BR112020025130A2

BR112020025130A2 - método para depositar continuamente, substrato de metal e instalação de deposição a vácuo

Info

Publication number: BR112020025130A2
Application number: BR112020025130-5A
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: MA52864A; WO2019239227A1; CN112272713A; CA3103206A1; KR20230093348A; UA126838C2; EP3807437A1; RU2755324C1; JP2021526590A; CA3103206C; US20210254205A1; ZA202007614B; CN112272713B; KR20210009350A; WO2019239184A1; JP7301889B2; MX2020013581A

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, revestido com pelo menos um metal e uma instalação de deposição a vácuo para o método para depositar continuamente em um substrato em movimento.

Description

“MÉTODO PARA DEPOSITAR CONTINUAMENTE, SUBSTRATO DE METAL 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 vapor a jato 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.

[006] No entanto, quando os vapores de metal devem ser depositados em apenas um lado da tira, foi observado que esses vapores também tendem a se depositar e, portanto, contaminar o lado oposto da tira, causando uma diminuição significativa do rendimento de deposição e do aspecto da superfície da tira lateral oposta.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[007] O objetivo da presente invenção é, portanto, proporcionar um método de deposição de revestimentos sobre um substrato em movimento, em que quando os vapores de metal têm que ser depositados em apenas um lado da tira, o acúmulo de metal no lado nu oposto da tira é significativamente baixo.

[008] Ou seja, alcançado pelo fornecimento de um método de deposição de revestimentos sobre um substrato em movimento de acordo com a reivindicação 1. O método também pode compreender qualquer característica das reivindicações 2 a 10.

[009] A invenção também cobre um substrato revestido de acordo com as reivindicações 11 a 13.

[010] A invenção também cobre uma instalação de vácuo de acordo com as reivindicações 14 ou 15.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

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

[012] A Figura 1 ilustra uma vista superior de um substrato revestido com pelo menos um ejetor de vapor no interior de uma instalação de deposição por vácuo de acordo com a presente invenção.

[013] A Figura 2 ilustra uma vista superior de um substrato revestido com pelo menos um ejetor de vapor no interior de uma instalação de deposição por vácuo de acordo com o estado da técnica.

[014] A Figura 3 ilustra uma vista lateral de um substrato revestido com pelo menos um metal no interior de uma instalação de deposição por vácuo de acordo com a presente invenção.

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

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

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[017] A invenção se refere a um método para depositar continuamente, em um substrato em movimento, 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, o vapor de metal é ejetado através de pelo menos um ejetor de vapor, em direção a um lado do substrato em movimento S1 e uma camada de pelo menos um metal é formada no referido lado por condensação de vapor ejetado, o pelo menos um ejetor de vapor sendo posicionado com um ângulo α entre o ejetor de vapor e o eixo (A) perpendicular à direção de movimento do substrato, o eixo estando no plano do substrato, α satisfazendo a seguinte equação: (D1 + D2) + Le sin α + We cos α = Ws - α estando em valor absoluto acima de 0º, - D1 e D2 sendo a distância entre o ejetor e cada borda do substrato ao longo do eixo (A), Ws sendo a largura do substrato, D1 e D2 estando acima de 0 mm, e - o referido ejetor de vapor tendo uma forma alongada e compreendendo uma fenda e sendo definido por um comprimento de fenda Le e uma largura de fenda We.

[018] Sem querer estar limitado por qualquer teoria, acredita-se que com o método de acordo com a presente invenção, é possível evitar a contaminação de vapores de metal no lado oposto do substrato de metal S2. De fato, os inventores descobriram que o ejetor de vapor deve ser posicionado com um ângulo específico α de forma que o vapor de metal seja ejetado quase sem qualquer perda. Quando α satisfaz a equação, o rendimento do vapor de metal depositado em um lado do substrato em movimento é altamente melhorado, uma vez que a trajetória do vapor de metal é controlada. Assim, o acúmulo de vapores de metal no lado oposto do substrato é significativamente baixo.

