BR112020025193A2

BR112020025193A2 - Método para depositar continuamente, sobre um substrato em movimento (s), revestimentos formados a partir de pelo menos um metal, substrato de metal e instalação de deposição a vácuo

Info

Publication number: BR112020025193A2
Application number: BR112020025193-3A
Authority: BR
Inventors: Eric Silberberg; Thiago Rabelo Nunes Campos; Negar Gilani
Original assignee: Arcelormittal
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2021-03-09
Also published as: US20210238735A1; CA3103376A1; WO2019239186A1; CN112272714A; CA3103376C; EP3807439A1; ZA202007642B; WO2019239229A1; MA52866A; CN112272714B; RU2755323C1; JP7299927B2; MX2020013582A; JP2021527168A; KR20210009354A; KR102493115B1

Abstract

''método para depositar continuamente, sobre um substrato em movimento (s), revestimentos formados a partir de pelo menos um metal, substrato de metal e instalação de deposição a vácuo''. 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 em ambos os lados do substrato e uma instalação de deposição a vácuo.

Description

“MÉTODO PARA DEPOSITAR CONTINUAMENTE, SOBRE UM SUBSTRATO EM MOVIMENTO (S), REVESTIMENTOS FORMADOS A PARTIR DE PELO MENOS UM METAL, 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 de metal. 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 de metal, 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 de metal, 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 2940191 divulga um método de fabricação de uma folha de aço revestida com liga de Zn-Mg, que compreende: preparar uma folha de aço de base; e formar uma camada de revestimento Zn- Mg por evaporação de uma fonte de liga de Zn-Mg a ser depositada na superfície da chapa de aço de base, em que um teor de Mg da camada de revestimento Zn-Mg é de 8% em peso ou menos (mas acima de 0% em peso) e uma temperatura da folha de aço de base antes e depois da camada de revestimento Zn-Mg ser depositada na mesma é de 60 ºC ou inferior.

[005] Neste pedido de patente, é mencionado que para ajustar a temperatura da chapa de aço base, é realizado um método de resfriamento da chapa de aço base antes e depois de um processo de deposição, através da instalação de rolos de resfriamento. Quando se trata de dispositivos de resfriamento, a fim de obter boa eficiência de resfriamento em um estado de vácuo, uma pluralidade de rolos de resfriamento pode ser instalada, em vez de um único rolo de resfriamento, para aumentar significativamente uma interface do mesmo. Em particular, um aumento na temperatura da chapa de aço pode ser significativo após um processo de revestimento devido à entalpia de condensação do revestimento. Assim, após o processo de revestimento, pode ser desejável aumentar a eficiência de resfriamento e gerenciar a temperatura dos rolos de resfriamento para ser relativamente baixa, aumentando o número ou tamanho dos rolos de resfriamento.

[006] No entanto, ao usar vários rolos de resfriamento, há o risco de que a temperatura da chapa de aço base não seja homogênea o suficiente, levando a problemas de planicidade devido à heterogeneidade de resfriamento.

De fato, quando o vapor de metal é condensado no substrato, a energia térmica é liberada levando à deformação elástica do substrato. A deformação elástica pode levar a problemas de planicidade após os rolos de resfriamento, uma vez que a pressão de contato entre o substrato de metal revestido e os rolos de resfriamento não é homogênea. Consequentemente, existe o risco de que a pluralidade de rolos de resfriamento usados em EP 2940191 deforme o aço, uma vez que a interface entre a chapa de aço revestida e os rolos de resfriamento aumentou significativamente.

[007] No caso em que o revestimento é depositado nas duas faces de um substrato de metal, também é importante controlar a temperatura do substrato de metal. De fato, quando a planicidade do substrato de metal revestido é melhorada, a qualidade do substrato de metal revestido aumenta incluindo, por exemplo, a homogeneidade de suas propriedades mecânicas, o aspecto da superfície do revestimento.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[008] O objetivo da presente invenção é, portanto, fornecer um método otimizado para depositar revestimentos em ambos os lados de um substrato em movimento, de forma que o nivelamento do substrato de metal revestido seja altamente melhorado.

[009] 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 14.

[010] A invenção também cobre um substrato revestido de acordo com as reivindicações 15 a 17.

[011] A invenção também cobre uma instalação de vácuo de acordo com as reivindicações 18 ou 19.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

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

[013] 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.

[014] A Figura 2 ilustra uma vista superior de outro exemplo de um substrato revestido com dois ejetores de vapor no interior de uma instalação de deposição por vácuo de acordo com a presente invenção.

[015] 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.

[016] A Figura 4 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 forma de realização preferida.

[017] As Figuras 5a e 5b ilustram a deformação máxima conforme definida na presente invenção.

[018] As Figuras 6a a 6c ilustram a vista superior de um substrato revestido com dois ejetores de vapor tendo diferentes posições dentro de uma instalação de deposição a vácuo.

