陈松祺， 万海峰， 陈明伟

（1.上海飞机制造厂，上海 200232；2.上海爱迪新技术研究所，上海 200030）

浅谈太阳能集热器的表面处理工艺

陈松祺1， 万海峰2， 陈明伟2

（1.上海飞机制造厂，上海 200232；2.上海爱迪新技术研究所，上海 200030）

0 前言

随着能源消耗的迅速增加，地球上的矿物资源会越来越少。太阳能是取之不尽、清洁无污染的能源，因此，世界各国都在利用太阳能。我国是能源消耗大国，太阳能的转换和利用是最大的财富。

太阳能热水器是目前太阳能利用中技术最成熟的装置。它具有结构简单、造价低廉、工作可靠、使用方便等优点，因而得到了广泛的应用。太阳能热水器可分为平板式集热器和聚光式集热器两大类。聚光式集热器在短时间内可达120℃，集热效果受太阳、环境温度和风的影响，暂不介绍。

平板式集热器是借助温室效应，利用黑体物质吸收太阳辐射，达到积蓄升温的目的。它的优点是吸热效率高，受环境的影响较小，无需跟踪阳光，水温一般能达到60℃左右。

平板式集热器的升温快慢，取决于集热器结构、透光材料、绝热材料、聚光收集器结构、水循环形式、倾斜角度、安装方向和位置等。其中吸热的黑体物质与表面处理工艺有密切的关系。采用的镀履层应有高达90%以上的吸收率，反射率低于15%。

1 表面处理工艺

表面处理工艺分湿法和干法两种。

1.1 干法工艺

干法工艺不在水溶液中进行，该工艺被称为“环保工艺”。其中，物理气相沉积一般包括真空蒸发镀、真空溅射镀、离子镀三类。

电镀、真空蒸发镀、真空溅射镀和离子镀的比较，见表l。

1.2 湿法工艺

湿法工艺是在水溶液中进行的，如电镀、电解氧化、化学转化、电泳等。

吸收太阳能的途径之一是集热器。该集热器使用吸热板，在80年代初国外采用铜上面先镀镍后镀黑铬的工艺。

1.2.1 镀黑铬工艺

不同镀镍工艺的太阳能吸收率（α）和红外辐射率（ε），见表2。

表2 不同镀镍工艺的太阳能吸收率和红外辐射率

黑铬的太阳能选择特性与电镀时间有关。太阳能吸收率和红外辐射率与电镀时间的关系（温度为120℃），见表3

表3 太阳能吸收率和红外辐射率与电镀时间的关系

由表3可知：刚开始，太阳能吸收率增加很快，而红外辐射率没有明显增加，直到太阳能吸收率达到最大值；此后，太阳能吸收率几乎不再增加，而红外辐射率迅速提高。一般认为，在18A/dm2的电流密度下最佳的电镀时间为1min左右，此时镀层厚度为0.5～2.5μm。

1.2.2 铜及铜合金的电化学和化学转化处理工艺

太阳能集热器中吸收板的黑体物质，主要是能满足太阳能吸收率和红外辐射率。基体材料要有利于电镀和化学转化处理，因此，采用铜和黄铜为主。

因铜及铜合金的氧化膜为半光泽或无光泽，薄而紧密，与基体金属结合牢固，具有一定的防护－装饰性，但脆而不耐磨。膜层的组成是氧化铜、氧化亚铜、硫化铜或它们的混合物。因膜的组成不同，颜色也有所区别。但在实际生产中，其成本一定高于铝箔太阳能吸收板阳极化工艺的。铜及铜合金电化学氧化溶液成分及工艺条件，见表4。

铜及铜合金化学转化溶液成分及工艺条件，见表5。

表4 铜及铜合金电化学氧化溶液成分及工艺条件

表5 铜及铜合金化学转化溶液成分及工艺条件

上述湿法工艺是存在污染排放的。目前三废治理要求严格，使生产成本提高。因此，太阳能吸收板逐渐向铝阳极化着色发展。

1.2.3 铝箔太阳能吸收板特种阳极化发黑工艺

铝及铝合金阳极化有不同的工艺，如硬质、瓷质、耐压、着色、胶接、探伤等。由于铝阳极化槽液以酸为主，相对而言三废治理较容易。

集热板的太阳能吸收率和红外辐射率与铝极化时间的关系，见表6。

当工艺确定后，“智能化”管理是方向。值得提供探讨的几点如下：

（1）太阳能吸热板采用工业纯铝1060（Al≥99.6%，Fe≤0.20%，Si≤0.20%，Cu≤0.01%）比1100（Al≥99.0%，Fe≤0.50%，Si≤0.50%，Cu≤0.01%）好；

（2）采用硫酸阳极化后化学染黑，太阳能吸收率低，而红外辐射率高；

（3）电解着色的太阳能吸收率可达到92%～95%，红外辐射率和特种极化时间配合可达到15%左右；

表6 太阳能吸收率和红外辐射率与铝阳极化时间的关系

（4）铝阳极化膜太厚影响红外辐射率，太薄影响太阳能吸收率，厚度在1.5μm左右；

（5）电解着色交流电波形和阴阳极面积影响颜色深浅；

（6）控制好特种铝阳极化工艺和电解着色工艺并做好详细记录，是质量的保证；

（7）设备最好连续式，可提高产量，但导电和传送有难度，龙门式挂具很重要；

（8）新配的电解着色液应通电处理，pH值控制在1左右；

（9）龙门式挂具导电应良好，在电解着色采用交流电，工作面不应有金属阻挡，应绝缘，否则会造成无膜层；

（10）由于膜层薄，当电解着色槽液没控制好时，颜色会变为灰黑。

2 结束语

（1）平板式太阳能集热器中吸热板是重要的部分，吸热板的表面处理特种工艺也是关键。干法工艺有专利报导，可以使太阳能吸收率达到95%，红外辐射率小于5%，对环保有益，但投资很大，难以推广。

（2）铝特种阳极化电解着色工艺可以使太阳能吸收率达到90%以上，红外辐射率为15%左右，可满足要求，但应重视三废治理，有推广价值。

（3）表面处理特种工艺的质量控制要求是：文件、材料、工序、维护、环境、人员、质检都要求控制，其中原始记录更为重要。

（4）国内外航空航天将表面处理特种工艺放在首位，由于肉眼无法看出质量好坏，相当于“内科医生”通过“化验”才能对症治病。

TQ 153

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1000-4742（2015）02-0054-03

2013-06-21