高溫真空集熱管內壁彌散阻氫涂層及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高溫真空集熱管內壁彌散阻氫涂層及其制備方法，該方法主要應用于太陽能高溫真空集熱管內壁Al2O3ZiCr2O3彌散阻氫涂層的制備，屬于太陽能光熱利用技術領域。
【背景技術】
[0002]太陽能集熱管中載熱流體的老化會產生游離的氫，氫借助滲透作用穿過中央管，到達中央管和套管之間的真空環形空間，造成環形空間壓強的升高，進而導致集熱管熱損失的增大。為保證管間環形隙的真空，必須采取相應的措施降低真空環形空間的氫氣量。早期解決方法包括使用吸氣材料，該方法的弊端在于吸氣材料的容量有限，當吸氣材料的容量耗盡時，環形空間的壓強又會升高。因此，采用吸收的方式只能暫時控制而不能從根本上解決問題，為此，研究人員提出了采用阻氫涂層阻止氫滲透，從而有效控制集熱管真空環形空間的壓強，減少集熱管的熱損耗。
[0003]最早出現的阻氫涂層是CN1971168公開的采用原位氧化技術在不銹鋼表面制備Cr2O3阻氫涂層，該制備方法降低不銹鋼基體機械性能和抗晶間腐蝕性能；難以推廣應用。南京航空航天大學開發的阻氫涂層組成包括玻璃粉和磨加物的專利CN101215709、CN101215710和CN101230460，其涂層制備工藝簡單，與基體結合良好，但是難以實現在4米高溫真空集熱管內壁制備。北京有色金屬研究總院提供了兩種改進的阻氫涂層，分別為CN101469409公開的由氧化鋁和氧化鉺構成的阻氫涂層和CN101469399公開的Fe-Er金屬過渡層和Er2O3涂層。該涂層采用熱浸方法進行制備，制備過程中不銹鋼的內外表面同時制備涂層，不能滿足高溫真空集熱管只進行內壁阻氫涂層的制備要求。
[0004]鑒于以上內容，有必要提供一種與基體結合良好、制備工藝簡單、成本低廉的彌散阻氫涂層材料。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對目前高溫真空集熱管內表面難以制備高性能、均勻穩定的阻氫涂層提供一種比較簡單的Al2O3ZiCr2O3彌散阻氫涂層及其制備方法，即在高溫真空集熱管內表面首次采用雙蒸發源同時制備Al2O3Ztr2O3彌散阻氫涂層。
[0006]本發明采用金屬-有機化學氣相沉積技術在高溫真空集熱管內表面制備Al2O3/Cr2O3彌散阻氫涂層，該彌散涂層能有效降低H2在不銹鋼的滲透率，從而很好的達到阻氫滲透的目的。
[0007]—種高溫真空集熱管內壁彌散阻氫涂層，它是一種Al2O3ZiCr2O3彌散阻氫涂層，由不銹鋼管和施加在不銹鋼管內表面的Al2O3Ztr2O3彌散涂層構成。
[0008]其中，所述的Al203/Cr203彌散涂層的材料為Al2O3和Cr2O3, Al2O3和Cr2O3為無序分布結構。
[0009]優選的，Al203/Cr203彌散涂層由Al2O3涂層和Cr2O3涂層交互彌散分布構成。
[0010]優選的，Al2O3為主相，Cr2O3涂層彌散分布于主相中。其中氧化鋁占60w%? 90w%，在制備過程中通過調節反應溫度和反應時間控制其比例。
[0011]優選的，Al203/Cr203彌散涂層的厚度在0.1?20 μ m之間。
[0012]其中，所述不銹鋼管為高溫真空集熱管的不銹鋼中央管；所述的高溫真空集熱管由外壁具有光譜選擇性吸收涂層的不銹鋼中央管和外層玻璃套管組成。
[0013]優選的，所述不銹鋼管為奧氏體不銹鋼或馬氏體不銹鋼。
[0014]本發明還提供了上述Al2O3ZiCr2O3彌散阻氫涂層的制備方法，采用金屬_有機化學氣相沉積技術在不銹鋼管內表面制備Al203/Cr203彌散涂層。
[0015]一種高溫真空集熱管內壁彌散阻氫涂層的制備方法，包括如下步驟:
[0016](I)將高溫真空集熱管不銹鋼管內表面拋光至粗糙度0.1?5 μ m ;
[0017](2)米用金屬-有機化學氣相沉積技術在不銹鋼管內表面同時沉積Al2O3和Cr2O3涂層，形成彌散分布結構涂層；A1203和Cr2O3涂層的金屬反應源分別為鋁有機反應源和鉻有機反應源，載流氣體是H2，具體工藝參數為:反應源溫度為50-200°C ;反應時間為20min_180min ；H2 載氣流量為 40-500ml/min ；
