BR112020025035A2

BR112020025035A2 - método para depositar continuamente, sobre um substrato passante, revestimentos formados a partir de pelo menos um metal, substrato metálico e instalação de deposição a vácuo

Info

Publication number: BR112020025035A2
Application number: BR112020025035-0A
Authority: BR
Inventors: Eric Silberberg; Sergio PACE; Rémy BONNEMANN
Original assignee: Arcelormittal
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2021-03-23
Also published as: KR102486851B1; US20210230736A1; JP7219780B2; RU2755327C1; MX2020013546A; CA3103071C; WO2019239185A1; JP2021526589A; US11492695B2; KR20210008071A; EP3807438A1; CA3103071A1; CN112262226B; ZA202007535B; MA52865A; CN112262226A; WO2019239228A1

Abstract

A presente invenção se refere a um método para depositar continuamente, sobre um substrato em movimento, revestimentos formados a partir de pelo menos um metal dentro de uma instalação de deposição a vácuo que compreende uma câmara de vácuo; um substrato revestido com pelo menos um metal em ambos os lados do substrato tendo uma espessura média, em que o revestimento é depositado homogeneamente de modo que a espessura máxima do revestimento pode exceder a espessura média de 15% no máximo e uma instalação de deposição a vácuo.

Description

“MÉTODO PARA DEPOSITAR CONTINUAMENTE, SOBRE UM SUBSTRATO PASSANTE, REVESTIMENTOS FORMADOS A PARTIR DE PELO MENOS UM METAL, SUBSTRATO METÁLICO E INSTALAÇÃO DE DEPOSIÇÃO A VÁCUO” CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a um método para depositar continuamente, sobre um substrato, revestimentos formados de metal ou ligas metálicas. A presente invenção também se refere a uma instalação de deposição a vácuo usada neste método.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Vários processos para a deposição de revestimentos metálicos, eventualmente compostos de ligas, sobre um substrato, como uma tira de aço, são conhecidos. Entre estes, podem ser mencionados o revestimento por imersão a quente, a eletrodeposição e, também, os diversos processos de deposição a vácuo, como a evaporação a vácuo e a pulverização catódica por magneto.

[003] É conhecido a partir do documento WO 97/47782 um método para o revestimento contínuo de um substrato de aço em que uma pulverização de vapor metálico, impulsionado a uma velocidade superior a 500 m/ s, entra em contato com o substrato. O método de deposição é denominado deposição por jato de vapor.

[004] O documento EP 2 048 261 divulga um gerador de vapor para a deposição de um revestimento sobre um substrato metálico, e compreende uma câmara de vácuo sob a forma de um invólucro equipado com uma unidade para assegurar um estado de depressão em relação ao ambiente externo e uma unidade que permite a entrada e saída do substrato. O invólucro compreende uma cabeça para deposição de vapor e um ejetor para criar um jato de vapor de metal na velocidade sônica na direção de e perpendicular à superfície do substrato. O ejetor é conectado de forma vedada a um cadinho por um tubo de alimentação. O cadinho contém uma mistura de metais na forma líquida e está localizado fora da câmara de vácuo e alimentado por bombeamento ou por efeito barométrico do fundido obtido em um forno de fusão colocado à pressão atmosférica. Uma unidade é disposta para regular o fluxo, pressão e/ ou velocidade do vapor de metal no ejetor. A unidade de regulação compreende uma válvula proporcional tipo borboleta e/ ou um dispositivo de queda de pressão disposto no tubo. O ejetor compreende uma fenda longitudinal como colar sônico para saída de vapor se estendendo em toda a largura do substrato e um meio de filtro sinterizado ou um corpo de perda de pressão para padronizar e corrigir a velocidade do vapor que sai do ejetor.

