用于真空沉积的设备及方法技术

本发明专利技术涉及一种真空沉积设备(1)，其用于在行进的基材(S)上连续沉积由包含主元素和至少一种附加元素的金属合金形成的涂层，该设备包括真空沉积腔室(2)和用于使基材(5)行进穿过腔室的器件，其中，设备还包括：‑蒸气喷射涂覆器(3)，‑蒸发坩埚(4)，该蒸发坩埚(4)适于向蒸气喷射涂覆器供给包含主元素和至少一种附加元素的蒸气，‑再充料炉(9)，该再充料炉(9)适于向蒸发坩埚供给熔融态的主元素并且能够保持蒸发坩埚中恒定的液位，‑供给单元(11)，供给单元(11)适于供给固态的至少一种附加元素，并且适于向蒸发坩埚无差别地供给熔融态、固态或部分固态的至少一种附加元素。本发明专利技术还涉及一种在行进的基材上连续沉积由包含主元素和至少一种附加元素的金属合金形成的涂层的过程。

Equipment and method for vacuum deposition

The present invention relates to a vacuum deposition device (1) for continuously depositing coatings on a moving substrate (S) consisting of a metal alloy containing a main element and at least one additional element. The device comprises a vacuum deposition chamber (2) and a device for passing the substrate (5) through the chamber. The device also includes a vapor spray coater (3), evaporation crucible (4), and the evaporation crucible.\uff08 4) Suitable for supplying vapor containing the main element and at least one additional element to the vapor spray coater, refilling furnace (9). The refilling furnace (9) is suitable for supplying the melted main element to the evaporating crucible and can maintain the constant liquid level in the evaporating crucible, At least one additional element is supplied elsewhere in the molten, solid or partially solid state. The invention also relates to a process of continuously depositing a coating formed by a metal alloy comprising a main element and at least one additional element on a moving substrate.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于真空沉积的设备及方法
本专利技术涉及真空沉积设备，该设备用于在基材上沉积由比如锌镁合金的金属合金形成的涂层，所述设备更具体地用于涂覆钢带，但不限于此。本专利技术还涉及涂覆其基材的方法。
技术介绍
已知有用于在比如钢带的基材上沉积由合金构成的金属涂层的各种过程。在这些过程之中，可以提及热浴镀层、电沉积以及比如真空蒸发和磁控溅射的各种真空沉积过程。从WO2008/142222中已知用真空沉积设备在移动的基材上沉积金属合金层，该真空沉积设备包括：声波蒸气喷射涂覆器；蒸发坩埚，该蒸发炉适于向涂覆器供给包含涂层的金属元素的蒸气；以及再充料炉，该再充料炉适于通过气压效应向蒸发坩埚供给熔融的金属合金。这种再充料炉便于生产给定的涂层成分。然而，一旦需要涂料成分的变化，就必须调整再充料炉与蒸发坩埚之间的高度。这可能导致对再充料炉进行大型工程，这在工业上是不合理的。从EP2937442中还已知用真空沉积设备在移动的基材上沉积金属合金层，其中该真空沉积设备包括：声波蒸气喷射涂覆器；蒸发坩埚，该蒸发坩埚供给有在金属合金镀液之上略微熔融的锭。这种供给是受限制的，因为下述两种锭是必需的：一种处于金属合金镀液成分以启动该设备而另一种处于金属合金层成分以在运行功率下补偿蒸发。而且，给定合金成分的这种锭可能难以制造并且成本高昂。此外，锭的熔融速度限制了设备的跟随产线速度变化的能力。