[0018](3)最終獲得厚度約為0.1-20 μ m的Al203/Cr203彌散阻氫涂層。
[0019]優選的，鋁有機反應源溫度為150-200°C，加熱反應時間為30_60min ;鉻有機反應源溫度為100-150°C，反應時間為20min-60min ;H2載氣流量為150_200ml/min ;獲得厚度約為0.5-3μπι的Al203/Cr203彌散阻氫涂層。在該制備方法中，通過調節反應源溫度和反應時間使Al2O3相成為主相。
[0020]本發明的原理是成長薄膜時，主要將載流氣體通過有機金屬反應源的容器時，將反應源的飽和蒸氣帶至反應腔中與其它反應氣體混合，然后在被加熱的基板上面發生化學反應促成薄膜的成長。
[0021]本發明和現有技術成果相比，具有以下優點和突出性成果:首次在高溫真空集熱管內壁實現氧化鉻和氧化鋁同時沉積，形成彌散阻氫涂層，而且該方法形成的Al2O3ZiCr2O3彌散阻氫涂層具有厚度可控，致密性高和阻氫性能優異的特點。該方法制備的阻氫涂層與基體結合強度高、制備工藝簡單且成本低廉，阻氫性能提高100倍以上。
[0022]下面參照附圖結合實施例對本發明作進一步的描述。
【附圖說明】
[0023]圖1是帶有Al2O3ZiCr2O3彌散阻氫涂層的高溫真空集熱管的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]高溫真空集熱管主要由外壁具有光譜選擇性吸收涂層的不銹鋼中央管和外層玻璃套管組成，不銹鋼管和外玻管之間形成環形真空。不銹鋼管為奧氏體不銹鋼或馬氏體不銹鋼。如圖1所示，帶有Al2O3ZiCr2O3彌散阻氫涂層的高溫真空集熱管的結構，從內到外為Al203/Cr203彌散涂層1、不銹鋼管2、吸熱涂層3、真空區域4和外玻管5。其中，Al203/Cr203彌散涂層I為氧化鋁-氧化鉻彌散結構涂層，圖中彌散相為氧化鉻相。
[0025]實施例1
[0026](I)將不銹鋼管內表面拋光至粗糙度I μ m ;
[0027](2)采用金屬-有機化學氣相沉積技術在高溫真空集熱管內表面制備Al2O3Ztr2O3彌散涂層；反應源采用鋁有機反應源和鉻有機反應源，具體工藝參數為:鋁反應源溫度150°C，鋁反應源反應時間30min ;鉻反應源溫度120°C，鉻反應源反應時間20min，載氣氏流量200ml/min。通過控制鋁反應源加熱溫度和反應時間使Al2O3成為主相。
[0028](3)最終獲得厚度約為0.5 μ m的Al203/Cr203彌散涂層，其中主相Al2O3含量約占70w%o
[0029]測定Al203/Cr203彌散涂層在400°C的H2滲透率，阻氫性能提高120倍。
[0030]實施例2
[0031](I)將不銹鋼管內表面拋光至粗糙度0.5 μ m ;
[0032](2)采用金屬-有機化學氣相沉積技術在高溫真空集熱管內表面制備Al2O3Ztr2O3彌散涂層；反應源采用鋁有機反應源和鉻有機反應源，具體工藝參數為:鋁反應源溫度150°C，反應時間50min ;鉻反應源溫度100°C，反應時間30min ;載氣H2流量200ml/min。
[0033](3)最終獲得厚度約為I μ m的Al203/Cr203彌散涂層，其中主相Al2O3含量約占
80w% ο
[0034]測定Al203/Cr203彌散涂層在400°C的H2滲透率，阻氫性能提高250倍。
[0035]實施例3
[0036](I)將不銹鋼管內表面拋光至粗糙度0.3 μ m ;
[0037](2)采用金屬-有機化學氣相沉積技術在高溫真空集熱管內表面制備Al2O3Ztr2O3彌散涂層；反應源采用鋁有機反應源和鉻有機反應源，具體工藝參數為:鋁反應源溫度200°C，反應時間60min ;鉻反應源溫度130°C，反應時間30min ;載氣H2流量200ml/min。
[0038](3)最終獲得厚度約為3μπι的Al203/Cr203彌散涂層，其中主相Al2O3含量約占90w% ο