[005] No documento EP 2 048 261, de preferência, o gerador compreende um meio para ajustar o comprimento da fenda longitudinal do ejetor à largura do substrato. Em particular, é divulgado um sistema simples para ajustar a fenda de jato de vapor à largura da tira por rotação do ejetor em torno de seu eixo. Assim, as bordas do jato de vapor e as bordas do substrato estão no mesmo plano, ou seja, as distâncias entre as bordas do jato de vapor e as bordas do substrato são iguais a 0 mm. O gerador pode compreender dois ejetores localizados em ambos os lados do substrato metálico.

[006] Porém, com a utilização desse gerador, existe o risco de que, durante o processo de deposição, os vapores metálicos sejam depositados de forma heterogênea no substrato metálico. Na verdade, foi observado que os vapores também tendem a se acumular em algumas áreas do substrato metálico, por exemplo, nas bordas do substrato.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[007] O objetivo da presente invenção é portanto proporcionar um método de deposição de revestimentos sobre um substrato passante em que os vapores de metal são homogeneamente depositados em ambos os lados do substrato metálico.

[008] Isto é conseguido pelo fornecimento de um método de deposição de revestimentos sobre um substrato passante de acordo com a reivindicação 1. O método também pode compreender qualquer característica das reivindicações 2 a 13.

[009] A invenção também cobre um substrato revestido de acordo com as reivindicações 14 a 16.

[0010] A invenção também cobre uma instalação de vácuo de acordo com as reivindicações 17 ou 18.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0011] Para ilustrar a invenção, várias formas de realização e ensaios de exemplos não limitantes serão descritos, particularmente com referência à seguinte Figura.

[0012] A Figura 1 ilustra uma vista superior de um substrato revestido com dois ejetores de vapor no interior de uma instalação de deposição por vácuo de acordo com a presente invenção.

[0013] A Figura 2 ilustra uma vista superior de um substrato revestido com dois ejetores de vapor no interior de uma instalação de deposição por vácuo de acordo com o estado da técnica.

[0014] A Figura 3 ilustra uma vista lateral de um substrato revestido com dois ejetores de vapor no interior de uma instalação de deposição por vácuo de acordo com a presente invenção.

[0015] A Figura 4 ilustra um exemplo de um ejetor de vapor ejetando um vapor metálico de acordo com a presente invenção.

[0016] A Figura 5 ilustra uma vista lateral de um substrato revestido com dois ejetores de vapor no interior de uma instalação de deposição por vácuo de acordo com a forma de realização preferida.

[0017] Outras características e vantagens da invenção se tornarão evidentes a partir da seguinte descrição detalhada da invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0018] A invenção se refere a um método para depositar continuamente, em um substrato passante, revestimentos formados a partir de pelo menos um metal dentro de uma instalação de deposição a vácuo, em que o método compreende: - uma etapa na qual, na referida câmara de vácuo, um vapor metálico é ejetado através de pelo menos dois ejetores de vapor, em direção a ambos os lados do substrato passante e uma camada de pelo menos um metal é formada em cada lado por condensação de vapores ejetados, o pelo menos dois ejetores de vapor voltados um para o outro sendo localizados em ambos os lados do substrato e sendo posicionados respectivamente com um ângulo α e α’, estando entre o ejetor de vapor e o eixo A perpendicular à direção de passagem do substrato, o eixo sendo no plano do substrato, α e α’, ambos satisfazendo a seguinte equação: (D1 + D2) + Le sen α + We cos α = Ws, e (D1 + D2) + Le sen α′ + We cos α′ = Ws - α e α’ α em valor absoluto estando acima de 0°; - D1 e D2 sendo a menor distância entre ejetores e cada borda do substrato ao longo do eixo (A), Ws sendo a largura do substrato, D1 e D2 sendo acima de 0 mm; e - os referidos ejetores de vapor tendo uma forma alongada e compreendendo uma fenda e sendo definidos por um comprimento de fenda Le e uma largura de fenda We, os referidos ejetores de vapor tendo o mesmo eixo de rotação.

