带钢镀膜方法及其系统技术方案

本发明专利技术提供一种带钢镀膜方法，该方法主要包括：ａ）带钢开卷后，进入等离子环境中进行表面清洗和表面活化的前处理；ｂ）前处理后的带钢进入真空镀膜单元，采用物理气相沉积工艺实现镀膜。此外，本发明专利技术还提供相应的带钢镀膜系统。使用本发明专利技术的方法和系统，可以实现环保的生产工艺，整个生产过程中没有废水、废酸、废碱的排放；整条线工艺紧凑，前处理和镀膜单元只需传统电镀、热镀约１／２－１／３的空间需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及实现带钢镀膜工艺的方法，以及使用该方法的带钢镀膜系统。
技术介绍
通常的带钢镀膜工艺，如镀锌、彩涂等都需要化学前处理工艺。环保 性带钢处理和镀膜工艺会是今后钢铁生产工艺的一个研发重点。化学前处 理通常涉及到酸、碱及废水等，环保性比较差，工序的所需空间很大 具有良好表面性能的钢板是汽车、建筑和家电行业的关键材料。 现有的带钢镀膜技术主要包括热镀锌、电镀锌、电镀锡、彩涂等镀膜 工艺。通常还包括化学前处理和磷化、钝化、耐指纹镀膜等前后处理工序。 化学前处理工序的主要目的是去除前道工序所带来的油脂、杂质和表面氧 化皮等，给镀膜工序提供新鲜、清洁的镀膜表面，通常使用酸碱进行处理，根据带钢速度的不同，通常需要30-40米左右的长度，所需空间较大；镀 膜单元通常也需要几十米的距离； 一般情况下，现有镀膜工艺整条机组的 长度都在200米左右，所需的空间较大。从环保的角度来讲，现有的化学 前处理、镀膜工艺、后处理工艺都涉及到酸碱、废水的处理，虽然通过酸 碱的循环利用、减少废水的排放减少对环境的影响，但是不能从根本上解 决环保的问题。近些年来，市场对具有较好表面性能钢板的需求不断增长，同时，用 户对涂镀层产品的性能要求也越高越高。用户希望涂镀层产品不仅能满足 耐腐蚀、环保相容性、优良的可加工性和表面光学性能，还能具有装饰性、 抗涂写性、易清洁、耐磨损、耐指纹、隔音、抗划痕等性能；用户要求涂 镀层越来越薄，综合性能越来越好。传统的磷化、铬化、电镀和热镀技术 经过多年发展，已经进入成熟期，同时由于其固有的局限性，未来发展的 空间有限。比如在可镀物质上，热镀技术仅限定在低熔点金属，电镀仅限 于水溶体系，难以制备多功能的钢板涂镀层产品，且对环境都有一定的影响。与此同时，各行业对环保要求日益增加，比如家电和汽车行业要求去除Cr、 Pb、 Cd、 Hg等对人体有害的元素，以满足行业标准。激烈的市场竞争要求钢板涂镀层用户减少工业生产线的能耗、提高材料的利用率，大 幅度减少实现单项功能所需的成本，上述要求难以通过传统生产线的优化 改造实现。因此，空间大、不环保、功能单一是目前带钢镀膜工艺所面临的主要 问题。等离子处理工艺被认为是最环保的一种处理工艺，比如辉光放电。为 了发生和保持辉光，需要一定的电极电压，并保持一定的真空度。真空获 得需要一定的等待时间，真空稳定保持需要手动或自动的复杂的控制系 统，其设备和运行维护费用昂贵。尤其是对于辉光放电必须保持恒定的真 空度，因为清洗效果很大程度上取决于压力。如果常压下等离子能完成带 钢清洁表面和活化的工作，将会大幅度降低成本。工业上，常压等离子工 艺通常用于表面活化、产生臭氧和颗粒的电荷加载，但是也可以作为表面 清洁、功能化表面工具。常压介质放电可以对钢板表面进行精细的清洁， 比如去除表面有机污染物，同时也可以作为下部工序的活化歩骤。真空镀膜作为表面改性和镀膜工艺，已经在电子、玻璃、塑料等行业 得到了广泛的应用。真空镀膜技术主要优点在于其环保、良好的薄膜性能 和可镀物质的多样性。可以作为带钢镀膜的环保、多功能工艺，已经进行了很多研发，但是大多采用传统的化学前处理，前处理段很长，虽然真空镀膜段很环保，但是前处理没有实现环保理念。 以下是相关现有技术的参考文献，合并于此作为参考。l.Kagechika, H. and H. Kibe, NIPPON KOKAN KK <NKK〉, CORROSION-RESISTING PLATED STEEL SHEET, JP: 62109966， 19872.Isaki, T. and M. Yoshida， NIPPON STEEL CORP， ZINC ALLOY PLATED STEEL SHEET EXCELLENT IN PLATING ADHESION AND CORROSION RESISTANCE, JP: 7003436, 1995