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

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[020] A invenção se refere a um método para depositar continuamente, em um substrato em movimento S, revestimentos formados a partir de pelo menos um metal dentro de uma instalação de deposição a vácuo que compreende uma câmara de vácuo, em que o método compreende: - uma etapa na qual, na referida câmara de vácuo, um vapor de metal é ejetado através de pelo menos dois ejetores de vapor, em direção a ambos os lados do substrato em movimento 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 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: α = arccos (Ws- (D1 + D2)/ We) com 0º < α < 82º e α’ = arccos (Ws- (D1 + D2)/ We) com 0º < α’ < 82º, D1 e D2 sendo a distância entre ejetores e cada borda do substrato ao longo do eixo (A), Ws sendo a largura do substrato, os referidos ejetores de vapor tendo uma forma alongada e compreendendo uma fenda e sendo definidos por uma largura de fenda We, os referidos ejetores de vapor tendo o mesmo eixo de rotação.

[021] Sem querer estar limitado por qualquer teoria, acredita-se que com o método de acordo com a presente invenção, é possível obter um substrato de metal com revestimento plano. De fato, os inventores descobriram que os dois ejetores de vapor têm que ser posicionados com um ângulo específico, os dois ejetores voltados um para o outro de forma que durante a deposição de metal, a distribuição de temperatura através da largura do substrato seja simétrica durante a deposição de metal. O perfil térmico ao longo da largura do substrato é uniforme. Assim, o perfil de deformação elástica ao longo do substrato após a deposição de Zn é simétrico, levando a uma pressão de contato uniforme entre o substrato e o primeiro rolo de resfriamento.

Consequentemente, o substrato revestido permanece plano.

[022] 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.

[023] Os pelo menos dois ejetores de vapor (3, 3’) ejetam vapores de metal em velocidade sônica em ambos os lados do substrato em movimento. 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:

α = arccos (Ws- (D1 + D2)/ We) com 0º < α < 82º e α’ = arccos (Ws- (D1 + D2)/ We) com 0º < α’ < 82º.

[024] Os ejetores 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.

[025] De preferência, D1 e D2 podem ser inferiores, iguais ou superiores a 0 mm. No caso de D1 e D2 estarem acima de 0 mm, as bordas do ejetor não ultrapassam as bordas do substrato. No caso de D1 e D2 estar abaixo de 0 mm, as bordas do ejetor vão além das bordas do substrato, conforme ilustrado na Figura 2. No caso de D1 e D2 serem iguais a 0 mm, as bordas do substrato estão no mesmo plano que as bordas do ejetor. De preferência, D1 e D2 estão acima ou abaixo de 0 mm.

[026] De forma preferencial, D1 e D2 são independentemente um do outro e acima de 1 mm, de forma vantajosa entre 5 e 100 mm e de forma mais preferencial entre 30 e 70 mm. Em uma forma de realização preferida, D1 é idêntico a D2.

[027] De preferência, a largura do substrato Ws é de no máximo 2200 mm. De forma vantajosa, Ws é mínimo de 200 mm. Por exemplo, Ws está entre 1000 e 2000 mm.

[028] De preferência, We tem no máximo 2400 mm. De forma vantajosa, We tem um mínimo de 400 mm.

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

[030] De forma preferencial, α’ é tal que α - α’ < 10°, de forma mais preferencial α - α’ < 5° e de forma vantajosa, α - α’ < 3° em termos absolutos. Por exemplo, α - α’ são iguais a 0°.

[031] De preferência, α está entre 0 e 60º, de forma vantajosa entre 10 e 50º em termos absolutos e, por exemplo, entre 20 e 35º em termos absolutos.

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

[033] 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.

[034] 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, ou seja, 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.

[035] 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 de metal. 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 de metal 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 de metal nas paredes internas.

[036] 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 ambos os lados do substrato, sendo o substrato tal que a deformação longitudinal máxima é inferior a 2 mm e a deformação transversal máxima é inferior a 5 mm. Conforme ilustrado na Figura 5a, a deformação longitudinal máxima representa a diferença entre a altura do pico máximo e a altura do pico mínimo ao longo do comprimento do substrato revestido. Conforme ilustrado na Figura 5b, a deformação transversal máxima representa a diferença entre a altura do pico máximo e a altura do pico mínimo ao longo da largura do substrato revestido.

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

[038] 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.

[039] 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.

[040] 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 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: - os pelo menos dois ejetores de vapor voltados um para o outro, 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: α = arccos (Ws- (D1 + D2)/ We) com 0º < α < 82º e α’ = arccos (Ws- (D1 + D2)/ We) com 0º < α’ < 82º, D1 e D2 sendo a distância entre o ejetor e a borda do substrato ao longo do eixo (A), Ws sendo a largura do substrato, os referidos ejetores de vapor tendo uma forma alongada e compreendendo uma fenda e sendo definidos por uma largura de fenda We, os referidos ejetores de vapor tendo o mesmo eixo de rotação.