[019] 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.

[020] Os pelo menos um ejetor de vapor (3) ejeta vapor metálico em velocidade sônica em um dos lados do substrato em movimento S1. O pelo menos um ejetor de vapor é posicionado com um ângulo 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 satisfazendo a seguinte equação: (D1 + D2) + Le sin α + We cos α = Ws

[021] O ejetor pode 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).

[022] De acordo com a presente invenção, D1 e D2 estão acima de 0 mm, ou seja, 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 de pelo menos um ejetor de vapor não seja controlado, levando a uma importante contaminação do lado oposto do substrato S2. 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.

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

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

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

[026] 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.

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

Vantajosamente, We tem um mínimo de 400 mm.

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

[029] De forma preferencial, α estando em valor absoluto acima de 0º, de forma mais preferencial entre 5 e 80º, de forma vantajosa entre 20 e 60º em termos absolutos e, por exemplo, entre 35 e 55º em termos absolutos.

[030] A câmara de vácuo pode compreender dois ou vários ejetores de vapor, todos posicionados no mesmo lado do substrato em movimento S1.

[031] 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.

[032] Com referência à Figura 4, o pelo menos um ejetor de vapor (3) de acordo com a presente invenção ejeta um jato de vapor de metal (5) no substrato em movimento (não representado). O pelo menos um ejetor de vapor tem uma forma alongada e compreendem uma fenda e são definidos por um comprimento de fenda Le e uma largura de fenda We.

[033] Em particular, com o método de acordo com a presente invenção, é possível obter um substrato de metal revestido com pelo menos um metal em um dos lados do substrato S1, o outro lado do substrato S2 compreendendo um acúmulo máxima do referido metal de 2,0 µm nas bordas. De preferência, o acúmulo máxima é de 1 µm e de forma vantajosa, não há acumulo do metal no lado oposto do substrato.

[034] Na presente invenção, o pelo menos um metal é de forma preferencial selecionado 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.

[035] De preferência, o substrato de metal 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.

[036] 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.

[037] 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 em movimento, 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: - o pelo menos um ejetor de vapor sendo posicionado com um ângulo 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 satisfazendo a seguinte equação: (D1 + D2) + Le sin α + We cos α = Ws - α estando em valor absoluto acima de 0º,

- D1 e D2 sendo a menor distância entre o ejetor e cada borda do substrato ao longo do eixo (A), Ws sendo a largura do substrato, D1 e D2 estando acima de 0 mm, e - o referido pelo menos um ejetor de vapor tendo uma forma alongada e compreendendo uma fenda, tal ejetor de vapor sendo definido por um comprimento de fenda Le e uma largura de fenda We.

[038] Em uma forma de realização preferida, o pelo menos um revestidor de vapor é montado para ser capaz de girar em torno de um tubo de alimentação ligado a uma fonte de vapor de forma que α seja ajustado.

EXEMPLOS

[039] Os testes foram realizados na instalação de deposição a vácuo para avaliar a eficiência do método compreendendo pelo menos um revestidor de vapor ejetando o vapor de zinco. O vapor de zinco foi depositado em um dos lados do substrato de aço S1 com uma largura Ws de 1200 mm na câmara de vácuo que compreende pelo menos um ejetor de vapor com Le = 24 mm, 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 ejetor de vapor excedem 10 mm além das bordas do substrato. α foi calculado para cada ensaio com a equação de acordo com a presente invenção. A pressão de vácuo era de 10-1 mBar. O acúmulo de metal no lado oposto do substrato de aço S2 foi medida por espectrometria de fluorescência de raios-X. Os resultados estão na seguinte Tabela 1: Acúmulo de metal de zinco no D1 = D2 D1 e D2 > α satisfaz a Ensaios α (graus) lado oposto do substrato de aço (mm) 0 mm equação S2 (µm) 1 -10 Não 46,6 Sim 4,8 2 0 Não 47,5 Sim 2,4 3* +10 Sim 48,4 Sim 1,4 4* +20 Sim 49,3 Sim 0,4 *: de acordo com a presente invenção.

