺射鎳鋁靶，在金屬基材表面鍍制金屬反射膜層，直至所述膜層達(dá)到所需的設(shè)計厚度；其鍍膜工藝參數(shù)是：本底真空度在4.0*10^-3Pa以下，通入真空鍍膜室的氬氣流量在160-200sccm范圍內(nèi)，工藝壓強(qiáng)為2.0*10^-1-2.5*10^-1Pa；直流脈沖電源的濺射電壓在400-450V范圍內(nèi)，電流在40-45A范圍內(nèi)，鍍膜時間為8-10分鐘；

鍍膜時，真空室內(nèi)通入氬氣，鎳鋁靶接通直流脈沖電源，而后氬氣電離，在電磁場的作用下，氬離子轟擊靶材，靶材分子沉積在金屬基材表面形成鍍膜。

S104：擴(kuò)散阻擋膜層的鍍制：采用孿生鋁靶中頻反應(yīng)濺射方式，實施反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需的設(shè)計厚度；其鍍膜工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣流量在100-120sccm范圍內(nèi)，反應(yīng)氣體氮氣的流量在55-65sccm范圍內(nèi)，其工藝壓強(qiáng)為3.0*10^-1-3.5*10^-1Pa；中頻電源濺射電壓在420-440V范圍內(nèi)，頻率40-60KHZ范圍內(nèi)，電流在40-45A范圍內(nèi)，鍍膜時間為1-3分鐘；

鍍膜時，真空室內(nèi)先通入氬氣，然后給孿生鋁靶接通中頻電源，在電磁場的作用下，氬氣電離，氬離子轟擊靶材，使孿生鋁靶濺射，此時立刻通入氮氣，進(jìn)行反應(yīng)濺射，使靶材分子與氣體分子化合沉積在金屬管表面，形成薄膜。

S105：吸收膜層的鍍制：

S1051：第一吸收亞層的制備：采用鎳鋁靶和孿生鋁靶同時進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計厚度； 其鍍膜的工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣流量在100-120sccm范圍內(nèi)，氮氣流量在70-80sccm范圍內(nèi)；工藝真空度在3.0*10^-1-3.5*10^-1Pa范圍內(nèi)，采用中頻電源給孿生鋁靶供電，頻率在40-60KHZ范圍內(nèi)，其中鋁靶電壓在400-420V范圍內(nèi)，電流在40-45A范圍內(nèi)；采用直流脈沖電源給鎳鋁靶供電，鎳鋁靶電壓在500-550V范圍內(nèi)，電流在40-45A范圍內(nèi)，鍍膜時間為3-5分鐘；

鍍膜時，真空室內(nèi)先通入氬氣，然后給孿生鋁靶接通中頻電源，給鎳鋁靶接通直流脈沖電源，在電磁場的作用下，氬離子轟擊鎳鋁靶和孿生鋁靶，鎳鋁靶的靶材分子沉積在金屬基材表面形成鍍膜；孿生鋁靶濺射時與通入的氮氣發(fā)生反應(yīng)濺射，使孿生鋁靶的靶材分子與氣體分子化合沉積在金屬管表面，形成薄膜。

S1052：第二吸收亞層的制備：采用鎳鋁靶和孿生鋁靶同時進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計厚度； 其鍍膜的工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣流量在100-120sccm范圍內(nèi)，氮氣流量在60-70sccm范圍內(nèi)；工藝真空度在3.0*10^-1-3.5*10^-1Pa范圍內(nèi)，采用中頻電源給孿生鋁靶供電，頻率在40-60KHZ范圍內(nèi)，其中鋁靶電壓在400-420V范圍內(nèi)，電流在40-45A范圍內(nèi)；采用直流脈沖電源給鎳鋁靶供電，鎳鋁靶電壓在450-500V范圍內(nèi)，電流在35-40A范圍內(nèi)，鍍膜時間為4-6分鐘；