[0039]測定Al203/Cr203彌散涂層在400°C的H2滲透率，阻氫性能提高300倍。
[0040]本發明的Al203/Cr203彌散涂層米用金屬_有機化學氣相沉積法制備，通過同時沉積氧化鋁和氧化鉻涂層，在不銹鋼表面形成以氧化鋁為主相，氧化鉻彌散分布于主相中的阻氣涂層。采用該方法可獲得厚度約為0.1?20 μ m的Al203/Cr203彌散阻氣涂層。該阻氣涂層與基體結合強度高、制備工藝簡單且成本低廉，阻氫性能提高100倍以上。
【主權項】
1.一種高溫真空集熱管內壁彌散阻氫涂層，其特征在于:該涂層由不銹鋼管和施加在不銹鋼管內表面的Al203/Cr203彌散涂層構成。2.根據權利要求1所述的高溫真空集熱管內壁彌散阻氫涂層，其特征在于:所述的Al203/Cr203彌散涂層的材料為Al2O3和Cr2O3, Al203/Cr203彌散涂層由Al2O3涂層和Cr2O3涂層交互彌散分布構成。3.根據權利要求2所述的高溫真空集熱管內壁彌散阻氫涂層，其特征在于:A1203/Cr203彌散涂層中，Al2O3為主相，Cr2O3涂層彌散分布于主相中。4.根據權利要求3所述的高溫真空集熱管內壁彌散阻氫涂層，其特征在于:其中Al2O3占 60w%? 90w%。5.根據權利要求1所述的高溫真空集熱管內壁彌散阻氫涂層，其特征在于:A1203/Cr203彌散涂層的厚度在0.1?20 μ m之間。6.根據權利要求1所述的高溫真空集熱管內壁彌散阻氫涂層，其特征在于:所述的不銹鋼管為高溫真空集熱管的不銹鋼中央管；所述的高溫真空集熱管由外壁具有光譜選擇性吸收涂層的不銹鋼中央管和外層玻璃套管組成。7.根據權利要求1所述的高溫真空集熱管內壁彌散阻氫涂層，其特征在于:所述的不銹鋼管為奧氏體不銹鋼或馬氏體不銹鋼。8.—種高溫真空集熱管內壁彌散阻氫涂層的制備方法，其特征在于:采用金屬-有機化學氣相沉積技術在不銹鋼管內表面制備Al2O3Ztr2O3彌散涂層。9.根據權利要求8所述的高溫真空集熱管內壁彌散阻氫涂層的制備方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: (1)將高溫真空集熱管不銹鋼管內表面拋光至粗糙度0.1?5 μ m ; (2)米用金屬-有機化學氣相沉積技術在不銹鋼管內表面同時沉積Al2O3和Cr2O3涂層，形成彌散分布結構涂層；A1203和Cr2O3涂層的金屬反應源分別為鋁有機反應源和鉻有機反應源，載流氣體是H2,反應源溫度為50-200°C，反應時間為20min-180min，H2載氣流量為40_500ml/min ； (3)最終獲得厚度為0.1-20 μ m的Al203/Cr203彌散阻氫涂層。10.根據權利要求9所述的高溫真空集熱管內壁彌散阻氫涂層的制備方法，其特征在于:鋁有機反應源溫度為150-200°C，反應時間為30-60min ;鉻有機反應源溫度為100-150°C，反應時間為 20min-60min ;H2 載氣流量為 150_200ml/min。
【專利摘要】本發明涉及一種高溫真空集熱管內壁彌散阻氫涂層及其制備方法，屬于太陽能光熱利用技術領域。該阻氫涂層由不銹鋼管和施加在不銹鋼管內表面的Al2O3/Cr2O3彌散涂層構成。Al2O3/Cr2O3彌散涂層采用金屬-有機化學氣相沉積法制備，通過同時沉積氧化鋁和氧化鉻涂層，在不銹鋼內表面形成以氧化鋁為主相，氧化鉻彌散分布于主相中的阻氫涂層。采用該方法可獲得厚度約為0.1～20μm的Al2O3/Cr2O3彌散阻氫涂層。該阻氫涂層與基體結合強度高、制備工藝簡單且成本低廉，阻氫性能提高100倍以上。
【IPC分類】B32B9/04, C23C16/40
【公開號】CN105500811
【申請號】CN201410524827
【發明人】于慶河, 郝雷, 李帥, 何迪, 杜淼, 劉曉鵬, 蔣利軍
【申請人】北京有色金屬研究總院
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2014年10月8日