太陽(yáng)光譜選擇性吸收涂層耐鹽霧性能的研討

日出東方太陽(yáng)能股份有限公司 ■ 堯克光 宋凱 王國(guó)偉 梁民博 夏正源 樊建斌

一 引言

隨著城鎮(zhèn)化的進(jìn)程，居住集中，樓房呈高層化的趨勢(shì)已成必然，真空管太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在安全性、與建筑不能完美結(jié)合等缺陷正不斷改進(jìn)，而平板太陽(yáng)能的優(yōu)勢(shì)正日益凸顯。對(duì)于平板型太陽(yáng)能集熱器吸熱體的要求也更加苛刻，國(guó)標(biāo)GB/T 26974-2011[1]對(duì)平板集熱器的太陽(yáng)吸收膜層的耐鹽霧能力提出要求，引起行業(yè)內(nèi)關(guān)注對(duì)平板吸熱體涂層的耐鹽霧性能，業(yè)內(nèi)很多企業(yè)也都進(jìn)行過(guò)鹽霧試驗(yàn)，范介清等人[2]對(duì)黑鉻涂層、陽(yáng)極氧化涂層及藍(lán)鈦涂層做鹽霧實(shí)驗(yàn)，稱黑鉻涂層耐鹽霧能力最強(qiáng)，藍(lán)鈦涂層耐鹽霧能力最差，甚至認(rèn)為物理氣相沉積制備的涂層耐鹽霧性能很差。通過(guò)我們對(duì)多種涂層膜系及其各種的制備方法進(jìn)行了大量的耐鹽霧試驗(yàn)結(jié)果，甚至不斷重復(fù)試驗(yàn)。結(jié)果表明，只要組成涂層的膜系結(jié)構(gòu)合理，物理氣相沉積得到的涂層具有良好的耐鹽霧性能。而且物理氣相沉積技術(shù)不僅能制備藏青藍(lán)膜，還能制備出多種色彩，以適應(yīng)建筑設(shè)計(jì)的多方要求，提高人們的生活品位。

二 試驗(yàn)

在大量的鹽霧試驗(yàn)中，選出較典型的8個(gè)組。選擇不同生產(chǎn)工藝得到的太陽(yáng)吸收涂層，其中物理氣相沉積(PVD)方法制備的樣品4組，編號(hào)為1、2、3、4；電鍍黑鉻方法制備的樣品2組，編號(hào)為5、6；噴涂方法制備樣品1組，編號(hào)為7；溶膠凝膠法制備的樣品1組，編號(hào)為8。8組樣品的基材都為鋁，有國(guó)內(nèi)的也有國(guó)外的樣品。

測(cè)量膜層太陽(yáng)吸收比的設(shè)備為日本島津UV-3600分光光度計(jì)，測(cè)量熱發(fā)射比的設(shè)備為德國(guó)INGLAS TIR 100-2熱發(fā)射測(cè)定儀，上海圣試鹽霧試驗(yàn)機(jī)。

首先測(cè)量樣品的太陽(yáng)吸收比及熱發(fā)射比，然后拍照，之后將樣品放入鹽霧試驗(yàn)機(jī)中。參考ISO 9227《人工環(huán)境中的腐蝕試驗(yàn)-鹽霧試驗(yàn)》[3]進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，在電導(dǎo)率不高于20μS/cm(25±2℃)的去離子水中加入氯化鈉配制鹽水溶度的50±5g/L，氯化鈉純度為分析純(純度≥99.5)，pH值為6.8，設(shè)定試驗(yàn)機(jī)室內(nèi)溫度為35℃，工作壓力為0.1MPa，壓力桶內(nèi)溫度為47℃，時(shí)間為48h，試驗(yàn)后測(cè)量樣品的太陽(yáng)吸收比、熱發(fā)射比并拍照，比較鹽霧前后的性能變化情況及表面改變情況。

三 結(jié)果與討論

1 鹽霧前后膜層性能變化

鹽霧前后膜層性能變化對(duì)照見(jiàn)表1。

從表1可以看出物理氣相沉積制備的太陽(yáng)光譜選擇性吸收膜層具有高的太陽(yáng)吸收比和低的熱發(fā)射比，除1號(hào)樣品外，2～4號(hào)樣品的熱發(fā)射比都不大于0.05，鹽霧48h后除2號(hào)樣品的性能下降較大，其他3個(gè)樣品的性能基本上沒(méi)有下降。6號(hào)電鍍樣品及7號(hào)噴涂樣品的熱發(fā)射比較高，8號(hào)溶膠凝膠樣品的太陽(yáng)吸收比較低，未達(dá)到國(guó)標(biāo)GB/T 26974-2011對(duì)膜層太陽(yáng)吸收比的要求。5～8號(hào)樣品經(jīng)過(guò)48h鹽霧后，性能基本沒(méi)有改變。通過(guò)性能測(cè)試可以得出物理氣相沉積得到的太陽(yáng)吸收膜層不是所有的都耐鹽霧能力差，只要膜層合理，物理氣相沉積得到的吸收膜層也可以有很好的耐鹽霧能力。

