%b3能吸收涂层的制备方法及其性能研究
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用Ｘ射线衍射仪分析ＡｌＮ改性层的相结构．
图ｌ为其ｘ】ｍ图谱。可知ＡｌＮ涂层由六方结构
化合物ＡｌＮ构成，表明在进行真空离子氮化过程 中．在低温等离子环境中，铝合金试样表面钝化层 被溅射并活化，氮吸附于铝材表面。由于铝原子 的最外层电子极不饱和，且满足与氮原子最外层 电子的匹配关系，为强氮化物形成元素．与高温的 铝合金基体易形成铝氮化合物。采用Ｓ口ｅｃ仉眦 ＧＤＡ７５０辉光放电光谱仪测试ＡｌＮ改性层中元 素含量及分布。结果如图２所示。表明ＡｌＮ改性 层中氮元素和铝元素的含量呈梯度分布．有利于 得到梯度渐变的ＡｌＮ．Ａｌ太阳能吸收表面。
导？＇／’…１０。４Ｄ－
固３变形温度与５０％再结晶时间的关系
Ｆｉｇ．３ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔ、ｖｅｃｎ ｄｅｆｏ肋ａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｍｔ哪
柚ｄ ５０％ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ
耐候钢静态再结晶激活能。为制定耐候钢热轧双
相化工艺奠定理论基础。
参考文献：
［１】 王传雅，戚正风．耐候钢的化学成分和性能［Ｊ】．特殊钢，
通讯作者：范爱兰（１９７０一），女，山西孝义人，讲师，博士，研究方向为 金属表面改性；电话：０３５１．６０１０５４０：
Ｅ－ｍａｉｌ：胁ａｉｌ跏＠ｔ）呲．ｃｄｕ．ｃｎ
１ 试管制备
１．１材料
ＬＦ２１（３Ａ２１）铝合金管，直径３２ｍｍ，长７５０ｎｕｎ，
壁厚２ｍｍ，成分及物理性能分别见表ｌ和表２。
表ｌ ＬＦ２１（３Ａ２１）铝合金化学成分（质量分数，％） Ｔａｂ．１ Ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａＩ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ３Ａ２ｌ Ａｌ ａｎｏｙ（ｗｔ’％）
１９９７，（１）：１３·１９．
【２】 樊云昌，丁占来，齐海波．双相钢及其在铁路客、货车辆上
的应用前景【Ｊ】．石家庄铁道学院学报，１９９９，（３）：５７—６０．
【３】 Ｙａｄａ Ｈ．Ａｎ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ“黟ａｉｎ ｒｅｆｍ锄蹦ｔ ｏｆ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ卧Ｆｏｍ睁ＴｉｔａＩｌｉ啪Ｖ锄ｄｉ啪Ｉｒ∞∞ｄ Ｓｔｅｅｌ，
发生静态再结晶的难易程度可以用其静态再结晶
激活能ｐ。来判断。通常可以依据软化率曲线中
出现５０％再结晶的时间来确定激活能。静态再结
晶激活能Ｑ。与静态软化率达到５０％的时间‰
之间的关系可以表示为：
叫矿驴ｅＸｐ， ｌ静ｎ ｊ、
（４）
式中。ｓ、叠分别为变形量和变形速率；Ｒ为气体常 数；ｒ为绝对变形温度；Ａ、ｐ、ｑ为常数。
１３：３０
１４：００
１４：３０
Ａ
１９
２ｌ
２２
２４
２５
２５
Ｂ
１９
２８
４０
５６
６２
６５
Ｃ
１９
３０
４２
６５
８０
９５
２．２闷晒试验
取上述Ｂ、Ｃ两支试验用管，分别装满水，按
上述要求安置，观察水温随时间的变化规律，结果
见表４。可看出，经氮化处理的ＬＦ２ｌ铝合金管具
有优良的太阳能的吸收性能和优良的传热性能。
表４闷晒试验（环境温度２７℃）
Ａｂｓｔｌ哺ｃｔ：１ｋ ＡｌＮ ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ａｂｓ唧ｔｉｏｎ ｃｏａｔｉｎｇ ｗａｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｏｎ ＬＦ２ ｌ（３Ａ２ １）ａｌ啪ｉｒＩｉ衄ａｌｌｏｙ ｔＩＪｂｅ ｓⅦ内ｃｅ