[041] 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 forma que α e α’ sejam ajustados.

EXEMPLOS

[042] Testes de modelagem foram realizados na instalação de deposição a vácuo para avaliar a eficiência do método compreendendo dois ejetores de vapor ejetando o vapor de zinco.

[043] Para todos os ensaios, diferentes posições e ângulos α e α’ foram testados para determinar a eficiência do método de acordo com a presente invenção.

[044] Para todos os ensaios, a largura Ws do substrato de aço variou de 1000 a 1710 mm na câmara de vácuo composta por dois ejetores de vapor com We = 1710 mm. D1 e D2 eram idênticos e iguais a 0 mm. A pressão do vácuo era de 10-1 mBar.

[045] O nivelamento foi definido pelo pico do substrato revestido, tendo a deformação máxima após o primeiro rolo de resfriamento. Os resultados estão na seguinte Tabela 1: Deformação Deformação Ws Configuração de ejetores α e α’ α satisfaz Ensaios transversal longitudinal (mm) de vapor (graus) a equação máxima (mm) máxima (mm) Cruzados, centrados, de 1* 1000 frente um para o outro 54 sim 0 0 (Figura 1) Inclinados, paralelos, não 2 1000 estavam de frente um 54 sim 12 22 para o outro (Figura 6a) De frente um para o 3* 1710 outro, horizontal e 0 sim 1,5 0,6 paralelo (Figura 6b) Não estavam de frente um para o outro, 4 1710 0 sim 5,5 2 paralelos e horizontal (Figura 6c)

*: de acordo com a presente invenção.

[046] Os ensaios de acordo com a presente invenção possuem nenhuma ou quase nenhuma deformação em comparação com o exemplo comparativo. Portanto, o nivelamento é maior com o método de acordo com a presente invenção.

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 em que na câmara de vácuo, um vapor de metal é ejetado por meio de pelo menos dois ejetores de vapor (3, 3’), em direção a ambos os lados do substrato em movimento 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 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: α = arccos (Ws- (D1 + D2)/ We) com 0º < α < 82º e α’ = arccos (Ws- (D1 + D2)/ We) com 0º < α’ < 82º, D1 e D2 sendo a distância entre ejetores e cada borda do substrato ao longo do eixo (A), Ws sendo a largura do substrato, e os ejetores de vapor tendo uma forma alongada e compreendendo uma fenda e sendo definidos por uma largura de fenda We, os ejetores de vapor tendo o mesmo eixo de rotação.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela distância entre o ejetor e as bordas do substrato D1 e D2 serem superiores a 0 mm, ou seja, as bordas do ejetor não vão além das bordas do substrato.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por D1 e D2 serem iguais a 0 mm, ou seja, as bordas do substrato estarem no mesmo plano que as bordas do ejetor.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por D1 e D2 estarem abaixo de 0 mm, ou seja, as bordas ejetoras vão além das bordas do substrato.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela largura Ws do substrato ser no máximo de 2200 mm.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por Ws ser no mínimo de 200 mm.

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por α’ ser tal que α - α’ < 10° em termos absolutos.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por α estar entre 0 e 60º em termos absolutos.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por α estar entre 10 e 50º em termos absolutos.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por α estar entre 20 e 35º em termos absolutos.

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

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

13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pela câmara de vácuo 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 do invólucro central e dos pelo menos dois ejetores de vapor.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, 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 de metal.

15. SUBSTRATO DE METAL, caracterizado por ser obtido a partir do método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14, revestido com pelo menos um metal em ambos os lados do substrato, sendo o substrato tal que a deformação longitudinal máxima é inferior a 2 mm e a deformação transversal máxima é inferior a 5 mm.

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

17. SUBSTRATO DE METAL, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 16, caracterizado pelo substrato de metal ser um substrato de aço.

18. INSTALAÇÃO DE DEPOSIÇÃO A VÁCUO, caracterizada por ser para o método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14, 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 (3) pode passar ao longo de um determinado caminho, em que a câmara de vácuo compreende: - os pelo menos dois ejetores de vapor voltados um para o outro, 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: α = arccos (Ws- (D1 + D2)/ We) com 0º < α < 82º, α’ = arccos (Ws- (D1 + D2)/ We) com 0º < α’ < 82º, D1 e D2 sendo a distância entre ejetores e cada borda do substrato ao longo do eixo (A), Ws sendo a largura do substrato, os ejetores de vapor tendo uma forma alongada e compreendendo uma fenda e sendo definidos por uma largura de fenda We, os ejetores de vapor tendo o mesmo eixo de rotação.

19. INSTALAÇÃO DE DEPOSIÇÃO A VÁCUO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelos pelo menos dois ejetores de vapor estarem montados para poder girar em torno de um tubo de alimentação ligado a uma fonte de vapor de forma que α e α’ sejam ajustados.