[0019] Sem querer estar limitado por qualquer teoria, acredita-se que com o método de acordo com a presente invenção, é possível obter um revestimento com uma espessura homogênea. De fato, os inventores descobriram que os pelo menos dois ejetores de vapor devem ser posicionados respectivamente com um ângulo específico α e α’, de modo que os vapores de metal sejam ejetados quase sem perda. Quando α e α’ satisfazem a equação, a trajetória do vapor metálico ejetado é bem controlada para ser depositado em toda a superfície de ambos os lados do substrato metálico. Assim, o rendimento do vapor metálico depositado é altamente melhorado. Além disso, o vapor de metal é depositado homogeneamente em ambos os lados do substrato em movimento, resultando em um revestimento de espessura constante.

[0020] Com referência à Figura 1, a instalação (1) de acordo com a invenção compreende primeiro uma câmara de vácuo (2) e um meio para passar o substrato através da câmara. Esta câmara de vácuo (2) é uma caixa hermeticamente selável, de preferência mantida a uma pressão entre 10 -8 e 10-3 bar. Ela tem uma fechadura de entrada e uma fechadura de saída (estas não são mostradas) entre as quais um substrato (S), como por exemplo uma tira de aço, pode passar ao longo de um determinado caminho (P) em uma direção de passagem.

[0021] Os pelo menos dois ejetores de vapor (3, 3’) ejetam vapores metálicos em velocidade sônica em ambos os lados do substrato passante.

Ambos os ejetores de vapor são posicionados, respectivamente, com um ângulo α e α’ entre o ejetor de vapor e o eixo A perpendicular à direção de passagem do substrato, o eixo estando no plano do substrato, α e α’, ambos satisfazendo as seguintes equações: (D1 + D2) + Le sen α + We cos α = Ws, e (D1 + D2) + Le sen α′ + We cos α′ = Ws.

[0022] Os ejetores de vapor podem ter formatos diferentes, como formato retangular ou formato trapezoidal. Diferentes valores de distâncias de D1 e D2 são possíveis, conforme ilustrado na Figura 1. De preferência, D1 e D2 representam a menor distância entre as bordas do ejetor e as bordas do substrato ao longo do eixo A.

[0023] De acordo com a presente invenção, D1 e D2 estão acima de 0 mm, isto é, as bordas do ejetor não vão além das bordas do substrato. Sem querer se limitar a qualquer teoria, acredita-se que se D1 e D2 forem iguais ou inferiores a 0 mm, existe o risco de que a trajetória do vapor metálico ejetado através dos ejetores de vapor não seja controlada, levando à deposição de revestimento heterogêneo. Quando D1 e D2 estão abaixo de zero, isso significa que as bordas do ejetor de vapor se estendem além das bordas do substrato, conforme ilustrado na Figura 2.

[0024] Preferencialmente, D1 e D2 são independentemente um do outro e acima de 1 mm, vantajosamente entre 5 e 100 mm e mais preferencialmente entre 30 e 70 mm.

[0025] Em uma forma de realização preferida, D1 é idêntico a D2.

[0026] De preferência, o comprimento da divisão do ejetor L e está entre 5 e 50 mm.

[0027] De preferência, a largura do substrato Ws é de no máximo 2200 mm. Vantajosamente, Ws é mínimo de 200 mm. Por exemplo, Ws está entre 1000 e 1500 mm.

[0028] De preferência, We tem no máximo 2400 mm.

Vantajosamente, We tem um mínimo de 400 mm.

[0029] Em uma forma de realização preferida, Ws é menor ou igual a We.

[0030] Preferencialmente, α’ é tal que α - α’ < 10°, mais preferencialmente α - α’< 5° e vantajosamente, α - α’ < 3° em termos absolutos.

Por exemplo, α - α’ são iguais a 0°.

[0031] De preferência, α está entre 5 e 80°, vantajosamente entre 20 e 60° em termos absolutos e por exemplo entre 35 e 55° em termos absolutos.

[0032] A câmara de vácuo pode compreender três ou vários ejetores de vapor posicionados em ambos os lados do substrato passante. Por exemplo, a câmara de vácuo pode compreender dois ejetores de vapor posicionados em cada lado do substrato metálico.

