一种高选择性的中高温太阳能选择性吸收涂层Ni-Mo复合粉末及其制备方法

摘要

本发明属于热喷涂制备功能性涂层领域，具体涉及一种高选择性的中高温太阳能选择性吸收涂层Ni‑Mo复合粉末及其制备方法。所述Ni‑Mo复合粉末是由Ni粉和Ni‑Mo壳核复合粉末复合而成，Ni‑Mo复合粉末中Ni元素和Mo元素的质量比为7:3～8:2；所述Ni‑Mo壳核复合粉末是由Ni粉和Mo粉复合而成，其中Mo粉被Ni粉局部包覆形成壳核结构。本发明采用化学镀方法将易氧化的Mo用不易氧化的Ni进行局部包覆，从而控制了Ni‑Mo复合粉末中Mo直接暴露在氧化环境中的裸表面积以及其在使用过程中Mo的氧化含量；将本发明所述Ni‑Mo复合粉末应用于涂层制备，可有效改善太阳能选择性吸收涂层的选择性吸收效果。

说明书

技术领域

本发明属于热喷涂制备功能性涂层领域，具体涉及一种高选择性的中高温太阳能选择性吸收涂层Ni-Mo复合粉末及其制备方法。

背景技术

太阳能是一种取之不尽的清洁能源，而利用太阳光能量的方式有光热转化，光电转化与光化学转化三种。太阳能发电是通过光热转化来利用太阳能资源的一种非常重要的方式，其中高选择性的太阳能选择性吸收涂层是太阳能发电系统中非常关键的元件。

目前国内外制备太阳能选择性吸收涂层的方法主要有磁控溅射、多弧离子镀、溶胶凝胶法、涂料涂覆，热喷涂等。磁控溅射法制备涂层具有很好的表面结构，其膜层致密，选择吸收性能也十分优异。随着太阳能热利用的需求和技术的不断发展，太阳能集热管的应用范围从低温应用向中温以及高温领域发展，但磁控溅射涂层与基体件结合强度低，抗热冲击性能差，限制了它在高温领域的应用。类似的溶胶凝胶法、涂料涂覆等方法同样其膜层与基体材料之间的结合较弱，而热喷涂技术制备的涂层与基体间结合较好，涂层具有很好的耐高温以及抗热冲击性能，是制备中高温领域使用环境下的涂层较为理想的方式。但是超音速火焰喷涂Ni-Mo复合金属粉末制备太阳能选择性吸收涂层时，由于Ni-Mo粉末在热喷涂过程中发生氧化生成NiO、Mo₂O₃，NiO等氧化物自身对太阳光具有一定吸收性。同时，由于氧化物的存在使得涂层的发射率也增大。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种高选择性的中高温太阳能选择性吸收涂层Ni-Mo复合粉末及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种高选择性的中高温太阳能选择性吸收涂层Ni-Mo复合粉末，由Ni粉和Ni-Mo壳核复合粉末复合而成；所述Ni-Mo壳核复合粉末是由Ni粉和Mo粉复合而成，其中Mo粉被Ni粉局部包覆形成壳核结构。

上述方案中，所述Ni-Mo复合粉末中，Ni元素和Mo元素的质量比为7:3～8:2。

上述方案中，所述Ni-Mo壳核复合粉末中，Ni元素和Mo元素的质量比为1:4～1:1。

上述方案中，所述Mo粉、Ni粉的粒度各为200目左右。

上述高选择性的中高温太阳能选择性吸收涂层Ni-Mo复合粉末的制备方法，包括如下步骤：(1)Mo粉表面预处理：将Mo粉先后置于HCl溶液、SnCl₂+HCl的混合溶液、PdCl₂+HCl的混合溶液中进行表面预处理，随后将Mo粉干燥，备用；