S1053：第三吸收亞層的制備：采用鎳鋁靶和孿生鋁靶同時進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計厚度； 其鍍膜的工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣流量在100-120sccm范圍內(nèi)，氮氣流量在50-60sccm范圍內(nèi)；工藝真空度在3.0*10^-1-3.5*10^-1Pa范圍內(nèi)，采用中頻電源給孿生鋁靶供電，頻率在40-60KHZ范圍內(nèi)，其中鋁靶電壓在400-420V范圍內(nèi)，電流在40-45A范圍內(nèi)；采用直流脈沖電源給鎳鋁靶供電，鎳鋁靶電壓在400-450V范圍內(nèi)，電流在30-35A范圍內(nèi)，鍍膜時間為5-7分鐘；

S1054：第四吸收亞層的制備：采用鎳鋁靶和孿生鋁靶同時進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計厚度； 其鍍膜的工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣流量在100-120sccm范圍內(nèi)，氮氣流量在40-50sccm范圍內(nèi)；工藝真空度在3.0*10^-1-3.5*10^-1Pa范圍內(nèi)，采用中頻電源給孿生鋁靶供電，頻率在40-60KHZ范圍內(nèi)，其中鋁靶電壓在400-420V范圍內(nèi)，電流在40-45A范圍內(nèi)；采用直流脈沖電源給鎳鋁靶供電，鎳鋁靶電壓在350-400V范圍內(nèi)，電流在25-30A范圍內(nèi)，鍍膜時間為6-8分鐘；

S106：增透膜層的鍍制：采用硅鋁靶中頻濺射鍍膜方式，實施反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需的設(shè)計厚度； 其鍍膜工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣流量在100-120sccm范圍內(nèi)，氧氣流量在50-60sccm范圍內(nèi)，中頻電源頻率在40-60KHZ范圍內(nèi)，工藝真空度為3.0*10^-1-3.5*10^-1Pa，硅鋁靶電壓在500-550V范圍內(nèi)，鍍膜時間為15-20分鐘。

鍍膜時，真空室內(nèi)通入氬氣，硅鋁靶接通中頻電源，而后氬氣電離，在電磁場的作用下，氬離子轟擊硅鋁靶，硅鋁靶濺射時通入氧氣，進(jìn)行反應(yīng)濺射，靶材分子與氣體分子化合沉積在金屬管表面，形成薄膜。

本發(fā)明提供的制備高溫太陽能選擇性吸收涂層的方法中，采用中頻濺射和脈沖直流濺射，較射頻濺射設(shè)備簡單，易于操控，膜層制備的工藝穩(wěn)定性加強(qiáng)，膜層性能得到進(jìn)一步改善。尤其是中頻反應(yīng)濺射鍍制SiO₂-Al₂O₃減反射膜層，采用磁控濺射圓柱靶（Si-Al合金靶），有效避免平面靶的容易起弧和導(dǎo)熱不均的問題，同時靶材利用率也較平面靶大大提高。且本發(fā)明中用鎳鋁合金靶代替昂貴鎢靶，用硅鋁合金圓柱靶代替硅平面靶，圓柱靶的靶材利用率幾乎是平面靶靶材利用率的2倍，大大降低了膜層的制備成本。

優(yōu)選的，所述鋁靶、鎳鋁靶和硅鋁靶為圓柱磁控濺射靶，鋁靶、硅鋁靶與金屬基材之間的距離均保持在15-25cm范圍內(nèi)，鎳鋁靶與金屬基材之間的距離保持在5-15cm范圍內(nèi)。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案可以包含以下有益效果：

本發(fā)明提供一種高溫太陽能選擇性吸收涂層及其制備方法，所述高溫太陽能選擇性吸收涂層以金屬材料為基材，在金屬基材的表面，由內(nèi)至外依次包括：金屬反射膜層、擴(kuò)散阻擋膜層、吸收膜層和增透膜層；其中，所述吸收膜層包括金屬含量由內(nèi)至外呈梯度降低的四個吸收亞層。所述的吸收膜層包括金屬含量漸變的四個吸收亞層，其金屬含量呈梯度變化，使其在高溫工作時的擴(kuò)散現(xiàn)象很輕微，提高了膜層在高溫時的穩(wěn)定性。