[0033] Conforme ilustrado na Figura 3, o substrato (S) pode ser passado por qualquer meio adequado, dependendo da natureza e da forma do referido substrato. Um rolo de suporte rotativo (4) no qual uma tira de aço pode ser suportada pode ser usado em particular.

[0034] Com referência à Figura 4, os dois ejetores de vapor (3, 3’) de acordo com a presente invenção ejetam um jato de vapor metálico (5) à velocidade sônica no substrato passante (não representado). Os pelo menos dois ejetores de vapor têm uma forma alongada e compreendem uma fenda e são definidos por um comprimento de fenda Le, uma largura de fenda We.

[0035] Conforme ilustrado na Figura 5, a câmara de vácuo (2) pode compreender ainda um invólucro central (6). Esta é uma caixa em torno do caminho do substrato (P) em um determinado comprimento na direção de passagem, tipicamente 2 a 8 m de comprimento no caso de um ejetor por lado.

Suas paredes delimitam uma cavidade. Ela compreende duas aberturas, isto é, uma entrada (7) do substrato e uma saída (8) do substrato localizadas em dois lados opostos do invólucro central. De preferência, o invólucro central é um paralelepípedo cuja largura é ligeiramente maior do que os substratos a serem revestidos.

[0036] De preferência, as paredes internas do invólucro central são adequadas para serem aquecidas a uma temperatura acima da temperatura de condensação dos vapores de metal ou liga metálica. O aquecimento pode ser feito por qualquer meio adequado, como por exemplo um aquecedor por indução, resistências de aquecimento, feixe de elétrons. Os meios de aquecimento são adequados para aquecer as paredes internas do invólucro central a uma temperatura alta o suficiente para evitar a condensação de vapores de metal ou de liga metálica sobre elas. De preferência, as paredes do invólucro central são adequadas para serem aquecidas acima das temperaturas de condensação dos elementos de metal que formam o revestimento a ser depositado, tipicamente acima de 500 °C, por exemplo, entre 500 °C e 700 °C, de modo a evitar a condensação de vapores de zinco ou vapores de liga de zinco-magnésio. Graças a estes meios de aquecimento, as paredes internas da caixa central não ficam obstruídas e as instalações não precisam ser paradas com frequência para limpeza. Além disso, evita-se a condensação de vapores de metal ou de ligas metálicas nas paredes internas.

[0037] Em particular, com o método de acordo com a presente invenção, é possível obter um substrato metálico revestido com pelo menos um metal em ambos os lados do substrato tendo uma espessura média, em que o revestimento é depositado homogeneamente de modo que a espessura máxima do revestimento pode exceder a espessura média de 15% no máximo.

[0038] Na presente invenção, o pelo menos um metal é preferencialmente escolhido a partir de: zinco, cromo, níquel, titânio, manganês, magnésio, silício, alumínio ou uma mistura dos mesmos. De preferência, o metal é zinco com opcionalmente magnésio.

[0039] De preferência, o substrato metálico é um substrato de aço.

Na verdade, sem querer ser limitado por qualquer teoria, acredita-se que a característica plana é melhorada ainda mais quando se usa substrato de aço.

[0040] A espessura do revestimento será, de preferência entre 0,1 e 20 μm. Por um lado, abaixo de 0,1 μm, haveria o risco de a proteção anticorrosiva do substrato ser insuficiente. Por outro lado, não é necessário ultrapassar os 20 μm para se obter o nível de resistência à corrosão necessário, em particular no campo automotivo ou de construção. Em geral, a espessura pode ser limitada a 10 μm para aplicações automotivas.