(2)化学镀制备Ni-Mo壳核复合粉末：将Ni(CH₃OO)₂、柠檬酸钠溶解于水中制备得到主盐溶液，向主盐溶液中缓慢加入冰乙酸，调节溶液的pH值；然后在搅拌条件下向主盐溶液中加入葡萄糖酸钠、硫酸铜和硫脲，将混合溶液恒温水浴加热到反应温度，加入联氨，水浴加热并不断搅拌，最后加入步骤(1)所得Mo粉，使钼粉悬浮在溶液中，直至上层混浊液澄清后停止搅拌，静置，过滤，清洗，干燥得到Ni-Mo壳核复合粉末；

(3)取步骤(2)所得Ni-Mo壳核复合粉末、Ni粉，采用喷雾造粒法制备得到复合粉末，将复合粉末置于气氛保护旋转炉内进行团聚型粉末焙烧，焙烧结束后，即得到Ni-Mo复合粉末。

上述方案中，步骤(2)所述pH值为4.5～5.5。

上述方案中，步骤(2)所述反应温度为70℃～90℃。

上述方案中，步骤(3)所述焙烧的温度为1000～1100℃。

上述方案中，步骤(1)所述HCl溶液的浓度为30ml/L，所述SnCl₂的浓度为30g/L，所述PdCl₂的浓度为0.5g/L。

上述方案中，步骤(2)所述混合溶液中，冰乙酸的浓度为5～10g/L，柠檬酸钠的浓度为50～60g/L，葡萄酸钠的浓度为10g/L，硫酸铜的浓度为20mg/L，硫脲的浓度为0.5mg/L，联氨的浓度为20～40ml/L，Ni(CH₃OO)₂的浓度为20～30g/L。

本发明的有益效果：(1)本发明采用化学镀方法将易氧化的Mo用不易氧化的Ni进行局部包覆，从而控制了所述Ni-Mo复合粉末中Mo直接暴露在氧化环境中的裸表面积，有效地实现Ni-Mo复合粉末在涂层制备以及今后使用中对Mo的氧化含量的控制。(2)本发明所述 Ni-Mo复合粉末的制备方法能有效减少Mo在热喷涂过程中的氧化，将Ni-Mo复合粉末应用于涂层制备，可有效改善太阳能选择性吸收涂层的选择性吸收效果。(3)本发明所述制备方法工艺简单、生成成本低、效率高。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种高选择性的中高温太阳能选择性吸收涂层Ni-Mo复合粉末，其中Mo元素与Ni元素的质量比为2:8，制备方法如下：

(1)采用化学镀制备Ni-Mo壳核结构复合粉末50g，其中Mo元素40g，Ni的包覆量为10g：取原始粒度为200目的钼粉40g先后分别加入到100ml HCl(30ml/L)溶液、100ml SnCl₂(30g/L)+HCl(30ml/L)的混合溶液、100ml>2(0.5g/L)+HCl(30ml/L)的混合溶液中进行预处理，其中预处理过程是在磁力搅拌下完成，预处理完成后对Mo粉在80℃真空炉内进行干燥；称取43g>3OO)₂、88g柠檬酸钠，在磁力搅拌下加入到1.5L去离子水中制备主盐溶液；配置浓度为5～10g/L冰乙酸，并缓慢加入到主盐中，调节主盐溶液pH值为4.5，分别称取葡萄糖酸钠15g、硫酸铜30mg、硫脲0.75mg并在搅拌的条件下加入到主盐溶液中，将混合液在恒温水浴中加热到80℃，再加入22.5mL联氨，水浴加热并不断搅拌，最后将前期已经预处理好的钼粉加入其中，使钼粉悬浮在溶液中，直至上层混浊液澄清后停止搅拌；将混浊液静止20min后，过滤，然后去离子水清洗镍钼复合粉末3次，再用酒精清洗镍钼复合粉末3次，然后在干燥箱内80℃干燥30min，化学镀制备Ni-Mo壳核结构复合粉末即完成。

(2)将Ni-Mo壳核结构复合粉末与原始镍粉采用喷雾造粒制备Ni-Mo复合粉末：取原始镍粉150g，将其与50gNi-Mo壳核结构复合粉末在容器中充分混合，加入2L自来水；然后向溶液中加入少量甘油和30g自制的粘接剂，搅拌，加入到胶磨机内胶磨30min，胶磨后的胶体取出，并利用喷雾干燥塔造粒，完成并收粉。