附圖說明

為了更清楚的說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單介紹，顯而易見的，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種高溫太陽能選擇性吸收涂層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法的工藝設(shè)備真空室的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中所示：高溫太陽能選擇性吸收涂層的結(jié)構(gòu)從內(nèi)向外依次是金屬基材、金屬反射膜層、擴(kuò)散阻擋膜層、吸收膜層、增透膜層。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案,下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明提供一種高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，下述實施例中所述的高溫太陽能選擇性吸收涂層均以此方法為基礎(chǔ)制備。

實施例1

本實施例提供一種高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，所述方法采用中頻和脈沖直流真空磁控濺射鍍膜機(jī)為工藝設(shè)備，所述鍍膜機(jī)設(shè)備的真空室結(jié)構(gòu)如圖2所示，所述基體固定于所述真空室的邊緣處，所述基體本身能夠轉(zhuǎn)動的同時還能夠繞著真空室的中心旋轉(zhuǎn)，所述鋁靶、鎳鋁靶和硅鋁靶為圓柱磁控濺射靶，鋁靶、硅鋁靶與金屬基材之間的距離均為15cm，鎳鋁靶與金屬基材之間的距離為5cm。圓柱磁控濺射靶的磁場布置為非平衡磁場，由于非平衡磁場的發(fā)散性，增大了磁控濺射靶的有效鍍膜區(qū)；同時采用定向濺射，靶芯固定，靶管轉(zhuǎn)動，磁場方向面對金屬基材，使基體沉浸在等離子體中，一方面，濺射出來的原子和粒子沉積在基體表面形成薄膜，另一方面，等離子體以一定的能量轟擊基體，起到離子束輔助沉積的作用，改善了膜層的質(zhì)量。

所述方法按如下步驟進(jìn)行：

S101：基體前處理：將不銹鋼管基體進(jìn)行拋光后用去離子水沖洗，然后烘干鈍化，使不銹鋼管基體的表面形成鈍化層；

S102：預(yù)熱：將步驟S101中處理過的不銹鋼管基體置于鍍膜機(jī)的真空室內(nèi)，基體能夠自身轉(zhuǎn)動的同時能夠繞真空室的中心旋轉(zhuǎn)，然后將真空室內(nèi)的溫度升高至350℃，保溫30min；

S103：金屬反射膜層的鍍制：采用直流脈沖電源濺射鎳鋁靶，首先通過氬氣布?xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氬氣，然后給鎳鋁靶接通直流脈沖電源，而后氬氣電離，在電磁場的作用下，氬離子轟擊鎳鋁靶材，靶材分子沉積在不銹鋼基體表面形成鍍膜，直到膜層達(dá)到所需的設(shè)計厚度，在此過程中，不銹鋼基體自身360度旋轉(zhuǎn)的同時還繞真空室的中心360度旋轉(zhuǎn)，以使靶材分子能夠在真空室內(nèi)的所有不銹鋼基體的圓周上形成鍍膜，下述步驟中的不銹鋼基體和本步驟中做相同的運動；其鍍膜工藝參數(shù)是：本底真空度在4.0*10^-3Pa，通入真空鍍膜室的氬氣流量為160sccm，工藝壓強(qiáng)為2.0*10^-1-1Pa；直流脈沖電源的濺射電壓為400V，電流為40A，鍍膜時間為8min；

S104：擴(kuò)散阻擋膜層的鍍制：采用孿生鋁靶中頻反應(yīng)濺射方式，首先通過氬氣布?xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氬氣，然后給孿生鋁靶接通中頻電源，孿生鋁靶正常濺射后，立刻通過氮氣布?xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氮氣，進(jìn)行反應(yīng)濺射，靶材分子與氣體分子化合沉積在金屬管表面，形成薄膜，直至膜層達(dá)到所需的設(shè)計厚度；其鍍膜工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣為100sccm，反應(yīng)氣體氮氣的流量為55sccm，其工藝壓強(qiáng)為3.0*10^-1Pa；中頻電源濺射電壓為420V，頻率為40KHZ，電流為40A，鍍膜時間為1min；

