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摘 要

近年来人们对太阳能吸热材料的研制和利用已经取得了很大的进步。我国从70年代就开始研制选择性吸收涂层，取得了许多成果，并在太阳集热器上普及使用，极大的提高了对太阳能的使用效率。本文就是基于Mo/Fe-TiN金属陶瓷选择性吸收涂层的金属相复合添加研究,通过对选择性吸收涂层材料比例的选取，和其反射率在辐射波长不同的情况下的变化趋势以及在太阳光谱范围300nm到2500nm内的平均吸收率来评估该选择性吸收涂层对太阳能的利用是否具有重要意义。采用的是激光熔覆的方法进行选择性涂层的焊接，并通过如上的方法得到下面几个重要结论：

（1）分析Mo/Fe-TiN金属陶瓷选择性吸收涂层中分散相基体TiN的质量分数分别为0%、20%、40%、60%、80%和100%时的等效热导率，通过分析当分散相基体TiN的质量分数在60%时，等效热导率随分散相基体TiN的质量分数的变化明显变缓，综合导热和光学性能两大因素，故选取Mo、Fe、TiN的质量比为1：3：6来作为本文Mo/Fe-TiN金属陶瓷选择性吸收涂层的材料质量比。

（2）Mo/Fe-TiN金属陶瓷选择性吸收涂层对太阳光谱波长从300nm到2500nm上具有一定变化的反射率在可见光区反射率较低，在红外线区及其以外的区域反射率较大。

（3）基于金属陶瓷材料Mo/Fe-TiN选择性吸收涂层对太阳光谱在300nm到2500nm上的平均吸收率为74.7%得到该选择性吸收涂层具有良好的选择吸收性，综合其制备方法较为简单和具有一定的热稳定性，该涂层对太阳能的有效利用有着重大的意义。

关键词: 激光熔覆 光谱选择性吸收涂层 金属陶瓷材料 反射率 吸收率

Study on Selective Solar Absorber Coating Based on Fe-TiN Cermet

Abstract

In recent years, great progress has been made in the development and utilization of solar heat absorbing materials. Since the 1970s, China began to develop selective absorbing coatings, which have achieved many results and are widely used on solar collectors, which greatly improves the efficiency of solar energy use. This article is based on Mo/Fe-TiN cermet selective absorbing coating metal phase composite addition research, the selectivity of the absorptive coating for solar energy is evaluated by the selection of the proportion of the selective absorptive coating material, its variation in the reflectance at different radiation wavelengths, and the average absorptivity in the solar spectral range of 300 nm to 2500 nm to assess whether the selective absorption coating solar energy utilization is of great significance. Laser cladding is used for selective coating welding and the following important conclusions are obtained by the above method:

(1)Analyze the equivalent thermal conductivity when the mass fraction of TiN in the dispersed phase matrix of Mo/Fe-TiN cermet selective absorbing coating is 0%, 20%, 40%, 60%, 80% and 100% respectively, By analyzing that when the mass fraction of TiN in the dispersed phase matrix is 60%, the equivalent thermal conductivity changes obviously with the mass fraction of TiN in the dispersed phase matrix. Comprehensive thermal and optical properties of the two major factors, so choose Mo, Fe, TiN mass ratio of 1:3:6 as Mo/Fe-TiN cermet selective absorption coating material mass ratio.

(2)The selective absorption coating of Mo/Fe-TiN cermet has a reflectivity with a certain variation in the wavelength of the solar spectrum from 300 nm to 2500 nm. The reflectivity in the visible light region is low, and the reflectance in the infrared region and beyond is large.

(3) The average absorption rate of the solar spectrum from 300 nm to 2500 nm based on the Mo/Fe-TiN selective absorbing coating of the cermet material is 74.7%. The selective absorbing coating has a good selective absorption, and its preparation method is integrated. It is relatively simple and has a certain degree of thermal stability. The coating has great significance for the effective use of solar energy

Key Words：Laser cladding ; Selective Solar Absorber Coating; Cermet Material; Reflectivity；Absorption Rate

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 太阳能光谱选择性吸收涂层 1

1.2.1 太阳能光谱选择性吸收涂层的基本原理 1

1.2.2太阳能光谱选择性吸收涂层的热稳定性 2

1.2.3太阳能光谱选择性吸收涂层的传热基理 4

1.2.4太阳能光谱选择性吸收涂层的研究进展 4

1.3金属陶瓷涂层对太阳能光谱选择性吸收的影响 5

1.3.1TiAl/TiAN/ TIAION/TiAO涂层 5

1.3.2M-AlN太阳选择性吸收涂层 5

1.4 本文主要的研究内容 6

1.4.1课题拟研究的问题： 6

1.4.2采用的研究手段: 6

第二章 复合材料导热系数的计算分析 7

2.1 复合材料的材料分析 7

2.2 引用麦克斯韦模型进行计算 7

2.3 分析曲线图选取最佳的成分点 9

第三章 试验设备及试验过程 10

3.1 金属陶瓷粉末涂层喷涂 10

3.2 排除有机物 11

3.3 激光熔覆 12

第四章 金属陶瓷材料Mo/Fe-TiN对太阳光谱的反射率以及吸收率的计算分析 14

4.1 金属陶瓷材料Mo/Fe-TiN对太阳光谱的反射率测量与数据处理 14

4.1.1金属陶瓷材料Mo/Fe-TiN对太阳光谱的反射率测量 14

4.1.2金属陶瓷材料Mo/Fe-TiN对太阳光谱的反射率的数据处理 15

4.2 金属陶瓷材料Mo/Fe-TiN对太阳光谱的吸收率的计算 15

4.2.1选择性吸收涂层在太阳光谱范围内的平均吸收率公式的引用 15

4.2.2 选择性吸收涂层在太阳光谱范围内的平均吸收率数据的处理 16

4.2.3 金属陶瓷材料Mo/Fe-TiN对太阳光谱吸收率的结果与分析 19

4.3 本章小结 19

4.4 经济性分析 19

4.4.1涂层制造性经济分析： 19

4.4.2涂层的工艺性分析： 20

第五章 结论 21

参考文献 22

致谢 25

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