[0041] Finalmente, a invenção se refere a uma instalação de deposição a vácuo para o método de acordo com a presente invenção para depositar continuamente, em um substrato passante, revestimentos formados a partir de pelo menos um metal, a instalação compreendendo uma câmara de vácuo através da qual o substrato pode passar ao longo de um determinado caminho, em que a câmara de vácuo compreende ainda: - os pelo menos dois ejetores de vapor voltados um para o outro sendo localizados em ambos os lados do substrato e sendo posicionados respectivamente com um ângulo α e α’, estando entre o ejetor de vapor e o eixo A perpendicular à direção de passagem do substrato, o eixo estando no plano do substrato, α e α’ambos satisfazendo a seguinte equação: (D1 + D2) + Le sen α + We cos α = Ws, e (D1 + D2) + Le sen α′ + We cos α′ = Ws - α e α’ α em valor absoluto estando acima de 0°; - D1 e D2 sendo a menor distância entre ejetores e cada borda do substrato ao longo do eixo (A), Ws sendo a largura do substrato, D1 e D2 sendo acima de 0 mm; e - os referidos ejetores de vapor tendo uma forma alongada e compreendendo uma fenda e sendo definidos por um comprimento de fenda Le e uma largura de fenda We, os referidos ejetores de vapor tendo o mesmo eixo de rotação.

[0042] Em uma forma de realização preferida, os pelo menos dois ejetores de vapor são montados para serem capazes de girar em torno de um tubo de alimentação ligado a uma fonte de vapor de modo que α e α’ sejam ajustados.

EXEMPLOS

[0043] Os testes foram realizados na instalação de deposição a vácuo para avaliar a eficiência do método compreendendo dois ejetores de vapor ejetando o vapor de zinco.

[0044] O vapor de zinco foi depositado em ambos os lados do substrato de aço com uma largura Ws de 1300 mm na câmara de vácuo que compreende dois ejetores de vapor com Le = 24 mm e We = 1750 mm. Para os ensaios, D1 e D2 eram idênticos e foram fixados entre -10 mm e +20 mm. -10 mm significa que as bordas do vapor se estendem 10 mm além das bordas do substrato. α e α’ foram calculados para cada ensaio com a equação de acordo com a presente invenção. A pressão de vácuo era de 10 -1 mBar. A espessura desejada do revestimento de zinco era de 8 µm correspondendo a 100%. A espessura do metal foi medida por espectrometria de fluorescência de raios-X.

Os resultados estão na seguinte Tabela 1: espessura máxima em ambos os lados (%) D1 = D1 e α satisfaz α e α’ 30 mm das 15 mm Ensaios D2 D2 > a 45 mm das (graus) bordas do das (mm) 0 mm equação bordas do substrato bordas do substrato substrato 1 -6 Não 42,2 Sim 130 126 123 2* +27 Sim 45,4 Sim 110 103 106 3* +40 Sim 46,6 Sim 102 98 102 *: de acordo com a presente invenção.

[0045] O revestimento dos Ensaios 2 e 3 foi depositado homogeneamente em comparação com o Ensaio 1.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. MÉTODO PARA DEPOSITAR CONTINUAMENTE, SOBRE UM SUBSTRATO PASSANTE (S), REVESTIMENTOS FORMADOS A PARTIR DE PELO MENOS UM METAL dentro de uma instalação de deposição a vácuo (1) que compreende uma câmara de vácuo (2), caracterizado pelo método compreender: - uma etapa em que na câmara de vácuo, um vapor metálico é ejetado por meio de, pelo menos, dois ejetores de vapor (3, 3’), em direção a ambos os lados do substrato passante e uma camada do pelo menos um metal é formado de cada lado por condensação de vapores ejetados, os pelo menos dois ejetores de vapor voltados um para o outro estando localizados em ambos os lados do substrato e sendo posicionados respectivamente com um ângulo α e α’, estando entre o ejetor de vapor e o eixo (A) perpendicular à direção de passagem do substrato, o eixo estando no plano do substrato, α e α’ ambos satisfazendo as seguintes equações: (D1 + D2) + Le sen α + We cos α = Ws e (D1 + D2) + Le sen α′ + We cos α′ = Ws - α e α’ α em valor absoluto estando acima de 0°; e - D1 e D2 sendo a menor distância entre ejetores e cada borda do substrato ao longo do eixo (A), Ws sendo a largura do substrato, D1 e D2 sendo acima de 0 mm, ou seja, as bordas do ejetor não vão além das bordas do substrato, e os ejetores de vapor tendo uma forma alongada e compreendendo uma fenda e sendo definidas por um comprimento de fenda Le e uma largura de fenda We, os ejetores de vapor tendo o mesmo eixo de rotação.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas distâncias entre o ejetor e as bordas do substrato D1 e D2 serem superiores a 1 mm.