(3)将喷雾造粒收集的复合粉末在1000～1100℃气氛保护旋转炉内进行团聚型粉末焙 烧即制备得Ni-Mo复合粉末。

将本实施例制备得到的Ni-Mo复合粉末进行球形筛分，选取粒度为10～40μm粉末利用HVOF喷涂制备太阳能选择性吸收涂层，经测试，该涂层的吸收率为0.87，发射率为0.23。

实施例2

一种高选择性的中高温太阳能选择性吸收涂层Ni-Mo复合粉末，其中Mo元素与Ni元素的质量比为2:8，制备方法如下：

(1)采用化学镀制备Ni-Mo壳核结构复合粉末60g，其中Mo元素40g，Ni的包覆量为20g：取原始粒径约200μm的钼粉40g先后分别加入到100ml HCl(30ml/L)溶液、100ml SnCl₂(30g/L)+HCl(30ml/L)的混合溶液、100ml>2(0.5g/L)+HCl(30ml/L)的混合溶液中进行预处理，其中预处理过程是在磁力搅拌下完成，预处理完成后对Mo粉在80℃真空炉内进行干燥；称取87g>3OO)₂、176g柠檬酸钠，在磁力搅拌下加入到3L去离子水中制备主盐溶液；配置浓度为5～10g/L冰乙酸，并缓慢加入到主盐中，调节主盐溶液pH值为4.5，分别称取葡萄糖酸钠30g、硫酸铜60mg、硫脲1.5mg并在搅拌的条件下加入到主盐溶液中，将混合液在恒温水浴中加热到80℃，再加入60mL联氨，水浴加热并不断搅拌，最后将前期已经预处理好的钼粉加入其中，使钼粉悬浮在溶液中，直至上层混浊液澄清后停止搅拌；将混浊液静止20min后，过滤，然后去离子水清洗镍钼复合粉末3次，再用酒精清洗镍钼复合粉末3次，然后在干燥箱内80℃干燥30min，化学镀制备Ni-Mo壳核结构复合粉末即完成。

(2)将Ni-Mo壳核结构复合粉末与原始镍粉采用喷雾造粒制备Ni-Mo复合粉末：取原始镍粉140g，将其与60gNi-Mo壳核结构复合粉末在容器中充分混合，加入2L自来水；然后向溶液中加入少量甘油和30g自制的粘接剂，搅拌，加入到胶磨机内胶磨30min；胶磨后的胶体取出，并利用喷雾干燥塔造粒，完成并收粉。

(3)将喷雾造粒收集的复合粉末在1000～1100℃气氛保护旋转炉内进行团聚型粉末焙烧即制备得Ni-Mo复合粉末。

将本实施例制备得到的Ni-Mo复合粉末进行球形筛分，选取粒度为10～40μm粉末利用HVOF喷涂制备太阳能选择性吸收涂层，经测试，该涂层的吸收率为0.89，发射率为0.23。

实施例3

一种高选择性的中高温太阳能选择性吸收涂层Ni-Mo复合粉末，其中Mo元素与Ni元素的质量比为2:8，制备方法如下：

(3)采用化学镀制备Ni-Mo壳核结构复合粉末70g，其中Mo元素40g，Ni的包覆量为30g：取原始粒径约200μm的钼粉40g先后分别加入到100ml HCl(30ml/L)溶液、100ml SnCl₂(30g/L)+HCl(30ml/L)的混合溶液、100ml>2(0.5g/L)+HCl(30ml/L)的混合溶液中进行预处理，其中预处理过程是在磁力搅拌下完成，预处理完成后对Mo粉在80℃真空炉内进行干燥；称取127g>3OO)₂、153g柠檬酸钠，在磁力搅拌下加入到4L去离子水中制备主盐溶液；配置浓度为5～10g/L冰乙酸，并缓慢加入到主盐中，调节主盐溶液pH值为4.5，分别称取葡萄糖酸钠40g、硫酸铜80mg、硫脲2mg并在搅拌的条件下加入到主盐溶液中，将混合液在恒温水浴中加热到80℃，再加入60mL联氨，水浴加热并不断搅拌，最后将前期已经预处理好的钼粉加入其中，使钼粉悬浮在溶液中，直至上层混浊液澄清后停止搅拌；将混浊液静止20min后，过滤，然后去离子水清洗镍钼复合粉末3次，再用酒精清洗镍钼复合粉末3次，然后在干燥箱内80℃干燥30min，化学镀制备Ni-Mo壳核结构复合粉末即完成。