ｔｌｌｌ．ｏｕ曲ｐｌａｓｍａ ｎｉｔｒｉｄｉＩｌｇ．ｗｉｍ ｔｈｅ ｈｅｌｐ ｏｆ ｓｔａ印ａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔａ弘ａｔｉｏｎ ｗｉｍｏｕｔ ｗａｔｅｒ ｅｘｐｅｒｉｒｎｃｎｔｓ，也ｅ ｐｈｏｔｏ－ｔｈｅ彻ａｌ
膜，其吸收率≥０．９３，红外发射率占≤０．６，平均热
损Ｕｃｔｏ．９Ｗ／ｍ２℃，真空度≤５×１０－３Ｐａ。
２．１空晒试验
wk.baidu.com
取三支试验用管，一支未经氮化处理的ＬＦ２ｌ
铝合金管，编号为Ａ；一支经离子氮化处理的
ＬＦ２ｌ铝合金管，编号为Ｂ；一支商品化太阳能集
热管，编号为Ｃ。按照太阳能热水器的安装要求．
与地面成５００（太原所在纬度＋１２０），将三根管用软
电阿ｌ牢 １０４ｎ·ｍ
１００℃
２５℃
２５～１００℃
２０℃
２．７３
１００９
１８０．０
２３．２
３．４５
１．２铝管氮化前前期处理 将试管用埘（ＮａｏＨ）＝８％～１０％、温度４０～６０℃
的溶液浸蚀１０～１５ｍｉｎ；用冷水冲洗约２ｍｉｎ；在 体积分数为３０％的稀硝酸溶液中进行中和处 理。试管表面不允许有色斑；用５０～６０℃热水 冲洗２～３ｍｉｎ，并用硬毛刷刷干净；放在１００～ １５０℃干燥箱中烘干约３０ｍｉｎ，待用。
ｃｏ弛ｇ；ＡｌＮ；Ａｌ １【ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒ ｅｎｅ玛ｙ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ
ａ１１０ｙ；ｐＩａｓｍａ ｎｉｔｒｉｄｉｎｇ
太阳能光热转换材料是当今太阳能技术领域 的研究热点。本文对目前市场上热销的太阳能热水 器进行了对比考核，进而提出了一种不同于传统 的磁控溅射方法制备太阳能吸收涂层氮化铝的新 方法［“．即利用离子氮化技术在铝合金管表面制 备一层具有太阳能吸收功能的氮化铝（ＡｌＮ）涂层。 由于铝合金具有优良的导热性，氮化铝涂层将吸 收的太阳能转化为热快速地传递给管内的水，有 望改善传统的玻璃真空集热管导热差、热启动慢 这一难题刚，提高太阳能的综合利用效率。
Ｔａｂ．４ Ｓｔａｇｎａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ
温度／卜 、＼＼时间 １２：００
１２：３０
１３：００
１３：３０
１４：ＯＯ
１４：３０
Ｂ
２７
３５
４９
６３
６８
７０
Ｃ
２７
３８
５０
７０
８５
９５
蠡棠曩囊銎警套馨曩翌耋蛊；爵嚣喜喜窆
管外层缺少真空保温层阻止热量的对外散失，但 由于管内的水吸收了很多热量，且水的比热较大， 对外传热程度显著降低，在不太高（下转第３５页）
恤ｎｓｆｏ肋ａｔｉｏｎ ｅ舾ｃｉｅｎｃｙ ｏｆ Ａ１Ｎ ｃｏａｔｉｎｇ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｃｄ．弛ｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ １１１ａｔ ｔｈｅ ＡｌＮ ｃｏａｔｉｌｌｇ ｈａｓ ｅｘｃｅｌｌ朗ｔ
ｅｎ咧ａｎｄ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｆｏｒ ｓｏｌａｒ
ｂｅｔｔｃｒ ｐｈｏｔｏ—ｔｈｅｍａｌ舰ｎｓｆｏ肌ａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ＡｌＮ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ａｂｓｏｒｂｉｎｇ Ｃｏａｔｉｎｇ
