太阳光谱选择性吸收涂层耐盐雾性能的研讨

日出东方太阳能股份有限公司 ■ 尧克光 宋凯 王国伟 梁民博 夏正源 樊建斌

一 引言

随着城镇化的进程，居住集中，楼房呈高层化的趋势已成必然，真空管太阳能热水系统在安全性、与建筑不能完美结合等缺陷正不断改进，而平板太阳能的优势正日益凸显。对于平板型太阳能集热器吸热体的要求也更加苛刻，国标GB/T 26974-2011[1]对平板集热器的太阳吸收膜层的耐盐雾能力提出要求，引起行业内关注对平板吸热体涂层的耐盐雾性能，业内很多企业也都进行过盐雾试验，范介清等人[2]对黑铬涂层、阳极氧化涂层及蓝钛涂层做盐雾实验，称黑铬涂层耐盐雾能力最强，蓝钛涂层耐盐雾能力最差，甚至认为物理气相沉积制备的涂层耐盐雾性能很差。通过我们对多种涂层膜系及其各种的制备方法进行了大量的耐盐雾试验结果，甚至不断重复试验。结果表明，只要组成涂层的膜系结构合理，物理气相沉积得到的涂层具有良好的耐盐雾性能。而且物理气相沉积技术不仅能制备藏青蓝膜，还能制备出多种色彩，以适应建筑设计的多方要求，提高人们的生活品位。

二 试验

在大量的盐雾试验中，选出较典型的8个组。选择不同生产工艺得到的太阳吸收涂层，其中物理气相沉积(PVD)方法制备的样品4组，编号为1、2、3、4；电镀黑铬方法制备的样品2组，编号为5、6；喷涂方法制备样品1组，编号为7；溶胶凝胶法制备的样品1组，编号为8。8组样品的基材都为铝，有国内的也有国外的样品。

测量膜层太阳吸收比的设备为日本岛津UV-3600分光光度计，测量热发射比的设备为德国INGLAS TIR 100-2热发射测定仪，上海圣试盐雾试验机。

首先测量样品的太阳吸收比及热发射比，然后拍照，之后将样品放入盐雾试验机中。参考ISO 9227《人工环境中的腐蚀试验-盐雾试验》[3]进行盐雾试验，在电导率不高于20µS/cm(25±2℃)的去离子水中加入氯化钠配制盐水溶度的50±5g/L，氯化钠纯度为分析纯(纯度≥99.5)，pH值为6.8，设定试验机室内温度为35℃，工作压力为0.1MPa，压力桶内温度为47℃，时间为48h，试验后测量样品的太阳吸收比、热发射比并拍照，比较盐雾前后的性能变化情况及表面改变情况。

三 结果与讨论

1 盐雾前后膜层性能变化

盐雾前后膜层性能变化对照见表1。

从表1可以看出物理气相沉积制备的太阳光谱选择性吸收膜层具有高的太阳吸收比和低的热发射比，除1号样品外，2～4号样品的热发射比都不大于0.05，盐雾48h后除2号样品的性能下降较大，其他3个样品的性能基本上没有下降。6号电镀样品及7号喷涂样品的热发射比较高，8号溶胶凝胶样品的太阳吸收比较低，未达到国标GB/T 26974-2011对膜层太阳吸收比的要求。5～8号样品经过48h盐雾后，性能基本没有改变。通过性能测试可以得出物理气相沉积得到的太阳吸收膜层不是所有的都耐盐雾能力差，只要膜层合理，物理气相沉积得到的吸收膜层也可以有很好的耐盐雾能力。

表1 盐雾前后膜层性能变化

2 盐雾前后膜层表面状态改变情况

1～8号样品盐雾48h前后照片的对照如图1～图8所示。

图1 1号样品

图2 2号样品

图3 3号样品

图4 4号样品

图5 5号样品

图6 6号样品

图7 7号样品

图8 8号样品

从图1～图8我们可以看出，四组物理气相沉积制备的太阳光谱选择性吸收涂层在48h盐雾后，只有2号样品表面被腐蚀严重，1号样品表面有少量斑点颜色未改变，3号样品盐雾前后表面基本未改变，4号样品颜色未改变，只是表面有斑点；5号、6号电镀黑铬样品48h盐雾后，表面有不少斑点，但颜色未改变；7号喷涂样品盐雾前后表面状态基本没改变；8号溶胶凝胶法制备的样品盐雾前后表面状态基本上未改变，两种样品的耐盐雾能力较好。

四 结论

通过以上结果我们可以得出结论如下：国内外改进的物理气相沉积制备的太阳光谱选择性吸收涂层(俗称的蓝膜)具有很好的耐盐雾能力，主要是设计与实施了涂层新的膜系结构，期望有论文发表，供读者参考；原来一些物理气相沉积老工艺制备的太阳吸收涂层膜系，其耐盐雾能力较差。喷涂方法和溶胶凝胶法制备的太阳能吸收膜层的耐盐雾能力较好。电镀黑铬太阳吸收涂层盐雾试验前后，太阳吸收比与发射比变化较小，试验后在表面有不少斑点，热发射比偏高；黑铬涂层的光学性能和耐盐雾试验性能与电镀工艺以及铝基材上打底的铜或镍镀层密切相关，不同厂家的工艺也有很大差别，实验结果可能也不尽相同。

五 思考与探讨

目前国标GB/T 26974-2011只是要求太阳吸收涂层需要做盐雾试验，但是需要做多长时间没有规定，怎么去更好地定性、定量评价膜层耐盐雾性好坏没有更贴实际要求，只是要求涂层、基材及焊缝应无裂纹、起泡、剥落及腐蚀，对于膜层颜色改变是否合格，膜层性能下降多少算不合格等等没有要求，需要大家来探讨怎么能更好地完善对太阳能吸热体耐盐雾性能的判断。

致谢：衷心感谢公司总工程师焦青太与清华大学殷志强教授在太阳光谱选择性吸收涂层盐雾试验中的有益讨论。

[1]GB/T 26974-2011, 平板型太阳能集热器吸热体技术要求[S].

[2]范介清, 周雄峰, 周淑军, 等. 平板太阳能集热器技术问题简述[J]. 太阳能, 2013, 5:30-32.

[3]ISO 9227 -2012, 人工环境中的腐蚀试验-盐雾试验[S].