太陽光譜選擇性吸收涂層耐鹽霧性能的研討

日出東方太陽能股份有限公司 ■ 堯克光 宋凱 王國偉 梁民博 夏正源 樊建斌

一 引言

隨著城鎮化的進程，居住集中，樓房呈高層化的趨勢已成必然，真空管太陽能熱水系統在安全性、與建筑不能完美結合等缺陷正不斷改進，而平板太陽能的優勢正日益凸顯。對于平板型太陽能集熱器吸熱體的要求也更加苛刻，國標GB/T 26974-2011[1]對平板集熱器的太陽吸收膜層的耐鹽霧能力提出要求，引起行業內關注對平板吸熱體涂層的耐鹽霧性能，業內很多企業也都進行過鹽霧試驗，范介清等人[2]對黑鉻涂層、陽極氧化涂層及藍鈦涂層做鹽霧實驗，稱黑鉻涂層耐鹽霧能力最強，藍鈦涂層耐鹽霧能力最差，甚至認為物理氣相沉積制備的涂層耐鹽霧性能很差。通過我們對多種涂層膜系及其各種的制備方法進行了大量的耐鹽霧試驗結果，甚至不斷重復試驗。結果表明，只要組成涂層的膜系結構合理，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不僅能制備藏青藍膜，還能制備出多種色彩，以適應建筑設計的多方要求，提高人們的生活品位。

二 試驗

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

測量膜層太陽吸收比的設備為日本島津UV-3600分光光度計，測量熱發射比的設備為德國INGLAS TIR 100-2熱發射測定儀，上海圣試鹽霧試驗機。

首先測量樣品的太陽吸收比及熱發射比，然后拍照，之后將樣品放入鹽霧試驗機中。參考ISO 9227《人工環境中的腐蝕試驗-鹽霧試驗》[3]進行鹽霧試驗，在電導率不高于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，設定試驗機室內溫度為35℃，工作壓力為0.1MPa，壓力桶內溫度為47℃，時間為48h，試驗后測量樣品的太陽吸收比、熱發射比并拍照，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照見表1。

從表1可以看出物理氣相沉積制備的太陽光譜選擇性吸收膜層具有高的太陽吸收比和低的熱發射比，除1號樣品外，2～4號樣品的熱發射比都不大于0.05，鹽霧48h后除2號樣品的性能下降較大，其他3個樣品的性能基本上沒有下降。6號電鍍樣品及7號噴涂樣品的熱發射比較高，8號溶膠凝膠樣品的太陽吸收比較低，未達到國標GB/T 26974-2011對膜層太陽吸收比的要求。5～8號樣品經過48h鹽霧后，性能基本沒有改變。通過性能測試可以得出物理氣相沉積得到的太陽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改變情況

1～8號樣品鹽霧48h前后照片的對照如圖1～圖8所示。

圖1 1號樣品

圖2 2號樣品

圖3 3號樣品

圖4 4號樣品

圖5 5號樣品

圖6 6號樣品

圖7 7號樣品

圖8 8號樣品

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

四 結論

通過以上結果我們可以得出結論如下：國內外改進的物理氣相沉積制備的太陽光譜選擇性吸收涂層(俗稱的藍膜)具有很好的耐鹽霧能力，主要是設計與實施了涂層新的膜系結構，期望有論文發表，供讀者參考；原來一些物理氣相沉積老工藝制備的太陽吸收涂層膜系，其耐鹽霧能力較差。噴涂方法和溶膠凝膠法制備的太陽能吸收膜層的耐鹽霧能力較好。電鍍黑鉻太陽吸收涂層鹽霧試驗前后，太陽吸收比與發射比變化較小，試驗后在表面有不少斑點，熱發射比偏高；黑鉻涂層的光學性能和耐鹽霧試驗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，不同廠家的工藝也有很大差別，實驗結果可能也不盡相同。

五 思考與探討

目前國標GB/T 26974-2011只是要求太陽吸收涂層需要做鹽霧試驗，但是需要做多長時間沒有規定，怎么去更好地定性、定量評價膜層耐鹽霧性好壞沒有更貼實際要求，只是要求涂層、基材及焊縫應無裂紋、起泡、剝落及腐蝕，對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有要求，需要大家來探討怎么能更好地完善對太陽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殷志強教授在太陽光譜選擇性吸收涂層鹽霧試驗中的有益討論。

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

[2]范介清, 周雄峰, 周淑軍, 等. 平板太陽能集熱器技術問題簡述[J]. 太陽能, 2013, 5:30-32.

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