HVOF与APS制备Ni-Mo基非真空中高温太阳能选择性吸收涂层

【摘要】：太阳能选择性吸收涂层是指在紫外-可见-近红外光谱范围内具有高的吸收率，而在中远红外光谱范围内具有低的发射率的一种涂层。目前采用较多的制备工艺为磁控溅射、电镀、溶胶-凝胶等，这些方法制备的涂层具有优良的选择性吸收性能，但受制于其制备工艺，涂层只能用于真空或者低温环境下，这大大限制了太阳能光热发电的发展。 在本文的研究中，首先采用VB程序语言设计了太阳能选择性吸收涂层吸收率计算程序，并进行了验证，结果显示程序具有较高的精度，满足涂层吸收率计算的要求。 论文以团聚的Ni-Mo-Co复合粉末为原料，通过超音速喷涂工艺（HVOF）制备选择性吸收涂层，并与大气等离子喷涂（APS）制备的涂层进行了比较；在此基础上在涂层表面通过溶胶-凝胶的方法制备了一层减反层，并对复合涂层的选择性吸收性能、抗热震性能以及耐中性盐雾腐蚀性能进行了检测和分析。 实验采用喷雾造粒制备了Ni:Mo=7:3，Co含量分别为5wt%，10wt%和15wt%的三种复合粉末，并使用HVOF和APS制备了相应的涂层。研究表明，两种工艺制备的涂层其吸收率均为0.78左右，HVOF制备涂层的发射率为0.39，而APS制备的涂层的发射率在0.56左右，且随着Co含量的增加，两种工艺制备涂层的吸收率和发射率均有所提高，但发射率上升更快；此外，在HVOF制备的涂层中，随着Co含量的增加，涂层组织中的未熔融颗粒数量变少，熔融效果更好。通过和APS制备的涂层对比，发现HVOF制备的涂层具有更好的组织结构和更低的发射率，综合结果表明，HVOF工艺更适合Ni-Mo-Co复合粉末涂层的制备。 在HVOF制备的涂层上通过溶胶-凝胶法制备了SnO_2/Al_2O_3减反层，结果表明，涂层的选择性吸收性能有很大提高，吸收率分别为0.904/0.880，发射率为0.286/0.279；在600℃经过100次热震实验后，涂层性能稳定；复合涂层的中性盐雾腐蚀试验结果显示，增加SnO_2的复合涂层在48h后失效，增加Al_2O_3的复合涂层在96h后，表面基本无变化，且性能稳定。 研究表明，在HVOF涂层表面制备Al_2O_3减反层后，涂层的选择性吸收性能良好，抗热震性能及耐中性盐雾腐蚀性能稳定，具有良好的应用前景。 【关键词】：HVOF APS 选择性吸收 减反层
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB306
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 理论基础9
• 1.2 吸收率和发射率的计算9-10
• 1.3 太阳能涂层的分类10-13
• 1.3.1 本征吸收涂层11
• 1.3.2 半导体—金属反射复合涂层11-12
• 1.3.3 金属-陶瓷复合涂层12
• 1.3.4 光干涉涂层12
• 1.3.5 多层渐变型涂层12-13
• 1.3.6 结构型吸收涂层13
• 1.4 太阳能涂层的制备工艺及研究现状13-17
• 1.4.1 电镀法13-14
• 1.4.2 物理气相沉积法14-15
• 1.4.3 化学气相沉积法15
• 1.4.4 溶胶-凝胶法15-16
• 1.4.5 热喷涂法16-17
• 1.5 研究中存在的问题、研究意义及研究内容17-18
• 1.5.1 研究中存在的问题17
• 1.5.2 研究意义17-18
• 1.5.3 研究内容及研究目标18
• 1.6 拟采取的技术路线18-20
• 第2章 太阳能光谱吸收率计算程序设计20-28
• 2.1 程序设计20-26
• 2.1.1 界面设计21-22
• 2.1.2 反射率筛选程序设计（模块一）22-25
• 2.1.3 吸收率计算程序设计（模块二）25-26
• 2.2 程序结果分析26-28
• 第3章 热喷涂粉末的制备28-38
• 3.1 喷涂材料的选择28-29
• 3.2 热喷涂粉末的制备29-33
• 3.2.1 技术路线29-30
• 3.2.2 原料、配比及团聚粉末制备30-31
• 3.2.3 影响团聚粉末性能的因素31-33
• 3.3 粉末性能检测33-38
• 3.3.1 粉末的流动性及松装密度测定33-34
• 3.3.2 粉末的物相分析34-35
• 3.3.3 粉末形貌分析35-37
• 3.3.4 粉末的热重—差热分析37-38
• 第4章 HVOF 及 APS 制备 Ni-Mo-Co 涂层38-51
• 4.1 实验设备及仪器38
• 4.2 HVOF 制备 Ni-Mo-Co 选择性吸收涂层38-44
• 4.2.1 选择性吸收涂层的制备38-40
• 4.2.2 喷涂涂层测试结果分析40-44
• 4.3 APS 制备 Ni-Mo-Co 选择性吸收涂层44-49
• 4.3.1 涂层的制备45-46
• 4.3.2 涂层的性能表征46-49
• 4.4 HVOF 与 APS 制备涂层的比较49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 SnO_2/Al_2O_3减反层的制备及复合涂层性能51-65
• 5.1 减反层设计与选择51-53
• 5.2 SnO_2/Al_2O_3前驱体溶胶的制备53-55
• 5.2.1 SnO_2溶胶的制备53-54
• 5.2.2 Al_2O_3溶胶的制备54-55
• 5.3 溶胶粉末的 XRD 分析55-57
• 5.3.1 溶胶粉末的制备55
• 5.3.2 溶胶粉末的 XRD 图谱55-56
• 5.3.3 SnO_2/Al_2O_3减反层的制备56-57
• 5.4 复合涂层的性能分析57-64
• 5.4.1 复合涂层的选择性吸收性能57-58
• 5.4.2 复合涂层的 SEM 分析58-59
• 5.4.3 复合涂层的热震性能分析59-61
• 5.4.4 复合涂层的抗盐雾腐蚀性能61-64
• 5.5 本章小结64-65
• 第6章 结论与展望65-67
• 6.1 结论65
• 6.2 展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71

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