S105：吸收膜層的鍍制：

S1051：第一吸收亞層的制備：采用鎳鋁靶和孿生鋁靶同時進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，首先通過氬氣布?xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氬氣，然后給鎳鋁靶接通直流脈沖電源，給孿生鋁靶接通中頻電源，而后氬氣電離，在電磁場的作用下，氬離子轟擊鎳鋁靶材和孿生鋁靶，鎳鋁靶材分子沉積在不銹鋼基體表面形成鍍膜，孿生鋁靶正常濺射后，立刻通過氮氣布?xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氮氣，進(jìn)行反應(yīng)濺射，靶材分子和氣體分子化合沉積在金屬管表面，形成薄膜，直到膜層達(dá)到所需的設(shè)計厚度；其鍍膜的工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣流量為100sccm，氮氣流量為70sccm；工藝真空度為3.0*10^-1Pa，采用中頻電源給孿生鋁靶供電，頻率為40KHZ，其中鋁靶電壓為400V，電流為40A；采用直流脈沖電源給鎳鋁靶供電，鎳鋁靶電壓為500V，電流為40A，鍍膜時間為3min；

S1052：第二吸收亞層的制備：采用鎳鋁靶和孿生鋁靶同時進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計厚度，其鍍膜方法和上述步驟S1051中相同； 其鍍膜的工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣流量為100sccm范圍內(nèi)，氮氣流量為60sccm；工藝真空度在3.0*10^-1Pa，采用中頻電源給孿生鋁靶供電，頻率為40KHZ，其中鋁靶電壓為400V，電流為40A；采用直流脈沖電源給鎳鋁靶供電，鎳鋁靶電壓為450V，電流為35A，鍍膜時間為4min；

S1053：第三吸收亞層的制備：采用鎳鋁靶和孿生鋁靶同時進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計厚度，鍍膜方法同步驟S1051； 其鍍膜的工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣流量在100sccm，氮氣流量為50sccm；工藝真空度為3.0*10^-1Pa，采用中頻電源給孿生鋁靶供電，頻率為40KHZ，其中鋁靶電壓為400V，電流為40A；采用直流脈沖電源給鎳鋁靶供電，鎳鋁靶電壓為400V，電流為30A，鍍膜時間為5min；

S1054：第四吸收亞層的制備：采用鎳鋁靶和孿生鋁靶同時進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計厚度，鍍膜步驟同S1051； 其鍍膜的工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣流量為100sccm，氮氣流量為40sccm；工藝真空度為3.0*10^-1Pa，采用中頻電源給孿生鋁靶供電，頻率為40KHZ，其中鋁靶電壓為400V，電流為40A；采用直流脈沖電源給鎳鋁靶供電，鎳鋁靶電壓為350V，電流為25A，鍍膜時間為6min；

S106：增透膜層的鍍制：采用硅鋁靶中頻濺射鍍膜方式，實施反應(yīng)濺射鍍膜，首先通過氬氣布?xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氬氣，然后給硅鋁靶接通中頻電源，硅鋁靶正常濺射后，立刻通過氧氣布?xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氧氣，進(jìn)行反應(yīng)濺射，靶材分子與氣體分子化合沉積在金屬管表面，形成薄膜，直至所述膜層達(dá)到所需的設(shè)計厚度； 其鍍膜工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣流量為100sccm，氧氣流量為50sccm，中頻電源頻率為40KHZ，工藝真空度為3.0*10^-1Pa，硅鋁靶的電壓為500V，鍍膜時間為15min。

