本發(fā)明涉及太陽(yáng)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(yáng)能選擇性吸收涂層及其制備方法。

背景技術(shù)：

太陽(yáng)光譜選擇性吸收涂層是在可見(jiàn)-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(yáng)能集熱器，提高光熱轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵技術(shù)。隨著太陽(yáng)能熱利用需求和技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽(yáng)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(yáng)能發(fā)電等中高溫應(yīng)用領(lǐng)域的使用要求。對(duì)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(yáng)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(jí)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(duì)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(zhǎng)壽命的高溫太陽(yáng)能選擇性吸收膜系的不斷實(shí)踐中，已經(jīng)采用了多種不同類(lèi)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(gè)金屬陶瓷介質(zhì)吸收亞層組成，由于兩個(gè)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(diǎn)是Mo-Al₂O₃吸收亞層具有成分漸變的復(fù)雜多個(gè)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(yáng)能高溫應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展。因此對(duì)于太陽(yáng)能的高溫利用，需要一種低成本、熱穩(wěn)定性好，而且工藝簡(jiǎn)便的選擇性吸收涂層及制備技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：提供一種高溫太陽(yáng)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(gè)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(gè)吸收亞層，其金屬含量呈梯度變化，使其在高溫工作時(shí)的擴(kuò)散現(xiàn)象很輕微，提高了膜層在高溫時(shí)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(gè)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(guò)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(guò)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(shí)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(gè)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(yáng)能選擇性吸收涂層的制備方法，用于制備上述的高溫太陽(yáng)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(guò)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(shí)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(jì)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(shí)間為8-10分鐘；

鍍膜時(shí)，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(chǎng)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(shí)施反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需的設(shè)計(jì)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?dú)獾牧髁吭?5-65sccm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(shí)間為1-3分鐘；

鍍膜時(shí)，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(chǎng)的作用下，氬氣電離，氬離子轟擊靶材，使孿生鋁靶濺射，此時(shí)立刻通入氮?dú)猓M(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(shí)進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計(jì)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?dú)饬髁吭?0-80sccm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(shí)間為3-5分鐘；

鍍膜時(shí)，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(chǎng)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(shí)與通入的氮?dú)獍l(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(shí)進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計(jì)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?dú)饬髁吭?0-70sccm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(shí)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(shí)進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計(jì)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?dú)饬髁吭?0-60sccm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(shí)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(shí)進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計(jì)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?dú)饬髁吭?0-50sccm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(shí)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(shí)施反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需的設(shè)計(jì)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(shí)間為15-20分鐘。

鍍膜時(shí)，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(chǎng)的作用下，氬離子轟擊硅鋁靶，硅鋁靶濺射時(shí)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(yáng)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(jiǎn)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(wèn)題，同時(shí)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(shí)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(yáng)能選擇性吸收涂層及其制備方法，所述高溫太陽(yáng)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(gè)吸收亞層。所述的吸收膜層包括金屬含量漸變的四個(gè)吸收亞層，其金屬含量呈梯度變化，使其在高溫工作時(shí)的擴(kuò)散現(xiàn)象很輕微，提高了膜層在高溫時(shí)的穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

為了更清楚的說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單介紹，顯而易見(jiàn)的，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)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(shí)施例提供的一種高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種高溫太陽(yáng)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(yáng)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(shí)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(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)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(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)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(yáng)能選擇性吸收涂層的制備方法，下述實(shí)施例中所述的高溫太陽(yáng)能選擇性吸收涂層均以此方法為基礎(chǔ)制備。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種高溫太陽(yáng)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(dòng)的同時(shí)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(chǎng)布置為非平衡磁場(chǎng)，由于非平衡磁場(chǎng)的發(fā)散性，增大了磁控濺射靶的有效鍍膜區(qū)；同時(shí)采用定向?yàn)R射，靶芯固定，靶管轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向面對(duì)金屬基材，使基體沉浸在等離子體中，一方面，濺射出來(lái)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(guò)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(dòng)的同時(shí)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(guò)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(chǎng)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(jì)厚度，在此過(guò)程中，不銹鋼基體自身360度旋轉(zhuǎn)的同時(shí)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(yùn)動(dòng)；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(shí)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(guò)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(guò)氮?dú)獠細(xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氮?dú)?，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(jì)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?dú)獾牧髁繛?5sccm，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(shí)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(shí)進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，首先通過(guò)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(chǎng)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(guò)氮?dú)獠細(xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氮?dú)?，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(jì)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?dú)饬髁繛?0sccm；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(shí)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(shí)進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計(jì)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?dú)饬髁繛?0sccm；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(shí)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(shí)進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計(jì)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?dú)饬髁繛?0sccm；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(shí)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(shí)進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計(jì)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?dú)饬髁繛?0sccm；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(shí)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(shí)施反應(yīng)濺射鍍膜，首先通過(guò)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(guò)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(jì)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(shí)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(yáng)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(gè)吸收亞層，四個(gè)吸收亞層的金屬含量呈梯度變化，使其在高溫工作時(shí)的擴(kuò)散現(xiàn)象很輕微，提高了膜層在高溫時(shí)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(guò)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(guò)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(shí)增強(qiáng)本發(fā)明膜系表面的硬度和耐磨性。

本實(shí)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(gè)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(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種高溫太陽(yáng)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(dòng)的同時(shí)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(chǎng)布置為非平衡磁場(chǎng)，由于非平衡磁場(chǎng)的發(fā)散性，增大了磁控濺射靶的有效鍍膜區(qū)；同時(shí)采用定向?yàn)R射，靶芯固定，靶管轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向面對(duì)金屬基材，使基體沉浸在等離子體中，一方面，濺射出來(lái)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(guò)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(guò)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(chǎng)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(jì)厚度，在此過(guò)程中，不銹鋼基體自身360度旋轉(zhuǎn)的同時(shí)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(yùn)動(dòng)；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(shí)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(guò)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(guò)氮?dú)獠細(xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氮?dú)猓M(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(jì)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?dú)獾牧髁繛?5sccm，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(shí)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(shí)進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，首先通過(guò)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(chǎng)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(guò)氮?dú)獠細(xì)夤芟蛘婵帐覂?nèi)通入氮?dú)?，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(jì)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?dú)饬髁繛?0sccm；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(shí)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(shí)進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計(jì)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?dú)饬髁繛?0sccm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(shí)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(shí)進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計(jì)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?dú)饬髁繛?0sccm；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(shí)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(shí)進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，直至所述膜層達(dá)到所需設(shè)計(jì)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?dú)饬髁繛?0sccm；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(shí)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(shí)施反應(yīng)濺射鍍膜，首先通過(guò)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(guò)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(jì)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(shí)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(yáng)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(gè)吸收亞層，四個(gè)吸收亞層的金屬含量呈梯度變化，使其在高溫工作時(shí)的擴(kuò)散現(xiàn)象很輕微，提高了膜層在高溫時(shí)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(guò)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(guò)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(shí)增強(qiáng)本發(fā)明膜系表面的硬度和耐磨性。

本實(shí)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(gè)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(shí)施例提供的高溫太陽(yáng)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(yáng)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(shí)，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(shí)，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(yàn)表明，在5000小時(shí)的高溫老化試驗(yàn)中膜層性能的衰減小于1%。

（2）成膜時(shí)速率快，靶材簡(jiǎn)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(shí)，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(jiǎn)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(wèn)題，同時(shí)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(shuō)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(guò)或采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述；以上實(shí)施例及附圖僅用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案并非是對(duì)本發(fā)明的限制，參照優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)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(shí)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。