表1 鹽霧前后膜層性能變化

2 鹽霧前后膜層表面狀態(tài)改變情況

1～8號(hào)樣品鹽霧48h前后照片的對(duì)照如圖1～圖8所示。

圖1 1號(hào)樣品

圖2 2號(hào)樣品

圖3 3號(hào)樣品

圖4 4號(hào)樣品

圖5 5號(hào)樣品

圖6 6號(hào)樣品

圖7 7號(hào)樣品

圖8 8號(hào)樣品

從圖1～圖8我們可以看出，四組物理氣相沉積制備的太陽(yáng)光譜選擇性吸收涂層在48h鹽霧后，只有2號(hào)樣品表面被腐蝕嚴(yán)重，1號(hào)樣品表面有少量斑點(diǎn)顏色未改變，3號(hào)樣品鹽霧前后表面基本未改變，4號(hào)樣品顏色未改變，只是表面有斑點(diǎn)；5號(hào)、6號(hào)電鍍黑鉻樣品48h鹽霧后，表面有不少斑點(diǎn)，但顏色未改變；7號(hào)噴涂樣品鹽霧前后表面狀態(tài)基本沒(méi)改變；8號(hào)溶膠凝膠法制備的樣品鹽霧前后表面狀態(tài)基本上未改變，兩種樣品的耐鹽霧能力較好。

四 結(jié)論

通過(guò)以上結(jié)果我們可以得出結(jié)論如下：國(guó)內(nèi)外改進(jìn)的物理氣相沉積制備的太陽(yáng)光譜選擇性吸收涂層(俗稱的藍(lán)膜)具有很好的耐鹽霧能力，主要是設(shè)計(jì)與實(shí)施了涂層新的膜系結(jié)構(gòu)，期望有論文發(fā)表，供讀者參考；原來(lái)一些物理氣相沉積老工藝制備的太陽(yáng)吸收涂層膜系，其耐鹽霧能力較差。噴涂方法和溶膠凝膠法制備的太陽(yáng)能吸收膜層的耐鹽霧能力較好。電鍍黑鉻太陽(yáng)吸收涂層鹽霧試驗(yàn)前后，太陽(yáng)吸收比與發(fā)射比變化較小，試驗(yàn)后在表面有不少斑點(diǎn)，熱發(fā)射比偏高；黑鉻涂層的光學(xué)性能和耐鹽霧試驗(yàn)性能與電鍍工藝以及鋁基材上打底的銅或鎳鍍層密切相關(guān)，不同廠家的工藝也有很大差別，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能也不盡相同。

五 思考與探討

目前國(guó)標(biāo)GB/T 26974-2011只是要求太陽(yáng)吸收涂層需要做鹽霧試驗(yàn)，但是需要做多長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有規(guī)定，怎么去更好地定性、定量評(píng)價(jià)膜層耐鹽霧性好壞沒(méi)有更貼實(shí)際要求，只是要求涂層、基材及焊縫應(yīng)無(wú)裂紋、起泡、剝落及腐蝕，對(duì)于膜層顏色改變是否合格，膜層性能下降多少算不合格等等沒(méi)有要求，需要大家來(lái)探討怎么能更好地完善對(duì)太陽(yáng)能吸熱體耐鹽霧性能的判斷。

致謝：衷心感謝公司總工程師焦青太與清華大學(xué)殷志強(qiáng)教授在太陽(yáng)光譜選擇性吸收涂層鹽霧試驗(yàn)中的有益討論。

[1]GB/T 26974-2011, 平板型太陽(yáng)能集熱器吸熱體技術(shù)要求[S].

[2]范介清, 周雄峰, 周淑軍, 等. 平板太陽(yáng)能集熱器技術(shù)問(wèn)題簡(jiǎn)述[J]. 太陽(yáng)能, 2013, 5:30-32.

[3]ISO 9227 -2012, 人工環(huán)境中的腐蝕試驗(yàn)-鹽霧試驗(yàn)[S].