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações

1 a 2, caracterizado pela largura Ws do substrato ser o máximo de 2200 mm.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por Ws ser o mínimo de 200 mm.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por α’ ser tal que α - α’ < 10° em termos absolutos.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por α estar entre 5 e 80° em termos absolutos.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por α estar entre 20 e 60° em termos absolutos.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por α estar entre 35 e 55° em termos absolutos.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo comprimento da divisão do ejetor L e estar entre 5 e 50 mm.

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelos ejetores (3, 3’) terem uma forma retangular ou uma forma trapezoidal.

11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por D1 ser idêntico a D2.

12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pela câmara de vácuo (2) compreender ainda um invólucro central (6) circundando o substrato, o invólucro central compreendendo uma entrada de substrato (7) e uma saída de substrato (8) localizada em dois lados opostos lados do invólucro central e pelo menos dois ejetores de vapor (3, 3’).

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelas paredes internas do invólucro central (6) serem adequadas para serem aquecidas a uma temperatura acima da temperatura de condensação dos vapores de metal ou de liga metálica.

14. SUBSTRATO METÁLICO, caracterizado por ser obtido a partir do método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, revestido com pelo menos um metal em ambos os lados do substrato tendo uma espessura média, em que o revestimento é depositado homogeneamente de modo que a espessura máxima do revestimento pode exceder a espessura média de 15% no máximo.

15. SUBSTRATO METÁLICO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo metal ser escolhido a partir de: zinco, cromo, níquel, titânio, manganês, magnésio, sílica e alumínio ou uma mistura dos mesmos.

16. SUBSTRATO METÁLICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 15, caracterizado pelo substrato metálico ser um substrato de aço.

17. INSTALAÇÃO DE DEPOSIÇÃO A VÁCUO (1), caracterizada por ser para o método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, para depositar continuamente, sobre um substrato passante (S), revestimentos formados a partir de pelo menos um metal, a instalação (1) compreendendo uma câmara de vácuo (2) através da qual o substrato pode passar ao longo de um determinado caminho, em que a câmara de vácuo (2) compreende ainda: - os pelo menos dois ejetores de vapor (3, 3’) voltados um para o outro sendo localizados em ambos os lados do substrato e sendo posicionados respectivamente com um ângulo α e α’, estando entre o ejetor de vapor (3, 3’) e o eixo (A) perpendicular à direção de passagem do substrato, o eixo estando no plano do substrato, α e α’ ambos satisfazendo a seguinte equação: (D1 + D2) + Le sen α + We cos α = Ws e (D1 + D2) + Le sen α′ + We cos α′ = Ws - α e α’estando acima de 0°; e - D1 e D2 sendo a menor distância entre ejetores e cada borda do substrato ao longo do eixo (A), Ws sendo a largura do substrato, D1 e D2 sendo acima de 0 mm, ou seja, as bordas do ejetor não vão além das bordas do substrato, e os ejetores de vapor tendo uma forma alongada e compreendendo uma fenda e sendo definidas por um comprimento de fenda Le e uma largura de fenda We, os ejetores de vapor tendo o mesmo eixo de rotação.

18. INSTALAÇÃO DE DEPOSIÇÃO A VÁCUO (1), de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelos, pelo menos, dois ejetores (3, 3’) estarem montados para poder rodar em torno de um tubo de alimentação ligado a uma fonte de vapor de modo que α e α’ são ajustados.