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碳化物金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层制备工艺及性能的研究

作　者: 陈伟
导　师: 丁彰雄
学　校: 武汉理工大学
专　业: 载运工具运用工程
关键词: 太阳能 选择性吸收 金属陶瓷 超音速火焰喷涂
分类号: TK51
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 133次
引　用: 1次
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内容摘要


能源问题是制约社会经济发展的瓶颈,可再生能源的研究是人类研究的一个重要课题。在众多的可再生能源的研究中,又以太阳能的发展最为迅猛。在太阳能的热利用中,太阳能集热器的选择性吸收涂层起着关键的作用。虽然选择性吸收涂层的研究已经得到了很大的发展,但制备的涂层仍然存在一些不足。因此,选择性吸收涂层的研究还有待进一步的发展,在能源紧张的今天这项课题的研究显得尤为重要。本文采用超音速火焰喷涂法制备了WC-Co和Cr3C2-NiCr两种金属陶瓷选择性吸收涂层,通过电子显微镜、X射线衍射仪和红外光谱仪等实验设备对喷涂粉末和涂层进行相关分析,探讨了喷涂距离和涂层厚度对涂层性能的影响,并对制备涂层的耐气候性能和耐高温性能进行了测试。研究结果表明：超音速火焰喷涂制备的涂层比较致密,涂层孔隙率较小,并且在喷涂WC-Co粉末时,存在WC的脱碳分解,涂层中产生了少量的W2C。采用HVOF制备的WC-Co和Cr3C2-NiCr两种金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层具有较好的光学性能。研究结果同时表明：喷涂WC-Co粉末时,喷涂距离的增加加剧了WC的脱碳分解,但一定量的WC脱碳分解对涂层的光学性能并没有明显的影响,这主要是由于在金属陶瓷涂层中涂层的吸收性能主要取决于金属材料。在探讨涂层厚度对涂层性能的影响时发现,涂层厚度的增加会增加涂层的吸收率,但涂层的发射率并没有发生相应改变。研究结果也表明：超音速火焰喷涂法制备的涂层与基体之间具有良好的结合性,在经过两个月的大气环境条件下测试,涂层没有出现脱落和破裂,表明制备的涂层适宜于日常的气候环境下使用。WC-Co和Cr3C2-NiCr金属陶瓷材料不仅表现出较好的吸收性能,而且在高温条件下涂层稳定。经高温实验后,涂层的主要相没有变化,吸收率与发射率基本上没有衰减,涂层表现出良好的稳定性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 引言  9-24
  1.1 课题提出的背景  9-10
  1.2 太阳能利用的研究  10-20
    1.2.1 太阳能利用概述  11-15
    1.2.2 太阳能利用的国内外现状  15-18
    1.2.3 选择性吸收的发展  18-19
    1.2.4 存在的问题  19-20
  1.3 热喷涂技术  20-22
  1.4 本论文的主要工作及研究内容  22-23
  1.5 本章小结  23-24
第2章 选择性吸收涂层综述  24-35
  2.1 太阳辐射概述  24-25
  2.2 关于选择性吸收  25-28
  2.3 吸收层的光学性质  28-29
  2.4 选择性吸收机理  29-31
    2.4.1 体吸收型涂层  30
    2.4.2 干涉型吸收涂层  30
    2.4.3 多层渐变涂层  30-31
    2.4.4 金属-电介质复合涂层  31
    2.4.5 表面结构型吸收涂层  31
  2.5 选择性吸收涂层制备工艺  31-34
    2.5.1 涂料法  32
    2.5.2 电镀法  32
    2.5.3 电化学转换法  32-33
    2.5.4 化学气相沉积法  33
    2.5.5 物理气相沉积法  33-34
  2.6 本章小结  34-35
第3章 选择性吸收涂层设计与制备工艺  35-46
  3.1 选择性吸收材料的选择  35-37
  3.2 涂层结构与厚度设计  37-42
    3.2.1 涂层结构  37-41
    3.2.2 涂层厚度  41-42
  3.3 喷涂工艺方法的确定  42-44
    3.3.1 吸收层制备工艺  42-44
    3.3.2 红外反射底层制备工艺  44
  3.4 涂层制备  44-45
    3.4.1 喷涂前的准备  44-45
    3.4.2 制备涂层  45
  3.5 本章小结  45-46
第4章 碳化物选择性吸收涂层光学性能研究  46-59
  4.1 涂层基本性能  46-50
    4.1.1 涂层表面形貌分析  47-49
    4.1.2 涂层光学性能  49-50
  4.2 喷涂距离的影响  50-53
  4.3 涂层厚度的影响  53-54
  4.4 耐气候性与高温性的研究  54-58
    4.4.1 耐气候性能研究  54-55
    4.4.2 耐高温性能研究  55-58
  4.5 本章小结  58-59
第5章 结论  59-61
  5.1 本文的结论  59-60
  5.2 对今后工作的建议  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研情况  65

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 特殊热能及其机械 > 太阳能技术
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