(2)将Ni-Mo壳核结构复合粉末与原始镍粉采用喷雾造粒制备Ni-Mo复合粉末：取原始镍粉130g，将其与70gNi-Mo壳核结构复合粉末在容器中充分混合，加入2L自来水；然后向溶液中加入少量甘油和30g自制的粘接剂，搅拌，加入到胶磨机内胶磨30min；胶磨后的胶体取出，并利用喷雾干燥塔造粒，完成并收粉。

(3)将喷雾造粒收集的复合粉末在1000～1100℃气氛保护旋转炉内进行团聚型粉末焙烧即制备得Ni-Mo复合粉末。

将本实施例制备得到的Ni-Mo复合粉末进行球形筛分，选取粒度为10～40μm粉末利用HVOF喷涂制备太阳能选择性吸收涂层，经测试，该涂层的吸收率为0.92，发射率为0.18。

实施例4

一种高选择性的中高温太阳能选择性吸收涂层Ni-Mo复合粉末，其中Mo元素与Ni元素的质量比为2:8，制备方法如下：

(1)采用化学镀制备Ni-Mo壳核结构复合粉末80g，其中Mo元素40g，Ni的包覆量为40g：取原始粒径约200μm的钼粉40g先后分别加入到100ml HCl(30ml/L)溶液、100ml SnCl₂(30g/L)+HCl(30ml/L)的混合溶液、100ml>2(0.5g/L)+HCl(30ml/L)的混合溶液中进行预处理，其中预处理过程是在磁力搅拌下完成，预处理完成后对Mo粉在80℃真空炉内进行干燥；称取174g>3OO)₂、323g柠檬酸钠，在磁力搅拌下加入到5.5L去离子水中制备主盐溶液；配置浓度为5～10g/L冰乙酸，并缓慢加入到主盐中，调节主盐溶液pH值为4.5，分别称取葡萄糖酸钠55g、硫酸铜110mg、硫脲2.75mg并在搅拌的条件下加入到主盐溶液中，将混合液在恒温水浴中加热到80℃，再加入82.5mL联氨，水浴加热并不断搅拌，最后将前期已经预处理好的钼粉加入其中，使钼粉悬浮在溶液中，直至上层混浊液澄清后停止搅拌；将混浊液静止20min后，过滤，然后去离子水清洗镍钼复合粉末3次，再用酒精清洗镍钼复合粉末3次，然后在干燥箱内80℃干燥30min，化学镀制备Ni-Mo壳核结构复合粉末即完成。

(2)将Ni-Mo壳核结构复合粉末与原始镍粉采用喷雾造粒制备Ni-Mo复合粉末：取原始镍粉120g，将其与80gNi-Mo壳核结构复合粉末在容器中充分混合，加入2L自来水；然后向溶液中加入少量甘油和30g自制的粘接剂，搅拌，加入到胶磨机内胶磨30min；胶磨后的胶体取出，并利用喷雾干燥塔造粒，完成并收粉。

(3)将喷雾造粒收集的复合粉末在1000～1100℃气氛保护旋转炉内进行团聚型粉末焙烧即制备得Ni-Mo复合粉末。

将本实施例制备得到的Ni-Mo复合粉末进行球形筛分，选取粒度为10～40μm粉末利用HVOF喷涂制备太阳能选择性吸收涂层，经测试，该涂层的吸收率为0.88，发射率为0.24。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。