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是通过提供如下的用于沉积由金属合金形成的涂层的真空沉积设备以及用于制造覆盖有金属合金层的基材的过程来弥补现有技术的设备和过程的缺点，该真空沉积设备和过程允许在不损害产线容量的情况下灵活地管理金属合金成分的变化。为此目的，本专利技术的第一主题是一种真空沉积设备，该真空沉积设备用于在行进的基材上连续沉积由包含主元素和至少一种附加元素的金属合金形成的涂层，该设备包括真空沉积腔室和用于使基材行进穿过腔室的器件，其中该设备还包括：-蒸气喷射涂覆器，-蒸发坩埚，该蒸发坩埚适于向蒸气喷射涂覆器供给包含主元素和至少一种附加元素的蒸气，-再充料炉，该再充料炉适于向蒸发坩埚供给熔融态主元素并且能够在蒸发坩埚中保持恒定液位，-供给单元，该供给单元适于供给固态的至少一种附加元素，并且适于向蒸发坩埚无差别地供给熔融态、固态或部分固态的至少一种附加元素。根据本专利技术的设备还可以具有下面列出的单独或组合考虑的可选特征：-供给单元包括供给管，-供给管的下端部低于蒸发坩埚中的液位，-蒸发坩埚包括罩，供给管连接在该罩上，-供给管包括锭保持器，该锭保持器在一方面适于在至少一种附加元素被加热时保持至少一种附加元素，并且在另一方面适于将至少一种附加元素释放在蒸发坩埚中，-锭保持器是具有U形横截面的阀，-供给管包括惰性气体入口，该惰性气体入口适于至少在供给管的下部部分提供高于蒸发坩埚中压强的压强，-供给单元包括预热炉，-供给单元包括加热装置，-蒸气喷射涂覆器是声波蒸气喷射涂覆器，-蒸气喷射涂覆器的蒸气的供给通过蒸发管进行，该蒸发管将蒸发坩埚连接在蒸气喷射涂覆器上，-再充料炉置于蒸发坩埚下方并适应于保持在大气压下，-蒸发坩埚的主元素的供给通过管道进行，该管道将再充料炉连接在蒸发坩埚上，-蒸发坩埚包括感应加热器，-再充料炉连接至金属锭供给器件。本专利技术的第二主题是一种用于涂覆基材的过程，该过程包括：-(i)向金属合金镀液供给熔融态主元素，-(ii)加热金属合金镀液上方的固态的至少一种附加元素，并向金属合金镀液无差别地供给熔融态、固态或部分固态的至少一种附加元素，-(iii)蒸发包含主元素和至少一种附加元素的金属合金镀液，-(iv)用包含主元素和至少一种附加元素的蒸气喷射基材，以及-(v)在基材上连续沉积包含主元素和至少一种附加元素的金属合金层。本专利技术的第三主题是一种用于涂覆基材的过程，该过程包括：-(i)蒸发包含主元素和至少一种附加元素的金属合金镀液，-(ii)用包含主元素和至少一种附加元素的蒸气喷射基材，以及-(iii)在基材上连续沉积包含主元素和至少一种附加元素的金属合金层，其中，金属合金镀液在一方面供给有熔融态主元素，并且在另一方面供给有至少部分固态的至少一种附加元素。根据本专利技术的两种过程还可以具有下面列出的单独或组合考虑的可选特征：-蒸气以声速喷射在基材上，-金属合金镀液连续供给有主元素，-连续供给通过气压效应进行，-在加热金属合金镀液上方的至少一种附加元素之前，去除可能存在于至少一种附加元素的表面处的氧化物，-氧化物的去除通过化学抛光进行，-金属合金镀液不连续地供给有至少一种附加元素，-至少一种附加元素呈锭的形式，-通过控制锭的尺寸和/或供给频率使金属合金镀液随时间的推移保持恒定的成分，-金属合金镀液连续供给有至少一种附加元素，-至少一种附加元素呈线材的形式，-通过控制线材的直径和/或供给速度，金属合金镀液随时间的推移保持恒定的成分，-至少一种附加元素的密度低于主元素，-主元素是锌，-至少一种附加元素是镁，-该过程包括通过蒸发具有8％至43％重量的镁含量的锌基金属合金镀液，在所述基材上连续沉积具有0.1％至20％重量的镁含量的锌基金属合金层。显而易见的是，本专利技术基于蒸发坩埚的双重供给，该双重供给在一方面借助于金属合金的主元素的供给在另一方面借助于金属合金的附加元素的供给。具体地，本专利技术利用了：-以熔融状态用于向蒸发坩埚连续供给主元素的供给，同时，-附加元素的非常灵活的供给，其基于可以无差别地保持固态或部分熔融或完全熔融的锭或线材。由于这种双重供给，可以通过调节附加元素的供给频率并且/或者通过调节附加元素的性质非常容易地改变金属合金镀液的成分，并从而改变金属合金层的成分。此外，由于再充料炉的容量及其连续供给蒸发坩埚的能力，产线速度的快速变化是可能的。在下面的描述中将更详细地描述本专利技术的其他特征和优点。附图说明参照图1，通过阅读以下描述将更好地理解本专利技术，该描述仅出于解释的目的提供并且绝不是意在限制性的，图1是根据本专利技术的设备的实施方式的横截面。具体实施方式应当注意的是，如本申请中使用的术语“下”、“下方”等是指当设备安装在真空沉积产线上时设备的不同组成元件的位置和取向。本专利技术的目的是在基材上沉积由包含主元素和至少一种附加元素的金属合金形成的涂层。该目的尤其在于获得锌镁涂层。