采用上述方法在不銹鋼管基體的表面制得的高溫太陽能選擇性吸收涂層，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，在不銹鋼管基體的表面由內(nèi)至外依次包括：金屬反射膜層、擴(kuò)散阻擋膜層、吸收膜層和增透膜層；其中，所述吸收膜層包括金屬含量由內(nèi)至外呈梯度降低的四個吸收亞層，四個吸收亞層的金屬含量呈梯度變化，使其在高溫工作時的擴(kuò)散現(xiàn)象很輕微，提高了膜層在高溫時的穩(wěn)定性。所述吸收膜層為氮化鎳鋁吸收膜層，將鎳鋁元素引入金屬反射膜層，并通過真空反應(yīng)濺射，使之生成具有良好吸收能力的NiAlN選擇性吸收膜層。利用Ni優(yōu)異的抗氧化性能，使其作為金屬介質(zhì)中的金屬組份，提高了膜層的耐高溫性能。所述增透膜層為SiO₂-Al₂O₃ 增透膜，在最外層的SiO₂增透膜層中引入少量鋁，通過Si-Al合金靶的磁控反應(yīng)濺射，生成SiO₂-Al₂O₃ 雙減反射膜層，進(jìn)一步提高了膜層的吸收性能，同時增強(qiáng)本發(fā)明膜系表面的硬度和耐磨性。

本實施例中，所述金屬反射膜層的厚度為80nm，所述擴(kuò)散阻擋膜層的厚度為15nm，所述吸收膜層中由內(nèi)至外的四個吸收亞層的厚度分別為35nm，30nm，25nm，20nm，所述增透膜層的厚度為80nm。

實施例2

本實施例提供一種高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法，所述方法采用中頻和脈沖直流真空磁控濺射鍍膜機(jī)為工藝設(shè)備，所述鍍膜機(jī)設(shè)備的真空室結(jié)構(gòu)如圖2所示，所述基體固定于所述真空室的邊緣處，所述基體本身能夠轉(zhuǎn)動的同時還能夠繞著真空室的中心旋轉(zhuǎn)，所述鋁靶、鎳鋁靶和硅鋁靶為圓柱磁控濺射靶，鋁靶、硅鋁靶與金屬基材之間的距離均為25cm，鎳鋁靶與金屬基材之間的距離為15cm。圓柱磁控濺射靶的磁場布置為非平衡磁場，由于非平衡磁場的發(fā)散性，增大了磁控濺射靶的有效鍍膜區(qū)；同時采用定向濺射，靶芯固定，靶管轉(zhuǎn)動，磁場方向面對金屬基材，使基體沉浸在等離子體中，一方面，濺射出來的原子和粒子沉積在基體表面形成薄膜，另一方面，等離子體以一定的能量轟擊基體，起到離子束輔助沉積的作用，改善了膜層的質(zhì)量。

所述方法按如下步驟進(jìn)行：

S101：基體前處理：將不銹鋼管基體進(jìn)行拋光后用去離子水沖洗，然后烘干鈍化，使不銹鋼管基體的表面形成鈍化層；

S102：預(yù)熱：將步驟S101中處理過的不銹鋼管基體置于鍍膜機(jī)的真空室內(nèi)，然后將真空室內(nèi)的溫度升高至400℃，保溫60min；

S103：金屬反射膜層的鍍制：采用直流脈沖電源濺射鎳鋁靶，首先通過氬氣布?xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氬氣，然后給鎳鋁靶接通直流脈沖電源，而后氬氣電離，在電磁場的作用下，氬離子轟擊鎳鋁靶材，靶材分子沉積在不銹鋼基體表面形成鍍膜，直到膜層達(dá)到所需的設(shè)計厚度，在此過程中，不銹鋼基體自身360度旋轉(zhuǎn)的同時還繞中空室的中心360度旋轉(zhuǎn)，以使靶材分子能夠在真空室內(nèi)的所有不銹鋼基體的圓周上形成鍍膜，下述步驟中的不銹鋼基體和本步驟中做相同的運動；其鍍膜工藝參數(shù)是：本底真空度為2.0*10^-3Pa，通入真空鍍膜室的氬氣流量為200sccm，工藝壓強(qiáng)為2.5*10^-1Pa；直流脈沖電源的濺射電壓為450V，電流為45A，鍍膜時間為10min；