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种环保、紧凑、多功能的带钢镀膜方法。该 方法将常压等离子前处理和真空镀膜相结合，可以大大减少工艺段的长 度，提高环保和灵活性。可以不光实现环保的化学前处理，环保及多功能 的镀膜工艺，同时整条线的长度控制在100米以内。本专利技术提出釆用常压真空等离子处理作为带钢镀膜前处理工艺，采用 PVD技术作为带钢镀膜工艺，实现环保、紧凑和多功能型镀膜工艺。该工 艺步骤如下第一步带钢开巻后，进入常压等离子环境中进行表面清洗和表面活 化。产生等离子的气体可以是氧气、氮气、氢气、氩气或者是这几种气体 的组合。第二步通过真空隧道或者其他真空密封装置，进入真空镀膜单元， 采用物理气相沉积(PVD)工艺实现镀膜。然后通过真空隧道，离开真 空室，闭巻。通过上述两个步骤可以实现在碳钢(包括镀锌板)、不锈钢板、有机 涂层金属板上实现环保、多功能镀膜，整条线比较紧凑，长度控制在l 0 0米以内。每一步中的特征、关键内容描述如下第一步中，可选用DBD (介质层阻挡放电，也被成为电晕放电)作为 常压等离子前处理工艺。在两个电极间加上交流电，介电层或者绝缘层阻 挡了电流，就会产生介电放电。介质放电通常由一定量的寿命很短(约10ns)的丝状放电组成。平均的气体温升在几度之间，尤其适用于处理一 些对温度敏感的基板。通过控制过程工艺参数，实现均匀、高速的表面处 理，可以把传统需要3 0 — 4 O米的化学前处理工艺减少到1 O米左右。 在介电放电过程中，表面上积累的杂质可以通过放电产生的UV照射 进行光化学反应分解去除，或者通过介电层产生的等离子颗粒进行的等离 子化学反应。根据介电层设计的不同，可以同时进行等离子化学反应和 UV光化学反应。介电放电系统的优越性在于1.可以在最大10bar的范围内运行，即 可以在大气压下进行。清洗过程可以在抽真空时开始，直到真空度足够高 以保持放电(大于0.5mbar)，这样清洗过程和镀膜过程所需的时间縮短。时间縮短大约25 — 30%。同时不需要额外的真空室，从而经济性提高。分解出的气体被抽出，防止返回到清洁后的基板表面。第二步中物理气相沉积有可以选用多种不同的类型，如热蒸发、磁控溅射、电 子束蒸发等，为了提高结合力和薄膜质量，可以同时集成等离子增强设备。热蒸发是利用某种加热技术将镀层材料加热，产生蒸汽，通过窄缝喷 射到基体表面，沉积成膜。热蒸发工艺适用于低熔点金属，如锌、镁等加 热系统由温度控制，从而保持稳定的状态，在沉积时间内保证连续、稳定 的镀膜条件。通过喷射口和坩埚的优化设计，保证在带钢宽度上的镀层厚 度误差在许可范围内。磁控溅射是用离子轰击靶材表面，溅射出的原子沉积到基体表面成 膜。如果气相中仅含有惰性气体，如氩等，沉积出来薄膜的成分与靶材的 成分相同。通过引入其他反应性气体，可以生成各种成分的薄膜。比如， 引入氧气，可以形成各种氧化物。薄膜的组织结构在很大程度上取决于过 程的工艺参数，如靶材，气相组成和过程压力等。磁控溅射镀膜设备主要 由耙和磁场系统组成。由于电子束蒸发能够高速蒸发各种高低熔点的金属和氧化物，因此早在80年代就被日本首先选作连续带钢镀膜工艺。但是由于当时电子束枪的限制和研发目标的局限，没有实现大规模工业化生产。随着电子束枪技 术的发展，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带钢镀膜方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：　ａ）带钢开卷后，进入等离子环境中进行表面清洗和表面活化的前处理；　ｂ）前处理后的带钢进入真空镀膜单元，采用物理气相沉积工艺实现镀膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨立红，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]