[040] O acúmulo de metal no lado oposto do substrato de aço S2 foi alto em relação aos Ensaios 1 e 2. Por outro lado, como mostrado para os Ensaios 3 e 4, quando D1 e D2 estão acima de 0 mm e quando α satisfaz a equação de acordo com a presente invenção, o acúmulo de metal é significativamente menor.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. MÉTODO PARA DEPOSITAR CONTINUAMENTE, sobre um substrato em movimento (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 na qual, na câmara de vácuo, um vapor de metal é ejetado através de pelo menos um ejetor de vapor (3), em direção a um lado do substrato em movimento (S1) e uma camada de pelo menos um metal é formada no lado por condensação de vapor ejetado, o pelo menos um ejetor de vapor sendo posicionado com um ângulo α entre o ejetor de vapor e o eixo (A) perpendicular à direção de movimento do substrato, o eixo estando no plano do substrato, α satisfazendo a seguinte equação: (D1 + D2) + Le sin α + We cos α = Ws - α estando em valor absoluto acima de 0º, - D1 e D2 sendo a menor distância entre o ejetor e cada borda do substrato ao longo do eixo (A), Ws sendo a largura do substrato, D1 e D2 estando acima de 0 mm, ou seja, as bordas do ejetor não vão além das bordas do substrato, o ejetor de vapor tendo uma forma alongada e compreendendo uma fenda e sendo definido por um comprimento de fenda Le e uma largura de fenda We.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por D1 e D2 serem independentemente um do outro acima de 1 mm.

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela largura Ws do substrato ser no máximo de 2200 mm.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por Ws ser no mínimo de 200 mm.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por α estar entre 5 e 80º em termos absolutos.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por α estar entre 20 e 60º em termos absolutos.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por α estar entre 35 e 55° em termos absolutos.

8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo comprimento da divisão do ejetor L e estar entre 5 e 50 mm.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo ejetor ter uma forma retangular ou uma forma trapezoidal.

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por D1 ser idêntico a D2.

11. SUBSTRATO DE METAL, caracterizado por ser obtido a partir do método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, revestido com pelo menos um metal em um lado do substrato (S1), o outro lado do substrato (S2) compreendendo um acúmulo máximo do metal de 2,0 µm nas bordas.

12. SUBSTRATO DE METAL, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo metal ser selecionado a partir de: zinco, cromo, níquel, titânio, manganês, magnésio, sílica e alumínio ou uma mistura dos mesmos.

13. SUBSTRATO DE METAL, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 12, caracterizado pelo substrato de metal ser um substrato de aço.

14. INSTALAÇÃO DE DEPOSIÇÃO A VÁCUO, caracterizada por ser para o método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, para depositar continuamente, sobre um substrato em movimento (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 compreende ainda: - o pelo menos um ejetor de vapor (3) sendo posicionado com um ângulo 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 satisfazendo a seguinte equação: (D1 + D2) + Le sin α + We cos α = Ws - α estando em valor absoluto acima de 0º, - D1 e D2 sendo a menor distância entre o ejetor e cada borda do substrato ao longo do eixo (A) e Ws sendo a largura do substrato e D1 e D2 estando acima de 0 mm, ou seja, as bordas do ejetor não vão além das bordas do substrato, e - pelo menos um ejetor de vapor tendo uma forma alongada e compreendendo uma fenda, tal ejetor de vapor sendo definido por um comprimento de fenda Le e uma largura de fenda We.

15. INSTALAÇÃO DE DEPOSIÇÃO A VÁCUO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada por pelo menos um revestidor de vapor a jato ser montado para ser capaz de girar em torno de um tubo de alimentação ligado a uma fonte de vapor de forma que α seja ajustado.