ＺＨＩ Ｃｈｅｎｇｇａｎｇ，ＦＡＮ Ａｉｌａｎ，Ｑ州Ｌｉｎ，ＴＡＮＧ Ｂｉｎ
作ｅｓｅ龇ＩＩｌ加砒￡ｅ酽ｓ＂咖ｅ Ｅ画聊ｅ＾％唰”姗‰西ｅ倦渺矿死ｃ＾加ｆｏ跏撕呦０３００２４，饥ｉ呦
到一定温度后（显著高于外部环境温度时），铝合
金管内外产生较大的温度差，对外传热开始加剧。
此后，铝合金管内的温升明显变缓，水温未能达到
商业真空集热管最高温度。
表３空晒试验（环境温度１９℃）
Ｔａｂ．３ Ｓｔａｇｎａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｗｉｔｈｏｕｔ ｗａｔｅｒ
温度／八 、＼时间 １２：ＯＯ
１２：３０
１３：ＯＯ
１９８９，２（３）：２ｌ－２８．
［４】Ｌａ硒ｒａｏｕｉ Ａ， Ｊ０ｎ勰 Ｊ Ｊ．Ｐｆｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔ铷ｐ蹦ｌｎ胛
ｍｉｃｒｏｓ仃ｕｃｔｕｒｅ“ｎｇ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ， ｆｌｏｗ ｓｈ＿ｅｓｓ 趴ｄ
ｔｌｌｅ
ｍｕｌｔｉ巾鹤ｓ ｈｏｔ ｒｏｌｌｉｎｇ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｃ瓶ｄ ｓ砸ｐ【Ｊ】．１ＳＵ Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ。１９９ｌ，３ｌ（１）：９５一１０５． 【５】Ｈｏｄｇｓｏｎ Ｐ Ｄ．Ｍｏｄｃｌｓ ｏｆ ｎ地静ｃｒｙｇｔａｌｌｉｓａｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｃ－Ｍｎ ａｎｄ ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｅｄ ｓｔ∞Ｉｓ ｄｌｍｎｇ ｌｌｏｔ ｗｍ．ｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ 【Ｊ】．Ｍａｔ商ａｌｓ Ｆｏｎｌｍ。１９９３，（１７）：４０３－４０８． 【６】 孙彬斌，贾志伟，张红梅，等．Ｃ．Ｓｉ—Ｍｎ系双相钢静态软化 行为的研究［Ｊ】．热加工工艺，２００７，３６（１０）：２ｌ－２４． 【７】 陈哗． 变形奥氏体静态软化行为的研究哪． 山东冶金， ２００７，２９（６）：４９．５１．田
１∞ 万方数据
ＨＯｔ Ｗｏｒｋｊｎｇ ＴｅｃｌｌＩｌｏｌｏｇｙ ２００９，Ｖ０１．３８，Ｎｏ．２２
下半月出版
Ｍａｔｅｆｉａｌ＆Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｎｌｅｎｔ§材料热处理技术
１．３铝管离子氮化工艺 将试管两端封住，平放在ＬＤｌ５０离子氮化炉
炉内Ｔ装架上，氮化工艺参数为：电压６００Ｖ．电 流２０Ａ，气压２００Ｐａ，氮气流速０．６ｍⅦ，３５０℃保 温２ｈ后缓冷出炉。 １．４氮化铝涂层成分测试
收稿日期：２００８．０９．１９ 基金项目：山西省留学回国人员科研项目ｒ２００６．２７）；太原市科技项
目大学生创新创业专项资助项目（０８１２２０９０）； （０８１２２０６８） 作者简介：陟成刚（１９８卜），男，河南固始人，硕士研究生。研究方向为 有色金属材料表面改性；电话：０３５１．６０１０５４０：
Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｃｇ．３＠ｔ锄．ｃｏｍ
（上接第１０ｌ页）的温度时，可表现出较好的光热 转化性能。
３结论
（１）应用离子氮化工艺可在ＬＦ２ｌ（３Ａ２１）铝合 金管表面生成一层具有太阳能吸收功能的氮化铝 （ＡｌＮ）涂层，且工艺简单成熟。
《热加工工艺》２００９年第３８卷第２２期
ｌＯｌ
万方数据
下半月出版
Ｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｈｅａｔ Ｔｒｅａ仃ｎｅｎｔｌ材料热处理技术
若以产生Ｘ产０．５的再结晶分数所需的时间
‰来代替式中的Ｋ，可得：
『
ｎ１
置＝ｌ—ｅＸｐＩ—ｌｎ２ｆ上１ Ｊ
（３）
Ｌ
、丁ｎ５ ｆ Ｊ
在同等变形条件下．Ｃｕ．Ｐ—Ｃ卜Ｎｉ．Ｍｏ耐候钢
图３中直线的斜率即为Ｃｕ—Ｐ．Ｃｒ＿Ｎｉ．Ｍｏ耐候钢的
静态再结晶激活能ｐ。，其值为２５６蛆，ｍｏｌ。
４结论
（１）给定应变速率条件下，变形温度越高，静 态再结晶越易进行：道次间隔时间越长，静态再结 晶进行得越充分。
（２）采用后插法计算了不同真应变条件下的静态 软化率：并对其进行回归分析，得到Ｃｕ．Ｐ．Ｃｒ－Ｎｉ．Ｍｏ
Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ＡＩＮ ｃｏａｔｉｌｌｇ
２光热转化性能对比测试
本试验是通过与市场上销售的太阳能产品对 比。间接对比测试了利用离子氮化工艺制备的太 阳能吸收涂层氮化铝的光热转化效率。对比商
业化集热元件一真空管技术参数规格：１２００ｍｍ×
４７１１１Ｉｎ，表面涂层为Ａ１．Ｎ／Ａｌ真空溅射选择性镀
Ｓｉ
Ｆｅ
Ｃｕ
Ｍｎ
Ｍｇ
Ｚｎ
Ｔｉ
Ａｌ
０．６
Ｏ．７
Ｏ．２０ １．Ｏ～１．６ Ｏ．０５ Ｏ．１０
Ｏ．１５ 余量
表２ ＬＦ２ｌ（３Ａ２１）铝合金的物理性能
Ｔａｂ。２ Ｔｈｅ ｐｈｙｓｊｃｓ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ３Ａ２１ ＡＪ ａＵｏｙ
密度
比热容
导热系数 线膨胀系数
／（ｇ·锄勺 ／（Ｊ·ｋ∥·Ｋ。） ／（Ｗｍ。·艮１） ／（ｘｌＯ。６Ｋ。１）
橡胶塞密封，放置在阳光充足的室外。观察水温随
时间的变化，结果见表３。可看出。未经氮化处理
的ＬＦ２１铝合金管基本不具有太阳能的吸收性
能，经氮化处理的ＬＦ２１铝合金管则表现出良好
的太阳能的吸收性能。与成品太阳能集热管相比， 由于铝合金管外层没有真空保温装置。直接和大
气接触。尽管开始可以很快吸热，但当管内温度达
将式（４）作线性处理，两边取自然对数，可得：
１酊ｎ５＝ｌｎＡ＋ｐｌ凹＋９１矗＋Ｑ。。侬·ｒ
（５）
研究表明，静态再结晶激活能Ｑ僦主要受材
料自身因素的影响，与变形条件几乎没有关系。由
式（５）可知，１ｎ‰与１僧呈线性关系．直线斜率即
为ｐ。／Ｒ。利用最小二乘法对实验数据进行回归，
得到ｌｎ％，与１厅之间的关系，由此可以确定９。。
ＡｌＮｆ ｌｌｎ
ｆ ∽
山 Ｕ
ＡｌＮ（１００） Ｉ
ＡｌＮ（１０２）
ｌ
Ｏ ｌＯ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０
２ａ“ｏ）
图ｌ ＡｌＮ涂层的ＸＲＤ网
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ＸＲＤ ｐａｎｅｍ ｏｆ ＡｌＮ ｃｏａｔｉＩｌｇ
零
兰 莹
ｇ Ｕ
ＤｉｓｔａＩｌｃｅ ｆｏｒｍ ｓｕｒ角ｃｅ／“ｍ
图２ ＡｌＮ涂层的成分分布
的、具有太阳能吸收功能的氮化铝（ＡｌＮ）涂层。借助空晒和闷晒试验考察其光热转化效率。结果表明，应用真空离 子氮化工艺制备的太阳能吸收涂层具有优良的太阳能吸收性能，这种集热管具有较好的光热转换性能。
关键词：太阳能吸收涂层；氮化铝；铝合金；离子氮化
中图分类号：ＴＧｌ５６．８２
文献标识码：Ａ
文章编号：ｌ００１．３８１４（２００９）２２－０１００—０２
材料热处理技术镕Ｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｎｎｅｎｔ
●表面改性技术●
２００９年１１月
一种新型太阳能吸收涂层的制备方法 及其性能研究
陟成刚，范爱兰，秦林，唐宾 （太原理工大学表面工程研究所，山西太原０３００２４）
摘要：应用真空离子氮化工艺对Ｕ砣１（３Ａ２１）铝合金管进行氮化处理，铝管表面可生成一层成分梯度变化