然而，该过程不限于这些涂层，而是优选包括基于金属合金的任何涂层，该金属合金的元素在镀液温度下具有不超过10％的差异的蒸气压，这是由于这将有助于控制这些元素各自的相对含量。为了给出指示，因此可以提及由作为主元素的锌以及单独或组合考虑的比如铬、镍、钛、锰、镁、硅和铝的附加元素制成的涂层。此外，尽管二元金属合金优选为目标，但不言而喻的是，比如锌镁铝的三元金属合金的沉积或者甚至比如锌镁铝硅的四元合金的沉积也是可以的。金属合金层将优选包含至少50％而且更优选至少80％重量的主元素。在锌镁沉积的情况下，金属合金层将优选包含0.1％至20％重量的镁。低于0.1％时，由镁所提供的耐腐蚀性方面的改进不再是足够的。在另一方面，高于20％时，较高比例的镁会导致金属合金层的过快地消耗并且因此反而导致降低的耐腐蚀性能。在一个优选的实施方式中，金属合金层包含至少0.4％优选地至少2％重量的镁。在一个优选的实施方式中，金属合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真空沉积设备(1)，所述真空沉积设备(1)用于在行进的基材(S)上连续沉积由包含主元素和至少一种附加元素的金属合金形成的涂层，所述设备包括真空沉积腔室(2)和用于使所述基材行进穿过所述腔室的器件，其中，所述设备还包括：‑蒸气喷射涂覆器(3)，‑蒸发坩埚(4)，所述蒸发坩埚(4)适于向所述蒸气喷射涂覆器供给包含所述主元素和所述至少一种附加元素的蒸气，‑再充料炉(9)，所述再充料炉(9)适于向所述蒸发坩埚供给熔融态的所述主元素并且能够保持所述蒸发坩埚中恒定的液位，‑供给单元(11)，所述供给单元(11)适于供给固态的所述至少一种附加元素，并且适于向所述蒸发坩埚无差别地供给熔融态、固态或部分固态的所述至少一种附加元素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.27 IB PCT/IB2016/0544771.一种真空沉积设备(1)，所述真空沉积设备(1)用于在行进的基材(S)上连续沉积由包含主元素和至少一种附加元素的金属合金形成的涂层，所述设备包括真空沉积腔室(2)和用于使所述基材行进穿过所述腔室的器件，其中，所述设备还包括：-蒸气喷射涂覆器(3)，-蒸发坩埚(4)，所述蒸发坩埚(4)适于向所述蒸气喷射涂覆器供给包含所述主元素和所述至少一种附加元素的蒸气，-再充料炉(9)，所述再充料炉(9)适于向所述蒸发坩埚供给熔融态的所述主元素并且能够保持所述蒸发坩埚中恒定的液位，-供给单元(11)，所述供给单元(11)适于供给固态的所述至少一种附加元素，并且适于向所述蒸发坩埚无差别地供给熔融态、固态或部分固态的所述至少一种附加元素。2.根据权利要求1所述的真空沉积设备，其中，所述供给单元(11)包括供给管(12)。3.根据权利要求2所述的真空沉积设备，其中，所述供给管(12)的下端部低于所述蒸发坩埚(4)中的液位。4.根据权利要求2或3中的任一项所述的真空沉积设备，其中，所述蒸发坩埚(4)包括罩(6)，所述供给管(12)连接在所述罩(6)上。5.根据权利要求2或4中的任一项所述的真空沉积设备，其中，所述供给管(12)包括锭保持器(15)，所述锭保持器(15)在一方面适于在所述至少一种附加元素被加热时保持所述至少一种附加元素，在另一方面适于将所述至少一种附加元素释放在所述蒸发坩埚(4)中。6.根据权利要求5所述的真空沉积设备，其中，所述锭保持器(15)是具有U形横截面的阀。7.根据权利要求2至6中的任一项所述的真空沉积设备，其中，所述供给管(12)包括惰性气体入口(13)，所述惰性气体入口(13)适于至少在所述供给管的下部部分中提供高于所述蒸发坩埚(4)中压强的压强。8.根据前述权利要求中的任一项所述的真空沉积设备，其中，所述供给单元(11)包括预热炉。9.根据前述权利要求中的任一项所述的真空沉积设备，其中，所述供给单元(11)包括加热装置(14)。10.根据前述权利要求中的任一项所述的真空沉积设备，其中，所述蒸气喷射涂覆器(3)是声波蒸气喷射涂覆器。11.根据前述权利要求中的任一项所述的真空沉积设备，其中，所述蒸气喷射涂覆器(3)的蒸气的供给通过蒸发管(7)进行，所述蒸发管(7)将所述蒸发坩埚(4)连接在所述蒸气喷射涂覆器(3)上。12.根据前述权利要求中的任一项所述的真空沉积设备，其中，所述再充料炉(9)放置在所述蒸发坩埚(4)下方并且适于保持在大气压下。13.根据前述权利要求中的任一项所述的真空沉积设备，其中，所述蒸发坩埚(4)的主元素的供给通过管道(10)进行，所述管道(10)将所述再充料炉(9)连接在所述蒸发坩埚(4)上。14.根据前述权利要求中的任一项所述的真空沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞尔吉奥·帕切，埃里克·西尔伯贝格，迪米特里·维尔德尔斯，雷米·邦内曼，露西·加乌亚，
申请(专利权)人：安赛乐米塔尔公司，
类型：发明
国别省市：卢森堡,LU