S104：擴(kuò)散阻擋膜層的鍍制：采用孿生鋁靶中頻反應(yīng)濺射方式，首先通過氬氣布?xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氬氣，然后給孿生鋁靶接通中頻電源，孿生鋁靶正常濺射后，立刻通過氮氣布?xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氮氣，進(jìn)行反應(yīng)濺射，靶材分子與氣體分子化合沉積在金屬管表面，形成薄膜，直至膜層達(dá)到所需的設(shè)計厚度；其鍍膜工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣流量為120sccm，反應(yīng)氣體氮氣的流量為65sccm，其工藝壓強(qiáng)為3.5*10^-1Pa；中頻電源濺射電壓為440V，頻率為60KHZ，電流為45A，鍍膜時間為3min；

S105：吸收膜層的鍍制：

S1051：第一吸收亞層的制備：采用鎳鋁靶和孿生鋁靶同時進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，首先通過氬氣布?xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氬氣，然后給鎳鋁靶接通直流脈沖電源，給孿生鋁靶接通中頻電源，而后氬氣電離，在電磁場的作用下，氬離子轟擊鎳鋁靶材和孿生鋁靶，鎳鋁靶材分子沉積在不銹鋼基體表面形成鍍膜，孿生鋁靶正常濺射后，立刻通過氮氣布?xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氮氣，進(jìn)行反應(yīng)濺射，靶材分子和氣體分子化合沉積在金屬管表面，形成薄膜，直到膜層達(dá)到所需的設(shè)計厚度； 其鍍膜的工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣流量為120sccm，氮氣流量為80sccm；工藝真空度為3.5*10^-1Pa，采用中頻電源給孿生鋁靶供電，頻率為60KHZ，其中鋁靶電壓為420V，電流為45A；采用直流脈沖電源給鎳鋁靶供電，鎳鋁靶電壓為550V，電流為45A，鍍膜時間為3min；

S1052：第二吸收亞層的制備：采用鎳鋁靶和孿生鋁靶同時進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計厚度，其鍍膜方法和上述步驟S1051中相同； 其鍍膜的工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣流量為120sccm范圍內(nèi)，氮氣流量為70sccm范圍內(nèi)；工藝真空度為3.5*10^-1Pa，采用中頻電源給孿生鋁靶供電，頻率為60KHZ，其中鋁靶電壓為420V，電流為45A；采用直流脈沖電源給鎳鋁靶供電，鎳鋁靶電壓為500V，電流為40A，鍍膜時間為4min；

S1053：第三吸收亞層的制備：采用鎳鋁靶和孿生鋁靶同時進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計厚度，鍍膜方法同步驟S1051； 其鍍膜的工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣流量 120sccm，氮氣流量為60sccm；工藝真空度為3.5*10^-1Pa，采用中頻電源給孿生鋁靶供電，頻率為60KHZ，其中鋁靶電壓為420V，電流為45A；采用直流脈沖電源給鎳鋁靶供電，鎳鋁靶電壓為450V，電流為35A，鍍膜時間為5min；

S1054：第四吸收亞層的制備：采用鎳鋁靶和孿生鋁靶同時進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計厚度，鍍膜方法同步驟S1051； 其鍍膜的工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣流量為120sccm，氮氣流量為50sccm；工藝真空度為3.5*10^-1Pa，采用中頻電源給孿生鋁靶供電，頻率為60KHZ，其中鋁靶電壓為420V，電流為45A；采用直流脈沖電源給鎳鋁靶供電，鎳鋁靶電壓為400V，電流為30A，鍍膜時間為6min；

S106：增透膜層的鍍制：采用硅鋁靶中頻濺射鍍膜方式，實施反應(yīng)濺射鍍膜，首先通過氬氣布?xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氬氣，然后給硅鋁靶接通中頻電源，硅鋁靶正常濺射后，立刻通過氧氣布?xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氧氣，進(jìn)行反應(yīng)濺射，靶材分子與氣體分子化合沉積在金屬管表面，形成薄膜，直至所述膜層達(dá)到所需的設(shè)計厚度； 其鍍膜工藝參數(shù)是：通入真空鍍膜室的氬氣流量為120sccm，氧氣流量為60sccm，中頻電源頻率為60KHZ，工藝真空度為3.5*10^-1Pa，硅鋁靶電壓為550V，鍍膜時間為20分鐘。

