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Thermal oxidation of stainless steel substrate with tunable spectral selectivity: Transition from a reflecting to a highly absorbing Cr–Fe spinel surface
Solar Energy Materials and Solar Cells ( IF 6.3 ) Pub Date : 2021-09-17 , DOI: 10.1016/j.solmat.2021.111381
Pooja Ranganathan , V. Amrutha , Harish C. Barshilia

The conventional methods of obtaining solar selective surfaces for high temperature solar thermal applications involve coating of the substrate by various methods such as physical vapor deposition, plasma spraying, anodization, etc. The present work is an attempt to enhance the optical properties of metals by heat treatment. The oxide layers formed by annealing of stainless steel 304 (SS 304) enhance the absorptance in the solar spectrum region. Influences of oxidation temperature and oxidation time span on the values of solar absorptance and thermal emittance have been studied. The annealing of SS 304 substrate was carried out in air at 600–900 °C. The time period of annealing plays a crucial role in the amount of oxides formed and thus is a variable parameter. The absorptance values obtained with isothermal oxidation at shorter and longer durations have been compared at a temperature of 900 °C. A cyclic loading approach is also employed to arrive at the optimal absorptance of the samples. It is further used to study the dependency of solar absorptance on the reaction kinetics with respect to varying oxidation time. Under the optimized annealing conditions, heat-treated SS 304 sample exhibited an absorptance of 0.920 and an emittance of 0.37. A plausible model for the high optical absorption in these oxidized surfaces with relatively low thermal emittance is rationalized. High temperature materials such as Inconel and Nimonic have also been subjected to isothermal annealing and the absorptance values were found to be 0.887 and 0.880, respectively.



中文翻译:

具有可调光谱选择性的不锈钢基材的热氧化:从反射到高吸收 Cr-Fe 尖晶石表面的转变

获得用于高温太阳能热应用的太阳能选择性表面的常规方法包括通过各种方法如物理气相沉积、等离子喷涂、阳极氧化等对基板进行涂层。目前的工作是尝试通过加热来提高金属的光学性能治疗。通过不锈钢 304 (SS 304) 退火形成的氧化层增强了太阳光谱区域的吸收率。研究了氧化温度和氧化时间跨度对太阳能吸收率和热辐射率值的影响。SS 304 基材的退火在 600-900 °C 的空气中进行。退火时间对形成的氧化物数量起着至关重要的作用,因此是一个可变参数。已经在 900 °C 的温度下比较了在较短和较长持续时间下通过等温氧化获得的吸收率值。还采用循环加载方法来达到样品的最佳吸收率。它进一步用于研究太阳吸收率对不同氧化时间的反应动力学的依赖性。在优化的退火条件下,热处理后的 SS 304 样品的吸收率为 0.920,发射率为 0.37。在这些具有相对低热发射率的氧化表面中的高光吸收的合理模型被合理化。Inconel 和 Nimonic 等高温材料也经过等温退火,吸收率值分别为 0.887 和 0.880。还采用循环加载方法来达到样品的最佳吸收率。它进一步用于研究太阳吸收率对不同氧化时间的反应动力学的依赖性。在优化的退火条件下,热处理后的 SS 304 样品的吸收率为 0.920,发射率为 0.37。在这些具有相对低热发射率的氧化表面中的高光吸收的合理模型被合理化。Inconel 和 Nimonic 等高温材料也经过等温退火,吸收率值分别为 0.887 和 0.880。还采用循环加载方法来达到样品的最佳吸收率。它进一步用于研究太阳吸收率对不同氧化时间的反应动力学的依赖性。在优化的退火条件下,热处理后的 SS 304 样品的吸收率为 0.920,发射率为 0.37。在这些具有相对低热发射率的氧化表面中的高光吸收的合理模型被合理化。Inconel 和 Nimonic 等高温材料也经过等温退火,吸收率值分别为 0.887 和 0.880。它进一步用于研究太阳吸收率对不同氧化时间的反应动力学的依赖性。在优化的退火条件下,热处理后的 SS 304 样品的吸收率为 0.920,发射率为 0.37。在这些具有相对低热发射率的氧化表面中的高光吸收的合理模型被合理化。Inconel 和 Nimonic 等高温材料也经过等温退火,吸收率值分别为 0.887 和 0.880。它进一步用于研究太阳吸收率对不同氧化时间的反应动力学的依赖性。在优化的退火条件下,热处理后的 SS 304 样品的吸收率为 0.920,发射率为 0.37。在这些具有相对低热发射率的氧化表面中的高光吸收的合理模型被合理化。Inconel 和 Nimonic 等高温材料也经过等温退火,吸收率值分别为 0.887 和 0.880。

更新日期:2021-09-17
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