图ｌ为其ｘ】ｍ图谱。可知ＡｌＮ涂层由六方结构
化合物ＡｌＮ构成，表明在进行真空离子氮化过程 中．在低温等离子环境中，铝合金试样表面钝化层 被溅射并活化，氮吸附于铝材表面。由于铝原子 的最外层电子极不饱和，且满足与氮原子最外层 电子的匹配关系，为强氮化物形成元素．与高温的 铝合金基体易形成铝氮化合物。采用Ｓ口ｅｃ仉眦 ＧＤＡ７５０辉光放电光谱仪测试ＡｌＮ改性层中元 素含量及分布。结果如图２所示。表明ＡｌＮ改性 层中氮元素和铝元素的含量呈梯度分布．有利于 得到梯度渐变的ＡｌＮ．Ａｌ太阳能吸收表面。
导？＇／’…１０。４Ｄ－
固３变形温度与５０％再结晶时间的关系
Ｆｉｇ．３ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔ、ｖｅｃｎ ｄｅｆｏ肋ａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｍｔ哪
柚ｄ ５０％ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ
耐候钢静态再结晶激活能。为制定耐候钢热轧双
相化工艺奠定理论基础。
参考文献：
［１】 王传雅，戚正风．耐候钢的化学成分和性能［Ｊ】．特殊钢，
通讯作者：范爱兰（１９７０一），女，山西孝义人，讲师，博士，研究方向为 金属表面改性；电话：０３５１．６０１０５４０：
Ｅ－ｍａｉｌ：胁ａｉｌ跏＠ｔ）呲．ｃｄｕ．ｃｎ
１ 试管制备
１．１材料
ＬＦ２１（３Ａ２１）铝合金管，直径３２ｍｍ，长７５０ｎｕｎ，
壁厚２ｍｍ，成分及物理性能分别见表ｌ和表２。
表ｌ ＬＦ２１（３Ａ２１）铝合金化学成分（质量分数，％） Ｔａｂ．１ Ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａＩ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ３Ａ２ｌ Ａｌ ａｎｏｙ（ｗｔ’％）
１９９７，（１）：１３·１９．
【２】 樊云昌，丁占来，齐海波．双相钢及其在铁路客、货车辆上
的应用前景【Ｊ】．石家庄铁道学院学报，１９９９，（３）：５７—６０．
【３】 Ｙａｄａ Ｈ．Ａｎ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ“黟ａｉｎ ｒｅｆｍ锄蹦ｔ ｏｆ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ卧Ｆｏｍ睁ＴｉｔａＩｌｉ啪Ｖ锄ｄｉ啪Ｉｒ∞∞ｄ Ｓｔｅｅｌ，
发生静态再结晶的难易程度可以用其静态再结晶
激活能ｐ。来判断。通常可以依据软化率曲线中
出现５０％再结晶的时间来确定激活能。静态再结
晶激活能Ｑ。与静态软化率达到５０％的时间‰
之间的关系可以表示为：
叫矿驴ｅＸｐ， ｌ静ｎ ｊ、
（４）
式中。ｓ、叠分别为变形量和变形速率；Ｒ为气体常 数；ｒ为绝对变形温度；Ａ、ｐ、ｑ为常数。
１３：３０
１４：００
１４：３０
Ａ
１９
２ｌ
２２
２４
２５
２５
Ｂ
１９
２８
４０
５６
６２
６５
Ｃ
１９
３０
４２
６５
８０
９５
２．２闷晒试验
取上述Ｂ、Ｃ两支试验用管，分别装满水，按
上述要求安置，观察水温随时间的变化规律，结果
见表４。可看出，经氮化处理的ＬＦ２ｌ铝合金管具
有优良的太阳能的吸收性能和优良的传热性能。
表４闷晒试验（环境温度２７℃）
Ａｂｓｔｌ哺ｃｔ：１ｋ ＡｌＮ ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ａｂｓ唧ｔｉｏｎ ｃｏａｔｉｎｇ ｗａｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｏｎ ＬＦ２ ｌ（３Ａ２ １）ａｌ啪ｉｒＩｉ衄ａｌｌｏｙ ｔＩＪｂｅ ｓⅦ内ｃｅ
ｔｌｌｌ．ｏｕ曲ｐｌａｓｍａ ｎｉｔｒｉｄｉＩｌｇ．ｗｉｍ ｔｈｅ ｈｅｌｐ ｏｆ ｓｔａ印ａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔａ弘ａｔｉｏｎ ｗｉｍｏｕｔ ｗａｔｅｒ ｅｘｐｅｒｉｒｎｃｎｔｓ，也ｅ ｐｈｏｔｏ－ｔｈｅ彻ａｌ
膜，其吸收率≥０．９３，红外发射率占≤０．６，平均热
损Ｕｃｔｏ．９Ｗ／ｍ２℃，真空度≤５×１０－３Ｐａ。
２．１空晒试验
wk.baidu.com
取三支试验用管，一支未经氮化处理的ＬＦ２ｌ
铝合金管，编号为Ａ；一支经离子氮化处理的
ＬＦ２ｌ铝合金管，编号为Ｂ；一支商品化太阳能集
热管，编号为Ｃ。按照太阳能热水器的安装要求．
与地面成５００（太原所在纬度＋１２０），将三根管用软
电阿ｌ牢 １０４ｎ·ｍ
１００℃
２５℃
２５～１００℃
２０℃
２．７３
１００９
１８０．０
２３．２
３．４５
１．２铝管氮化前前期处理 将试管用埘（ＮａｏＨ）＝８％～１０％、温度４０～６０℃
的溶液浸蚀１０～１５ｍｉｎ；用冷水冲洗约２ｍｉｎ；在 体积分数为３０％的稀硝酸溶液中进行中和处 理。试管表面不允许有色斑；用５０～６０℃热水 冲洗２～３ｍｉｎ，并用硬毛刷刷干净；放在１００～ １５０℃干燥箱中烘干约３０ｍｉｎ，待用。
ｃｏ弛ｇ；ＡｌＮ；Ａｌ １【ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒ ｅｎｅ玛ｙ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ
ａ１１０ｙ；ｐＩａｓｍａ ｎｉｔｒｉｄｉｎｇ
太阳能光热转换材料是当今太阳能技术领域 的研究热点。本文对目前市场上热销的太阳能热水 器进行了对比考核，进而提出了一种不同于传统 的磁控溅射方法制备太阳能吸收涂层氮化铝的新 方法［“．即利用离子氮化技术在铝合金管表面制 备一层具有太阳能吸收功能的氮化铝（ＡｌＮ）涂层。 由于铝合金具有优良的导热性，氮化铝涂层将吸 收的太阳能转化为热快速地传递给管内的水，有 望改善传统的玻璃真空集热管导热差、热启动慢 这一难题刚，提高太阳能的综合利用效率。
Ｔａｂ．４ Ｓｔａｇｎａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ
温度／卜 、＼＼时间 １２：００
１２：３０
１３：００
１３：３０
１４：ＯＯ
１４：３０
Ｂ
２７
３５
４９
６３
６８
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Ｃ
２７
３８
５０
７０
８５
９５
蠡棠曩囊銎警套馨曩翌耋蛊；爵嚣喜喜窆
管外层缺少真空保温层阻止热量的对外散失，但 由于管内的水吸收了很多热量，且水的比热较大， 对外传热程度显著降低，在不太高（下转第３５页）
恤ｎｓｆｏ肋ａｔｉｏｎ ｅ舾ｃｉｅｎｃｙ ｏｆ Ａ１Ｎ ｃｏａｔｉｎｇ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｃｄ．弛ｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ １１１ａｔ ｔｈｅ ＡｌＮ ｃｏａｔｉｌｌｇ ｈａｓ ｅｘｃｅｌｌ朗ｔ
ｅｎ咧ａｎｄ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｆｏｒ ｓｏｌａｒ
ｂｅｔｔｃｒ ｐｈｏｔｏ—ｔｈｅｍａｌ舰ｎｓｆｏ肌ａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ＡｌＮ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ａｂｓｏｒｂｉｎｇ Ｃｏａｔｉｎｇ
ＺＨＩ Ｃｈｅｎｇｇａｎｇ，ＦＡＮ Ａｉｌａｎ，Ｑ州Ｌｉｎ，ＴＡＮＧ Ｂｉｎ
作ｅｓｅ龇ＩＩｌ加砒￡ｅ酽ｓ＂咖ｅ Ｅ画聊ｅ＾％唰”姗‰西ｅ倦渺矿死ｃ＾加ｆｏ跏撕呦０３００２４，饥ｉ呦
到一定温度后（显著高于外部环境温度时），铝合
金管内外产生较大的温度差，对外传热开始加剧。
此后，铝合金管内的温升明显变缓，水温未能达到
商业真空集热管最高温度。
表３空晒试验（环境温度１９℃）
Ｔａｂ．３ Ｓｔａｇｎａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｗｉｔｈｏｕｔ ｗａｔｅｒ
温度／八 、＼时间 １２：ＯＯ
１２：３０
１３：ＯＯ
１９８９，２（３）：２ｌ－２８．
［４】Ｌａ硒ｒａｏｕｉ Ａ， Ｊ０ｎ勰 Ｊ Ｊ．Ｐｆｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔ铷ｐ蹦ｌｎ胛
ｍｉｃｒｏｓ仃ｕｃｔｕｒｅ“ｎｇ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ， ｆｌｏｗ ｓｈ＿ｅｓｓ 趴ｄ
ｔｌｌｅ
ｍｕｌｔｉ巾鹤ｓ ｈｏｔ ｒｏｌｌｉｎｇ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｃ瓶ｄ ｓ砸ｐ【Ｊ】．１ＳＵ Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ。１９９ｌ，３ｌ（１）：９５一１０５． 【５】Ｈｏｄｇｓｏｎ Ｐ Ｄ．Ｍｏｄｃｌｓ ｏｆ ｎ地静ｃｒｙｇｔａｌｌｉｓａｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｃ－Ｍｎ ａｎｄ ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｅｄ ｓｔ∞Ｉｓ ｄｌｍｎｇ ｌｌｏｔ ｗｍ．ｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ 【Ｊ】．Ｍａｔ商ａｌｓ Ｆｏｎｌｍ。１９９３，（１７）：４０３－４０８． 【６】 孙彬斌，贾志伟，张红梅，等．Ｃ．Ｓｉ—Ｍｎ系双相钢静态软化 行为的研究［Ｊ】．热加工工艺，２００７，３６（１０）：２ｌ－２４． 【７】 陈哗． 变形奥氏体静态软化行为的研究哪． 山东冶金， ２００７，２９（６）：４９．５１．田
１∞ 万方数据
ＨＯｔ Ｗｏｒｋｊｎｇ ＴｅｃｌｌＩｌｏｌｏｇｙ ２００９，Ｖ０１．３８，Ｎｏ．２２
下半月出版
Ｍａｔｅｆｉａｌ＆Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｎｌｅｎｔ§材料热处理技术
１．３铝管离子氮化工艺 将试管两端封住，平放在ＬＤｌ５０离子氮化炉
炉内Ｔ装架上，氮化工艺参数为：电压６００Ｖ．电 流２０Ａ，气压２００Ｐａ，氮气流速０．６ｍⅦ，３５０℃保 温２ｈ后缓冷出炉。 １．４氮化铝涂层成分测试
收稿日期：２００８．０９．１９ 基金项目：山西省留学回国人员科研项目ｒ２００６．２７）；太原市科技项
目大学生创新创业专项资助项目（０８１２２０９０）； （０８１２２０６８） 作者简介：陟成刚（１９８卜），男，河南固始人，硕士研究生。研究方向为 有色金属材料表面改性；电话：０３５１．６０１０５４０：
Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｃｇ．３＠ｔ锄．ｃｏｍ
（上接第１０ｌ页）的温度时，可表现出较好的光热 转化性能。
３结论
（１）应用离子氮化工艺可在ＬＦ２ｌ（３Ａ２１）铝合 金管表面生成一层具有太阳能吸收功能的氮化铝 （ＡｌＮ）涂层，且工艺简单成熟。
《热加工工艺》２００９年第３８卷第２２期
ｌＯｌ
万方数据
下半月出版
Ｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｈｅａｔ Ｔｒｅａ仃ｎｅｎｔｌ材料热处理技术
若以产生Ｘ产０．５的再结晶分数所需的时间
‰来代替式中的Ｋ，可得：
『
ｎ１
置＝ｌ—ｅＸｐＩ—ｌｎ２ｆ上１ Ｊ
（３）
Ｌ
、丁ｎ５ ｆ Ｊ
在同等变形条件下．Ｃｕ．Ｐ—Ｃ卜Ｎｉ．Ｍｏ耐候钢
图３中直线的斜率即为Ｃｕ—Ｐ．Ｃｒ＿Ｎｉ．Ｍｏ耐候钢的
静态再结晶激活能ｐ。，其值为２５６蛆，ｍｏｌ。
４结论
（１）给定应变速率条件下，变形温度越高，静 态再结晶越易进行：道次间隔时间越长，静态再结 晶进行得越充分。
（２）采用后插法计算了不同真应变条件下的静态 软化率：并对其进行回归分析，得到Ｃｕ．Ｐ．Ｃｒ－Ｎｉ．Ｍｏ
Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ＡＩＮ ｃｏａｔｉｌｌｇ
２光热转化性能对比测试
本试验是通过与市场上销售的太阳能产品对 比。间接对比测试了利用离子氮化工艺制备的太 阳能吸收涂层氮化铝的光热转化效率。对比商
业化集热元件一真空管技术参数规格：１２００ｍｍ×
４７１１１Ｉｎ，表面涂层为Ａ１．Ｎ／Ａｌ真空溅射选择性镀
Ｓｉ
Ｆｅ
Ｃｕ
Ｍｎ
Ｍｇ
Ｚｎ
Ｔｉ
Ａｌ
０．６
Ｏ．７
Ｏ．２０ １．Ｏ～１．６ Ｏ．０５ Ｏ．１０
Ｏ．１５ 余量
表２ ＬＦ２ｌ（３Ａ２１）铝合金的物理性能
Ｔａｂ。２ Ｔｈｅ ｐｈｙｓｊｃｓ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ３Ａ２１ ＡＪ ａＵｏｙ
密度
比热容
导热系数 线膨胀系数
／（ｇ·锄勺 ／（Ｊ·ｋ∥·Ｋ。） ／（Ｗｍ。·艮１） ／（ｘｌＯ。６Ｋ。１）
橡胶塞密封，放置在阳光充足的室外。观察水温随
时间的变化，结果见表３。可看出。未经氮化处理
的ＬＦ２１铝合金管基本不具有太阳能的吸收性
能，经氮化处理的ＬＦ２１铝合金管则表现出良好
的太阳能的吸收性能。与成品太阳能集热管相比， 由于铝合金管外层没有真空保温装置。直接和大
气接触。尽管开始可以很快吸热，但当管内温度达
将式（４）作线性处理，两边取自然对数，可得：
１酊ｎ５＝ｌｎＡ＋ｐｌ凹＋９１矗＋Ｑ。。侬·ｒ
（５）
研究表明，静态再结晶激活能Ｑ僦主要受材
料自身因素的影响，与变形条件几乎没有关系。由
式（５）可知，１ｎ‰与１僧呈线性关系．直线斜率即
为ｐ。／Ｒ。利用最小二乘法对实验数据进行回归，
得到ｌｎ％，与１厅之间的关系，由此可以确定９。。
ＡｌＮｆ ｌｌｎ
ｆ ∽
山 Ｕ
ＡｌＮ（１００） Ｉ
ＡｌＮ（１０２）
ｌ
Ｏ ｌＯ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０
２ａ“ｏ）
图ｌ ＡｌＮ涂层的ＸＲＤ网
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ＸＲＤ ｐａｎｅｍ ｏｆ ＡｌＮ ｃｏａｔｉＩｌｇ
零
兰 莹
ｇ Ｕ
ＤｉｓｔａＩｌｃｅ ｆｏｒｍ ｓｕｒ角ｃｅ／“ｍ
图２ ＡｌＮ涂层的成分分布
的、具有太阳能吸收功能的氮化铝（ＡｌＮ）涂层。借助空晒和闷晒试验考察其光热转化效率。结果表明，应用真空离 子氮化工艺制备的太阳能吸收涂层具有优良的太阳能吸收性能，这种集热管具有较好的光热转换性能。
关键词：太阳能吸收涂层；氮化铝；铝合金；离子氮化
中图分类号：ＴＧｌ５６．８２
文献标识码：Ａ
文章编号：ｌ００１．３８１４（２００９）２２－０１００—０２
材料热处理技术镕Ｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｎｎｅｎｔ
●表面改性技术●
２００９年１１月
一种新型太阳能吸收涂层的制备方法 及其性能研究
陟成刚，范爱兰，秦林，唐宾 （太原理工大学表面工程研究所，山西太原０３００２４）
摘要：应用真空离子氮化工艺对Ｕ砣１（３Ａ２１）铝合金管进行氮化处理，铝管表面可生成一层成分梯度变化