采用上述方法在不銹鋼管基體的表面制得的高溫太陽能選擇性吸收涂層，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，在不銹鋼管基體的表面由內(nèi)至外依次包括：金屬反射膜層、擴(kuò)散阻擋膜層、吸收膜層和增透膜層；其中，所述吸收膜層包括金屬含量由內(nèi)至外呈梯度降低的四個吸收亞層，四個吸收亞層的金屬含量呈梯度變化，使其在高溫工作時的擴(kuò)散現(xiàn)象很輕微，提高了膜層在高溫時的穩(wěn)定性。所述吸收膜層為氮化鎳鋁吸收膜層，將鎳鋁元素引入金屬反射膜層，并通過真空反應(yīng)濺射，使之生成具有良好吸收能力的NiAlN選擇性吸收膜層。利用Ni優(yōu)異的抗氧化性能，使其作為金屬介質(zhì)中的金屬組份，提高了膜層的耐高溫性能。所述增透膜層為SiO₂-Al₂O₃增透膜，在最外層的SiO₂增透膜層中引入少量鋁，通過Si-Al合金靶的磁控反應(yīng)濺射，生成SiO₂-Al₂O₃ 雙減反射膜層，進(jìn)一步提高了膜層的吸收性能，同時增強(qiáng)本發(fā)明膜系表面的硬度和耐磨性。

本實施例中，所述金屬反射膜層的厚度為100nm，所述擴(kuò)散阻擋膜層的厚度為25nm，所述吸收膜層中由內(nèi)至外的四個吸收亞層的厚度分別為40nm，35nm，30nm，25nm，所述增透膜層的厚度為100nm。

本發(fā)明實施例提供的高溫太陽能選擇性吸收涂層的制備方法具有如下有益效果：

（1）采用本方法制備的高溫太陽能選擇性吸收涂層的膜層膜系的綜合性能優(yōu)異：在保持高的膜層性能的同時，其耐高溫性能極佳，其吸收率達(dá)96％，發(fā)射率＜6％；其SiO₂-Al₂O₃減反射膜層，在保有減反射效果的同時，膜層耐蝕、耐磨性能得以進(jìn)一步提升，在大氣和真空老化試驗表明，在5000小時的高溫老化試驗中膜層性能的衰減小于1%。

（2）成膜時速率快，靶材簡單易得，利用率高，特別適合工廠化生產(chǎn)。在鍍選擇性吸收膜層時，鎳鋁靶能生成高耐候、高吸收率的NiAlN膜層。采用Ni-Al二元靶系，其吸收率、成膜速率和耐候性能得到理想的匹配。

（3）采用中頻濺射和脈沖直流濺射，較射頻濺射設(shè)備簡單，易于操控，膜層制備的工藝穩(wěn)定性加強(qiáng)，膜層性能得到進(jìn)一步改善。尤其是中頻反應(yīng)濺射鍍制SiO₂-Al₂O₃減反射膜層，采用磁控濺射圓柱靶（Si-Al合金靶），有效避免平面靶的容易起弧和導(dǎo)熱不均的問題，同時靶材利用率也較平面靶大大提高。

（4）成本降低方面：一是用鎳鋁合金靶代替昂貴鎢靶；二是用硅鋁合金圓柱靶代替硅平面靶，圓柱靶的靶材利用率幾乎是平面靶靶材利用率的2倍，從這兩方面大大降低了膜層的制備成本。

當(dāng)然，上述說明也并不僅限于上述舉例，本發(fā)明未經(jīng)描述的技術(shù)特征可以通過或采用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)，在此不再贅述；以上實施例及附圖僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案并非是對本發(fā)明的限制，參照優(yōu)選的實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換都不脫離本發(fā)明的宗旨，也應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍。