CN100564584C - 涂敷有金属合金层的金属丝的制造方法和设备 - Google Patents

涂敷有金属合金层的金属丝的制造方法和设备 Download PDF

Info

Publication number
CN100564584C
CN100564584C CNB2004800428574A CN200480042857A CN100564584C CN 100564584 C CN100564584 C CN 100564584C CN B2004800428574 A CNB2004800428574 A CN B2004800428574A CN 200480042857 A CN200480042857 A CN 200480042857A CN 100564584 C CN100564584 C CN 100564584C
Authority
CN
China
Prior art keywords
negative electrode
steel core
coating
metal
sputter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2004800428574A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1942602A (zh
Inventor
F·帕万
S·艾格里斯蒂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bekaert NV SA
Original Assignee
Pirelli Pneumatici SpA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pirelli Pneumatici SpA filed Critical Pirelli Pneumatici SpA
Publication of CN1942602A publication Critical patent/CN1942602A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100564584C publication Critical patent/CN100564584C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C23C14/352—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using more than one target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/562—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks for coating elongated substrates

Abstract

本发明涉及用于制造用于强化弹性体材料的钢丝的方法和设备。该钢丝包含钢芯(5)和由金属合金材料制成的涂层，该金属合金材料具有包含至少一种第一金属成分和至少一种第二金属成分的组成。根据本发明，该方法包括以下步骤：a)以基本上连续的方式沿预定的路径传输钢芯(5)；b)将由所述第一金属成分制成的至少一个第一供电的阴极(1；1’、1”)和由所述第二金属成分制成的至少一个第二供电的阴极(2；2’、2”)共溅射到沿所述预定的路径移动的钢芯上，以获得由第一种组成的金属合金材料制成的涂层；和c)调整提供给所述第一阴极(1；1’、1”)和第二阴极(2；2’、2”)中的至少一个的功率，以获得由第二种组成的金属合金材料制成的涂层。

Description

涂敷有金属合金层的金属丝的制造方法和设备
技术领域
本发明涉及带涂层钢丝的制造方法和设备，该带涂层钢丝适于强化诸如用于制造轮胎、导管、传送带、传动带和电缆的半成品的弹性体材料。
特别地，本发明涉及包含钢芯和由金属合金材料制成的涂层的类型的带涂层钢丝的制造方法和设备。
本发明还涉及包含多根上述带涂层钢丝的金属绳的制造方法和设备。
背景技术
一般地，轮胎制造方法使用嵌入弹性体材料中以形成例如轮胎的胎体层或带层的带涂层钢丝或钢绳(后者包含搓合在一起的多根钢丝)。
钢芯一般具有金属涂层，该金属涂层用于实现为钢丝提供适当的耐蚀性和保证其与硫化的弹性体材料有良好的粘附性能的双重功能。
例如，以申请人名义的文献EP-A-0669409、EP-A-0694631和EP-A-0949356公开了制造带涂层钢丝的方法，所述方法包括在钢芯上电化学淀积金属涂层的步骤，所述金属涂层由至少两种金属成分的合金组成。
在通过电化学淀积向钢丝上提供黄铜质涂层的情况下，该方法基本上包括以下步骤：
-两个不同的电解槽中的电解淀积步骤，其中依次实施钢芯的镀铜和镀锌；
-使得锌扩散进入铜中以形成黄铜合金的热处理步骤；
-用于去除由于热处理步骤而在涂层表面上形成的氧化锌的酸溶液中的酸洗步骤，该酸典型为磷酸；和
-用于获得希望最终直径的镀黄铜金属丝的拉拔步骤。
这种类型的常规方法虽然基本上适于目的，但仍然具有尚未得到克服的一系列缺点，例如，步骤数量过多、上述扩散步骤的持续时间过长、由于所述扩散步骤导致金属丝的机械抗力降低(例如，带涂层钢丝的抗拉强度降低，这种降低甚至达到该材料的初始抗拉强度的5％)、形成不希望有的黄铜涂层中的铜的浓度梯度(特别是沿金属丝的径向达到等于约±3重量％的值，与钢之间的界面上的区域更富含铜)、黄铜层的厚度不规则、形成具有体心立方结构的β黄铜(使得拉拔步骤变得极难并导致拉模的过度磨损)以及存在没有被完全涂敷和/或包含不可接受量的杂质的金属丝区域(诸如，氧化物不仅源于上述酸洗步骤中的酸、而且源于铜电镀液中的氧化物以及源于在拉拔步骤中常用的润滑剂中的氧化物)。
可用于向金属芯线提供金属涂层的另一淀积技术是溅射技术。
溅射技术基本构成为：使用能量典型等于约200～500eV的载气离子轰击一个或多个阴极(即，由要被淀积的材料制成的靶)，该载气离子是在通过在阴极和阳极(即要涂敷的金属芯)之间施加电压产生的电场的作用下获得的。更具体地，载气的离子向着阴极加速，从而基本上导致一系列碰撞，随之出现朝向阳极的阴极原子发射，自由电子也向着该阳极加速。自由电子通过碰撞使载气的其它原子离子化，由此，只要供给足够的能量，该过程就不断重复并自我保持。
美国专利3979273公开了为了保护不连续金属物品免受氧化和腐蚀将金属涂层淀积到该离散金属物品上的溅射技术的使用。该文献公开的方法包括在溅射单元中用第一金属和第二金属涂敷旋转的不连续金属基底(substrate)的步骤，这两个步骤是同时或依次通过溅射分别由第一金属和第二金属制成的两个分立阴极实施的。两个阴极由不同的金属材料制成，并与各自的电源连接，使得只要以同时的方式执行溅射，就可形成由二元合金制成的涂层。由于待涂敷的金属物品的不连续特性，因此，为了能够用待涂敷的新基底代替涂敷过的物品，这种方法必须是不连续的并且需要中断相应的制造过程。结果，由于待涂敷物品的特性，该涂敷方法的生产率受到内在的限制。
美国专利4252626公开了通过溅射技术在具有复杂几何形状的基底物品上淀积相对厚的涂层材料的方法。该方法包括以下步骤：提供包含给定成分或两种不同成分的主阴极，即中空圆筒形阴极和该中空阴极内的接线柱阴极(post cathode)由此在其间形成环形溅射室的装置以及位于环形溅射室内的成分与主阴极成分不同的至少一个辅助阴极；通过控制由辅助阴极电源施加的电位，以独立于主阴极溅射量的方式改变从辅助阴极溅射的材料量。由于待涂敷的金属物品的不连续性，因此该方法必须是不连续的并具有内在受限的生产率。
文献EP-A-0241721公开了通过溅射技术连续涂敷小直径(小于30μm)金属丝的方法。根据该方法，通过磁控管溅射技术涂敷金属芯线。特别地，该方法包括以下步骤：用与芯相同类型的金属层-即，由与芯相同的金属元素制成或由与芯的金属元素共有至少一种成分的合金金属材料制成-涂敷金属芯线；和拉拔带涂层芯。通过具有与涂层相同的成分的溅射阴极实施涂敷步骤。换句话说，当要将由金属合金材料制成的层淀积到金属芯线上时，阴极由具有希望成分的这种合金制成。结果，不管什么时候需要改变涂层的合金组成，都必须更换阴极，从而中断制造过程并增加制造成本。
发明内容
通常，市场需要其金属涂层适合于包埋金属线的不同弹性体化合物的带涂层钢丝(该金属涂层淀积在钢芯上并且一般由金属合金材料制成)例如用于轮胎制造方法的带涂层钢丝。
因此，要求带涂层钢丝的制造商制造(关于希望的金属合金的各种成分的百分比)必须改变涂层组成以满足不同弹性体化合物的要求的涂层。例如，在考虑涂敷有黄铜层的钢芯的情况下，一般要求钢丝制造商提供涂层铜含量为63～67重量％的钢芯，该百分比取决于要与钢丝结合的弹性体化合物的特定化学反应性。
申请人已注意到，根据本领域中公知的金属丝制造方法，能够通过中断制造方法并改变淀积条件，例如通过更换电化学淀积技术中的电解液，改变金属涂层的组成(例如，从涂敷具有63重量％的铜含量的黄铜层的钢丝变为涂敷具有67重量％的铜含量的黄铜层的钢丝)。
因此，申请人已认识到，必须提供允许连续即不需要中断制造过程并以极灵活的方式制造带涂层钢丝的方法和装置，以迅速满足对待淀积的合金组成的不断变化的市场需求。
在以下的说明和随后的权利要求书中，表达方式“连续”用于表示在制造方法的各步骤之间不存在半成品的中间贮存，以在单个生产线中连续制造具有不定长度的带涂层钢丝，或者，在单个生产线中将多根这种带涂层钢丝搓合之后，连续制造不定长度的钢绳。
申请人已发现，可以通过以下步骤实现上述目标：使用由构成待淀积到钢芯上的涂层的希望合金的第一金属成分和第二金属成分分别制成的至少一个第一阴极和至少一个第二阴极进行共溅射，其中将钢芯连续传输到溅射单元中，并调整提供给第一和第二阴极中的至少一个的功率以获得涂层金属合金的希望组成。
在本说明书中以及在后面的权利要求书中，术语“共溅射”用于表示至少两个阴极(每一个阴极由不同的金属成分组成)的同时溅射操作，以将由这至少两种金属成分组成的金属合金制成的涂层淀积到钢芯上。
在本说明书中以及在后面的权利要求书中，术语“金属成分”用于表示单一金属元素或不同金属元素的组合(例如合金)。
在必须将三元合金淀积到钢芯上的情况下，设置三个不同的阴极(每一个由待淀积合金的不同金属成分制成)，每个阴极与不同的发电装置(power generation)电连接，这些发电装置中的至少一个在功率上可调，使得可以调节至少一个阴极的功率设置以便获得所述合金的至少一种金属成分的希望百分比(因此，可以导出另外两种金属成分的百分比)。如果每个发电装置都是可调的，那么可有利地实现合金各种金属成分的希望百分比。
作为替代方案，所述至少两个阴极中的一个(例如，第一阴极)是由待淀积的三元合金的的前两种金属成分组成的二元合金(例如，黄铜)制成，并且，所述至少两个阴极中的另一个阴极(例如，第二阴极)是由三元合金的第三金属成分(例如，钴或锡)制成，在这种情况下，可关于第一阴极的合金材料与第二阴极的金属成分之间的比值来调整涂层的组成。
根据其第一方面，本发明涉及用于制造带涂层钢丝的方法，所述钢丝包含钢芯和涂层，该涂层由金属合金材料制成，该材料具有包含至少一种第一金属成分和至少一种第二金属成分的组成，该方法包括以下步骤：
a)以基本上连续的方式沿预定的路径传输钢芯；
b)由所述第一金属成分制成的至少一个第一供电阴极和由所述第二金属成分制成的至少一个第二供电阴极向沿所述路径移动的钢芯上进行共溅射，以获得由第一种组成的金属合金材料制成的涂层；和
c)调整提供给所述第一和第二阴极中的至少一个的功率，以获得由第二种组成的金属合金材料制成的涂层。
由于提供这些步骤，因此能够有利地以连续方式制造包含钢芯和由具有所述第二组成的金属合金材料制成的涂层的带涂层钢丝，该第二组成与所述第一组成不同。事实上，为了满足市场需求，不论什么时候要求从第一组成到第二组成改变形成涂层的合金的组成，作为要获得的期望组成的函数改变提供给至少一个阴极的功率就足够了。事实上，适当地改变提供给至少一个阴极的功率导致溅射到钢芯上的各种金属成分的量的相应变化。例如，通过简单地适当改变提供给阴极的相对功率，例如，通过改变提供给由第一金属成分制成的第一阴极的功率，能够有利地从采用涂敷有由上述第一组成制成的涂层的钢芯的第一批制造开始转到采用涂敷有由上述第二组成制成的涂层的钢芯的第二批制造。
并且，由于金属涂层是通过根据等离子激发的蒸发作用的溅射技术淀积的，因此能够有利地获得涂层均匀且一致的带涂层钢丝。换句话说，能够有利地获得淀积金属量沿金属丝的轴向和/或径向的变化最小化的带涂层钢丝。沿金属丝的轴向和/或径向形成的待淀积合金的各种成分的浓度梯度也有利地减小。为了提供具有希望的耐蚀性的钢丝，涂层的这种均匀性和一致性特别重要。
并且，如本说明书下文中更详细的说明，溅射淀积技术使得能够获得具有可在随后的拉拔步骤中方便地变形的晶体结构的涂层。因此，例如，如果金属涂层包含黄铜，那么溅射淀积技术使得能够获得具有由α黄铜(面心立方)构成的晶体结构的黄铜层。α黄铜的可变形性有利于随后要实施的拉拔步骤，并确保大大减少所述拉拔步骤中使用的拉模的磨损。
由于提供溅射淀积技术，因此，相对于通过现有技术的电解淀积方法制造的金属丝中的量，存在于涂层中的诸如氧化物的杂质的量有利地大大减少。
根据本发明方法的一个优选实施方案，通过独立地调整提供给第一和第二阴极中每一个的功率，实施上述调整提供给第一和第二阴极中的至少一个的功率的步骤，以获得上述希望的金属合金组成。
由于提供这种步骤，因此，能够有利地以连续方式制造包含钢芯和由实际上具有任何组成的金属合金材料制成的涂层的带涂层钢丝。事实上，适当改变提供给各个阴极的功率，将导致溅射到钢芯上的各种金属成分的量的相应变化。
优选以约10～80m/min的范围内的速度实施传输步骤。
根据本发明方法的一个优选实施方案，沿基本上呈直线的路径传输钢芯，这是一种简单且经济的方式。举例来说，并且，正如由以下给出的本发明装置的优选实施方案的说明容易看出，通过向溅射单元提供分别配置在溅射单元的相反两侧的入口和出口，以及适于沿规定方向在溅射单元的所述入口和出口之间传输钢芯的至少一个传输装置，可以获得基本上呈直线的路径。
优选地，溅射单元内部的上述路径包含至少一段向前的长度和至少一段向后的长度，该向前的长度和向后的长度(限定溅射单元内的多通路路径)相互隔开预定的距离。在这种情况下，溅射单元可具有分别设置在溅射单元的同一侧或相反侧的入口和出口。
优选地，依照一定路径传输钢芯以便在溅射单元内形成金属丝束。因此，根据所述实施方案，可以多次将涂层溅射到钢芯上，并且，可有利地增加钢芯在溅射单元中的停留时间。优选地，金属丝束位于水平面上。
在以下的说明中，术语“金属丝束”用于表示溅射单元内钢芯的连续向前和向后的长度的组合，所述长度(每段长度优选与其它长度平行并通过在淀积室的各侧反转钢芯的路径获得)形成通过金属成分共溅射的一束金属丝长度。换句话说，根据基本为蛇形形状的路径传输钢芯。
作为要形成的涂层的预定厚度的函数，方便地选择向前和向后长度的数量，即，钢芯在溅射单元内经过的通路的数量。
并且，考虑存在所述距离的最小值，在该最小值以下来自第一阴极和来自第二阴极的不同溅射材料束之间可能存在不希望有的干扰，作为溅射单元尺寸的函数选择两个相邻长度之间的距离。例如，在该距离大大减小的情况下，溅射的金属成分可能无法均匀地到达钢芯表面的一些区域，由此对涂层的品质产生负面影响。
根据金属丝束的优选结构，该金属丝束位于水平面上并包含与溅射单元的纵向延伸方向基本上平行的金属丝长度。例如，在纵向延伸为约5m、宽度为约50～60cm的溅射单元中，这个单元内的钢芯的通路数量优选为15～65，相邻长度之间的距离优选为约0.2～0.8cm。根据溅射单元中的钢芯的这种路径，根据提供给阴极的功率可以在约1.0～3.0min的淀积时间内将厚度为约0.5～2.0μm的涂层淀积到钢芯上。
根据金属丝束的替代性结构，该金属丝束优选位于水平面上并包含可与溅射单元的纵向延伸方向基本上垂直的金属丝长度。
根据金属丝束的另一替代性结构，该金属丝束可位于垂直面上，当溅射单元以基本上垂直的方式延伸时该结构特别合适。
为了实施上述共溅射步骤，可以使用包括至少一个真空淀积室的常规溅射单元，该真空淀积室具有真空泵(适于产生预定的压力)和用于供给载气的装置。
优选地，所述预定压力为约10-3～10-1毫巴。更优选地，所述预定压力为约10-2毫巴。
优选通过对设置在至少一个真空淀积室中并位于会聚面上的至少一个第一阴极和至少一个第二阴极进行溅射实施共溅射步骤，使得分别沿第一和第二会聚溅射方向溅射所述第一金属成分和第二金属成分。
根据本发明的优选实施方案，将至少一个第一阴极和至少一个第二阴极配置在待涂敷的金属丝束限定的水平面以下，该金属丝束构成溅射单元的阳极。根据另一优选实施方案，将至少一个第一阴极和至少一个第二阴极配置在待涂敷的金属丝束限定的水平面以上。根据另一优选实施方案，将至少两个第一阴极和至少两个第二阴极配置在待涂敷的金属丝束限定的水平面以上和以下。在这种情况下，如果首先的两个阴极由第一金属成分制成，而其次的两个阴极由第二金属成分制成，那么由第一金属成分制成的阴极优选与由第二金属成分制成的阴极交替配置，以便有利地确保形成由两种金属成分的合金形成均匀的涂层。
优选地，阴极采取矩形或圆形板的形式。
在以下的说明书中和随后的权利要求书中，术语“溅射方向”用于表示从阴极溅射到钢芯上的材料的主方向。对于具有板状形式的阴极，溅射方向基本上与阴极平面的垂直方向一致。
由于从至少一个第一阴极以及从至少一个第二阴极溅射的所述金属成分的溅射方向基本上在金属丝束上会聚和相交，因此可有利地确保在钢芯上形成由至少一种第一金属成分和至少一种第二金属成分的合金制成的涂层。事实上，根据会聚面的阴极配置可有利地优化朝向钢芯的溅射金属成分的方向，结果，可增加涂敷过程的有效性并增加合金在芯上的形成和一致性。
优选地，上述第一和第二会聚溅射方向相互之间限定约60～120°、更优选约80～100°的角度。
更优选地，为了提高该方法的生产率，通过以下步骤实施共溅射步骤：设置由第一金属成分制成的至少两个第一阴极和由第二金属成分制成的至少两个第二阴极，从而形成各对阴极，每一对包含不同的金属成分，从而使每一对的阴极位于金属丝束相反侧；分别沿第一和第二会聚溅射方向将所述第一和第二金属成分溅射到钢芯上。
更优选地，为了进一步提高该方法的生产率，通过以下步骤实施共溅射步骤：沿金属丝束纵向设置多组阴极，其中每一组由优选如上所述配置的两对第一和第二阴极组成。优选地，每组阴极由根据完全包围金属丝束的基本上呈四边形结构配置的四个阴极组成。
根据所述优选实施方案，如果必须淀积二元合金，那么每组阴极优选包含根据基本上呈四边形结构配置的四个阴极，其中，两个阴极由第一金属成分制成，两个阴极由第二金属成分制成，第一金属成分的阴极和第二金属成分的阴极构成所述四边形的相对边。因此，分别由第一和第二金属成分制成的两个阴极位于金属丝束之上，分别由第一和第二金属成分制成的两个阴极位于金属丝束之下，从而使两个不同的溅射束(每个溅射束由不同的金属成分制成)朝向钢芯的每一侧。
本发明方法的优选实施方案规定在溅射单元内在传输(沿预定的传输方向)的多个钢芯上以同时的方式实施共溅射步骤。根据所述实施方案，可有利地进一步提高该方法的生产率。
根据另一优选实施方案，本发明的方法包括以下步骤：设置连续配置的第一真空淀积室和第二真空淀积室；通过传输待涂敷的钢芯以使其连续穿过所述真空淀积室，在所述真空淀积室的至少一个中共溅射至少两种金属成分。
根据所述实施方案，仅在一个真空淀积室中实施共溅射步骤，而设置第二个真空淀积室为备用模式。这样，当操作室的阴极被完全消耗掉且必须提供新的阴极时，由于可在将第一室设为备用模式的同时切换为操作模式的第二室中执行共溅射步骤，因此不需要中断制造方法。这有利地导致本发明方法的生产率增加。通常，操作中的真空淀积室处于适于实施这种共溅射步骤的第一预定压力中。
举例来说，本发明的方法可以在钢芯上淀积例如由黄铜制成的具有约几个微米、优选约0.5～3.0μm的适当厚度的涂层。
优选地，本发明的方法还包括以下步骤：将钢芯传输到承受比所述第一预定压力高的第二预定压力的至少一个预处理室中，将所述至少一个预处理室配置在所述至少一个真空室的上游。
以这种方式，可有利地在至少两个随后的步骤中即以分步方式实现希望的真空条件，从经济的观点看，相对于以单一步骤实现真空条件，这样做更简单且更方便。
并且，提供至少一个预处理室可有利地保护真空淀积室(其中实施共溅射步骤)免受灰尘和诸如氧气的一般外来因素的污染，这些污染对涂层形成的有效性以及构成涂层的合金的纯度有害。
可通过将化学惰性的气体的气流引入至少一个预处理室中，简单地实现这些有利的效果。优选地，该至少一个预处理室包含与在至少一个真空淀积室中使用的载气相同的气体，由此可以为预处理室和真空淀积室使用相同类型的气体供应(supply)。
更优选地，上述化学惰性的气体是从经济的观点看较为方便的氩气，从而导致制造成本的降低。
优选地，在该至少一个真空淀积室的下游设置承受上述第二预定压力的另一预处理室。
优选地，所述第二预定压力为约0.2～10毫巴，更优选为约0.5～5毫巴，最优选为约0.5～1.0毫巴的量级。
根据其另一优选实施方案，本发明的方法包括以下步骤：提供如上所述连续配置的第一真空淀积室和第二真空淀积室，该第一真空淀积室如上所述位于第一预处理室的下游，该第二真空淀积室位于将两个真空淀积室分开的第二预处理室的下游，第三预处理室位于第二真空淀积室的下游。
根据本发明方法的一个优选实施方案，通过包含至少一个第一阴极和至少一个第二阴极的离子轰击的磁控管溅射技术实施上述共溅射步骤，该至少一个第一阴极由所述至少一种第一金属成分制成，该至少一个第二阴极由所述至少一种第二金属成分制成。
由于由磁控管产生的磁场对带电粒子施加的影响，特别是由于阴极附近的电子的限制作用以及等离子体密度的增加，淀积速率可有利地增加。
根据本发明，可以通过使该至少一个第一阴极和至少一个第二阴极与各个可独立调节的第一和第二电源电连接对其进行供电。这样，能够有利地单独调节提供给各个阴极的功率，由此调节溅射到钢芯上的金属成分的量，结果，可有利地改变淀积形成涂层的合金的组成。
优选地，该金属涂层是二元、三元或四元合金。
优选地，该涂层由与形成芯的钢不同的合金制成。
优选地，该涂层的金属成分选自铜、锌、锰、钴、锡、钼、铁、镍、铝以及它们的合金。
更优选地，第一阴极由铜制成，第二阴极由锌制成，从而金属涂层(通过共溅射技术获得)由黄铜制成。
根据该优选实施方案，由黄铜制成的涂层具有约60～72重量％、更优选约64～67重量％的铜含量。
如果铜的百分比小于60重量％，那么会形成不希望有的β黄铜，而如果铜的百分比大于72重量％，那么金属丝与金属丝要嵌入的弹性体材料会过度反应。金属丝与弹性体材料的这种反应性导致在金属丝上形成硫化物的厚层，该硫化物导致不希望有的金属丝品质变差。因此，在铜组成值的上述优选范围中，可有利地避免β黄铜的形成，同时使金属丝与弹性体材料的反应性保持在可接受的水平。
为了获得具有上面给出的优选组成的黄铜涂层，需要向铜阴极提供的功率优选为约3～10kW，而提供给锌阴极的功率优选为约1～6kW，所述值基本上取决于阴极和钢芯之间的距离。
作为替代方案，该涂层由选自Zn-Co、Zn-Mn、Zn-Fe、Zn-Al、Cu-Mn、Cu-Sn、Cu-Zn-Mn、Cu-Zn-Co、Cu-Zn-Sn、Zn-Co-Mo、Zn-Fe-Mo、Zn-Ni-Mo的合金制成。
Zn-Co合金的优选组成是99％Zn、1％Co；Zn-Mn合金的优选组成是98％Zn、2％Mn；Zn-Fe合金的优选组成是95％Zn、5％Fe；Zn-Al合金的优选组成是95％Zn、5％Al；Cu-Mn合金的优选组成是80％Cu、20％Mn；Cu-Sn合金的优选组成是95％Cu、5％Sn；Cu-Zn-Mn合金的优选组成是63％Cu、34％Zn、3％Mn；Cu-Zn-Co合金的优选组成是63％Cu、34％Zn、3％Co；Cu-Zn-Sn合金的优选组成是67％Cu、30％Zn、3％Sn；Zn-Co-Mo合金的优选组成是99％Zn、0.5％Co、0.5％Mo；Zn-Fe-Mo合金的优选组成是99％Zn、0.5％Fe、0.5％Mo；Zn-Ni-Mo合金的优选组成是99％Zn、0.5％Ni、0.5％Mo。
特别优选的合金是向钢丝提供较大的耐蚀性的Zn-Co、Zn-Mn和Cu-Mn。
优选地，Zn-Co合金中的Co含量为0.3～2重量％。优选地，提供给钴阴极的功率为约0.04～0.31kW，而提供给锌阴极的功率为约8.82～8.97kW。
优选地，Zn-Mn合金中的Mn含量为0.3～5重量％。优选地，提供给锰阴极的功率为约0.05～0.82kW，而提供给锌阴极的功率为约8.55～8.97kW。
优选地，Cu-Mn合金中的Mn含量为10～30重量％。优选地，提供给锰阴极的功率为约1.65～4.95kW，而提供给铜阴极的功率为约6.30～8.10kW。
为了获得三元合金或包含多于三种金属成分的合金，第一阴极或第二阴极可任选地包含另一种金属成分。举例来说，第一阴极可由铜制成，第二阴极可包含锌和选自包含锰、钴、锡、钼、铁和它们的合金的组的金属。
作为替代方案，为了获得由三元合金制成的涂层，除了分别由第一金属成分(例如，铜)和第二金属成分(例如，锌)制成的所述第一阴极和所述第二阴极外，还提供由优选选自上述组的第三金属成分制成的第三阴极。
三个阴极的组的优选配置在于以这样一种方式定位三个阴极，即，该方式使得沿例如根据围绕钢芯的三角形结构、更优选等边三角形结构两两会聚的各个溅射方向将第一、第二和第三金属成分溅射到钢芯上。在这种情况下，还在溅射单元中设置多个组(每个组由三个阴极组成)。
例如，在本发明的方法用于获得由组成为63重量％Cu、34重量％Zn和3重量％Mn的三元Cu-Zn-Mn合金制成的涂层的情况下，可有利地根据围绕钢芯的三角形结构配置Cu、Zn和Mn阴极，并且根据阴极和钢芯之间的距离，提供给铜阴极的功率优选为5.7～6.8kW，提供给锌阴极的功率优选为3.1～3.7kW，提供给锰阴极的功率优选为0.5～0.6kW。
优选地，金属涂层具有预定量的磷，以便在不影响涂层与带涂层金属丝要嵌入的弹性体材料的粘附性的情况下有利地提高钢丝的可拉拔性。例如可以通过在阴极中的至少一个中包含预定量的磷实现这种效果。
优选地，相对于涂层金属的总重量，涂层材料包含约1～3重量％、更优选约2重量％的磷。
有利的是，通过在待淀积到钢芯上的金属成分中包含这种优选量的磷，共溅射步骤使得能够以均匀方式淀积磷含量正好相同(即，1～3％)的金属层。因此，由于磷均匀地存在于涂层的整个厚度中，因此，与设定的拉拔程度无关，随后的拉拔步骤由于磷的润滑作用而得到改善。
当涂层包含诸如Zn-Mn合金的具有较差可拉拔性的合金时，这种实施方案是特别优选的。
根据本发明的方法的优选实施方案，钢芯具有预定的初始直径，并且，实施共溅射步骤，直到达到涂层的预定初始厚度，该方法还包括拉拔带涂层钢芯直到钢芯具有比所述预定初始直径小的最终直径且涂层具有比所述预定初始厚度薄的最终厚度的步骤。
在以下的说明书中以及在随后的权利要求书中，表达方式“芯的初始直径”和“涂层的初始厚度”分别用于表示实施拉拔步骤之前的钢芯的直径和涂层的厚度。
在以下的说明书中以及在随后的权利要求书中，表达方式“芯的最终直径”和“涂层的最终厚度”分别用于表示实施拉拔步骤之后的钢芯的直径和涂层的厚度。
优选地，在包含预定量润滑剂例如常规润滑油本身的乳浊液浴中实施拉拔步骤，以便有利地提高金属丝的可拉拔性。
更优选地，润滑剂选自含磷化合物(例如，有机磷酸酯)、含硫化合物(例如，硫醇、硫酯、硫醚)、含氯化合物(例如，有机氯化物)。优选地，所述润滑剂是所谓的“极限压力润滑剂”，即，在高温和高压下分解(例如导致形成铁、铜或锌的磷化物、硫化物和氯化物)的润滑剂。
优选地，通过本身是常规类型的由碳化钨或金刚石制成的拉模实施拉拔带涂层金属丝的步骤。
并且，由于涂层是通过溅射淀积的，因此，相对于形成涂层的金属的重量，所述涂层中的所述润滑剂量的百分比变化沿金属丝的径向小于约1重量％，更优选为约0.01～1重量％。
以类似的方式，相对于形成涂层的金属的重量，所述涂层中的所述润滑剂量的百分比变化沿金属丝的轴向小于约1重量％，更优选为约0.01～1重量％。
优选地，以这种一种方式实施拉拔步骤，即，该方式要获得相对于其初始直径具有缩减约75～95％、优选约80～90％、更优选约85％的最终直径的钢芯。
根据本发明方法的优选实施方案，以这种一种方式实施拉拔步骤，即，该方式要获得相对于其初始厚度具有缩减约75～95％、优选约78～88％、更优选约83％的最终厚度的涂层。
优选地，钢芯的初始直径为约0.85～3.00mm，并且，以获得具有0.10～0.50mm的最终直径的钢芯的方式实施拉拔步骤。
优选地，涂层的初始厚度为约0.5～2μm，并且，以获得具有80～350nm的最终厚度的金属涂层的方式实施拉拔步骤。
优选地，涂层的初始厚度为至少约0.5μm。更优选地，涂层的初始厚度为约0.5～2μm。
以这种方式，获得对于带涂层钢芯的拉拔步骤适当的初始厚度值的涂层，这使得能够获得希望的芯线最终直径值并有利地增加金属丝的机械抗力的性能。举例来说，具有等于约1200MPa的初始破断载荷的金属丝(即，在带涂层芯的拉拔步骤之前)可达到(由于带涂层芯的拉拔步骤)约3200MPa的最终破断载荷。
优选地，芯的初始直径为约0.85～3.00mm，并且，以获得具有0.10～0.50mm的最终直径的芯的方式实施拉拔步骤。
优选地，涂层的初始厚度为约0.5～2μm，并且，以获得具有80～350nm的最终厚度的涂层的方式实施拉拔步骤。
可以实施旨在通过使用带涂层芯作为初始产品制造金属绳作为最终产品的附加制造方法。例如，为了制造包含多根带涂层钢丝的金属绳，可以在对带涂层芯实施拉拔步骤之后提供所述多根带涂层钢丝的搓合步骤。
本发明的方法还可任选地包括一个或更多个旨在从线坯(wirerod)开始获得预定直径的钢芯的预备步骤。
例如，可以对存在于线坯上的氧化物实施机械去除，这在本领域中被称为术语“去氧化皮”。实施去氧化皮步骤以使线坯平滑，即基本上消除其粗糙性。以这种方式，可有利地消除任何表面粗糙，该表面粗糙在由钢制成的棒材的情况下可具有典型约1.5～2.0μm的明显深度，由此提高连续的淀积步骤中的涂层与芯的粘附性以及淀积步骤的有效性。去氧化皮步骤后面优选是线坯的干法拉拔，该干法拉拔结束时获得具有预定初始直径的钢芯。
在这些预备步骤之后，根据本发明方法的优选实施方案，钢芯旨在去除可能存在于钢芯表面上的氧化物的表面处理。该表面处理优选包含酸洗、清洗以及任选地使钢芯变于的步骤。通过将钢芯引入诸如包含硫酸的浴槽的酸洗槽中，实施酸洗步骤。依次地，通过水对酸洗的芯进行清洗，并任选地优选(例如，在约70～90℃的温度下，更优选在约80℃的温度下)通过由鼓风机产生的热空气使其变干。
作为酸洗步骤的替代方案，芯可进行替代性的表面处理，例如通过将氩离子传输到芯表面上、通过等离子刻蚀技术进行例如刻蚀、清洗和活化。
根据本发明方法的替代性实施方案，可以对优选经过预先去氧化皮的线坯实施诸如酸洗或适于该目的的任何其它替代性处理的上述表面处理，并且，表面处理之后是旨在获得具有预定初始直径的钢芯的干法拉拔。
钢芯优选在涂敷前根据上述过程中的一个进行表面处理，以预先处理待涂敷的钢芯的表面，即，以便获得适于在其整个表面上均匀接收涂层的钢芯。由于该预备处理，能够有利地获得更高品质的钢丝。换句话说，可有利地基本上消除芯表面的宏观褶皱和不均匀性，由此使得芯表面适于在其上淀积涂层。
优选地，还可以在涂敷前对钢芯进行热处理，以便有利地获得适于冷变形的结构，例如上述任选的拉拔步骤中包含的变形。优选地，热处理(实施的目的在于导致钢的退火)包含可在炉内实施的铅淬热处理，这是一种在炉内实施的铅淬处理。铅淬步骤的目的在于，提供具有珠光体结构的钢芯，该珠光体结构具有非常高的加工硬化系数从而可容易地进行拉拔。
仅作为建议，钢芯的所述热处理优选包括逐渐将芯加热到诸如约900～1050℃的预定温度并持续约20～40秒时间的步骤，和随后将芯冷却到诸如约520～580℃的预定温度并持续约5～20秒时间的步骤。优选地，通过将钢芯引入熔融铅浴中实施冷却步骤。作为替代方案，通过将钢芯引入熔融盐浴(即氯酸盐、碳酸盐)、使钢芯穿过氧化锆粉末或通过空气，实施冷却步骤。
根据优选实施方案，本发明的方法还包括所述热处理之前的干法拉拔芯的步骤，该步骤优选获得轻微的芯直径缩小，例如约1～3％。
本发明的方法还优选包括附加的热处理，该附加的热处理优选以与上述相同的工作条件进行实施并且包含附加的钢芯的逐步加热步骤和随后的冷却步骤。
当提供第一和第二热处理时，优选在第一热处理后实施另一干法拉拔。如果提供附加的热处理，那么优选在各对热处理之间实施干法拉拔。
当提供单一热处理时，优选通过使用拉模实施另一轻微干法拉拔，该拉模优选以气密方式在其入口与真空淀积室连接。更优选地，通过所谓的组合拉模实施这种轻微拉拔步骤，该组合拉模基本上包含具有两个对称半模的拉模。由于这种特征，可以有利地在不中断生产过程的情况下以简单的方式更换拉模。
优选以基本上连续的方式实施本发明方法的上述传输和共溅射步骤以及任选的表面处理、热处理和拉拔步骤中的任何一个，两个连续步骤之间不存在任何大的中断。
以这种方式，可有利地通过从制造金属丝钢芯的步骤到拉拔带涂层芯的步骤以连续的方式实施的制造方法，获得涂敷有希望厚度的金属涂层的钢丝，该制造方法任选地包含对芯实施的附加常规预处理或对带涂层芯实施的附加最终处理(例如，为了提高其拉拔性能，对芯或带涂层芯进行的磷化处理)。
根据其第二方面，本发明涉及用于制造带涂层钢丝的设备，所述钢丝包含钢芯和由具有包含至少一种第一金属成分和至少一种第二金属成分的组成的金属合金材料制成的涂层，该设备包括：
a)至少一个溅射单元；
b)用于在所述溅射单元内沿预定路径以基本上连续的方式传输所述钢芯的至少一个装置；
c)设置在所述溅射单元内的至少一个第一阴极和至少一个第二阴极，该至少一个第一阴极由所述第一金属成分制成，该至少一个第二阴极由所述第二金属成分制成；和
d)与所述第一和第二阴极中的至少一个(例如，与第一阴极)连接的至少一个第一可调电源。
根据本发明的设备的优选实施方案，该溅射单元是磁控管溅射单元。基本上由于磁场对带电粒子施加的影响，该技术可有利地增加金属层的淀积速率，该磁场可引起对阴极附近的电子的限制作用并由此增加等离子体密度。
在以下的说明中，表达方式“阴极”(或“磁控管”)用于表示包含涂敷材料(作为靶材并优选采取板的形式)和配置在涂敷材料后面并为涂敷材料前的带电粒子(例如氩离子)产生磁阱的多个磁体的组件。并且，由于溅射过程引起对涂敷材料的加热，因此通常阴极还包括典型用于在其中通过冷却水的多个通道的冷却系统。
优选地，传输装置包括至少一个用于沿各个第一向前的长度将钢芯送入溅射单元中的装置和至少一个用于沿各个向后的长度将钢芯送回的反向装置(counter-device)，该向后的长度相对于向前的长度隔开预定的距离。这样，可有利地增加钢芯在溅射单元中的停留时间。
优选地，至少一个第一阴极和至少一个第二阴极相对于钢芯设置，优选设置为如上面限定的金属丝束，使得分别沿各个第一和第二会聚溅射方向将第一金属成分和第二金属成分溅射到钢芯上。
优选地，至少第一和至少第二会聚溅射方向限定约60～120°、更优选约80～100°的角度。
根据本发明的优选实施方案，该设备包括配置在金属丝束的相反侧的至少两对第一和第二阴极，其中，配置各对第一和第二阴极时使得分别沿各个第一和第二会聚溅射方向将所述第一和所述第二金属成分溅射到钢芯上。
优选地，可通过至少一个功率调节器调节至少一个电源，该调节器可调节从第一电源供给到第一和第二阴极中的一个例如第一阴极的功率。
为了实际上实现合金材料的任何组成，本发明的设备优选还包括与所述第一和第二阴极中的至少另一个(例如，第二阴极)连接的至少一个第二可调电源，所述第二可调电源可独立于所述第一可调电源进行调节。
优选地，可通过至少一个功率调节器对至少一个第一电源和至少一个第二电源进行独立调节，所述至少一个功率调节器可分别调节从第一和第二电源供给到第一和第二阴极的功率。
作为替代方案，可通过用于分别以相互独立的方式调节第一和第二电源的功率的第一和第二功率调节器，以独立方式调节至少一个第一电源和至少一个第二电源。
本发明还涉及制造用于强化弹性体材料的钢绳的方法，所述方法包括制造通过上述方法涂敷的多根钢丝的步骤和随后搓合所述多根带涂层钢丝的步骤。
最后，本发明还涉及用于制造用于强化弹性体材料的钢绳的设备，所述装置除包括上面参照带涂层钢丝制造提到的设备的构件外，还包括用于搓合多根带涂层钢丝的装置。
附图说明
通过下面参照附图说明用于制造包含钢芯和由金属合金材料制成的涂层类型的、旨在强化弹性体材料的带涂层钢丝的根据本发明的方法的一些优选实施方案，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，在这些附图中，出于解释性而非限制性目的，给出用于制造旨在强化弹性体材料的、包含钢芯和由金属合金材料制成的涂层类型的带涂层钢丝的本发明的设备的两个不同的优选实施方案。
在附图中，图1和图2分别示意显示用于制造包含钢芯和由金属合金材料制成的涂层类型的带涂层钢丝的本发明设备的第一和第二优选实施方案的局部断面图，该第一和第二实施方案包括两种不同的阴极结构。
具体实施方式
在图1中示意显示了本发明设备的第一优选实施方案。在该图中特别显示出第一阴极结构。
在以下的说明中，出于解释性而非限制性目的，将介绍旨在强化诸如轮胎的带层的弹性体材料、包含钢芯和由二元金属合金制成的涂层的带涂层钢丝的制造，例如具有约60～72重量％的铜含量的黄铜。
参照图1，将由铜制成的第一阴极1和由锌制成的第二阴极2配置在包含真空淀积室4(承受第一预定压力)和同时承受比所述第一预定压力高的第二预定压力的第一和第二预处理室(未示出)的磁控管溅射单元3内，所述第一和第二预处理室分别位于真空淀积室4的上游和下游。
在图1中，第一阴极1和第二阴极2具有板状形状并位于金属丝束50之下，金属丝束50由多通路路径的钢芯5形成且包含基本上与磁控管溅射单元3的纵向延伸方向平行的金属丝长度。钢芯5具有约0.85～2.85mm的初始直径。根据所述实施方案，铜和锌分别沿各个第一和第二会聚溅射方向S1和S2被溅射到金属丝束50上。会聚溅射方向S1和S2在其间限定约90°的角度α。
将如图1所示的多个由铜制成的第一阴极1和多个由锌制成的第二阴极2沿磁控管溅射单元3的真空淀积室4的纵向展开方向连续配置。
根据另一实施方案(未示出)，将阴极1、2配置为形成交替位于金属丝束50以下和以上的多对阴极1、2。以这种方式，可以将更高品质的黄铜层淀积到钢芯5上。
在示意性的图1中没有示出本发明设备的其它构件，即，用于在磁控管溅射单元3内以基本上连续的方式沿预定路径传输钢芯的装置、分别与第一阴极1和第二阴极2连接的第一和第二可独立调节的电源以及用于以相互独立的方式分别调节第一和第二电源的功率的第一和第二功率调节器，因为它们本身是常规构件。
特别地，传输装置包含用于沿相应的多个向前的长度将钢芯5送入磁控管溅射单元3中的多个装置和用于沿相应的多个向后的长度将钢芯5送回的多个反向装置(counter-device)，这些向后的长度相对于向前的长度隔开预定的距离P。以这种方式，钢芯5形成位于水平面上的金属丝束50，这可有利地增加钢芯5在真空淀积室4内的停留时间。由于本身是常规装置，因此没有示出这些多个装置和反向装置。例如，这些装置和反向装置可包含位于磁控管溅射单元3的相对侧的滑轮和各个反向滑轮(counter-pulley)。
如图1所示，各个向前的长度相对于相邻的向后的长度隔开距离P，该距离P例如等于约3mm，这特别适于宽度为25cm的真空淀积室4。
下面参照上述设备说明用于制造包含钢芯5和由黄铜制成的涂层的带涂层钢丝的方法。
该方法还包括：旨在从线坯开始获得预定直径的钢芯5的一系列预备步骤，和对钢芯5执行的一系列预处理，例如，为了提高黄铜层与钢芯5的粘附性执行的用于消除钢表面的任何宏观褶皱的表面处理、以及用于获得更适于连续冷变形的珠光体结构的热处理。
根据所述方法，首先以例如约10～80m/min的速度、以基本上连续的方式沿上述预定的路径传输钢芯5。
在该方法的第二步骤中，由铜制成的阴极1和由锌制成的阴极2优选以基本上同时的方式共溅射到钢芯5上。
优选地，通过设定真空淀积室4内的压力为10-3～5×10-2毫巴量级、施加到电极之间的电压为约100～1000V、电流为约0.1～10A，实施共溅射步骤。溅射步骤基本上由以下操作构成：在通过施加上述电压产生的电场的作用下获得的载气离子对阴极进行离子轰击。更具体地，载气的离子向着阴极被加速，从而基本上导致一系列碰撞结果引起向阳极即向钢芯发射的阴极原子，自由电子也向着该钢芯被加速。自由电子通过碰撞使载气的其它原子离子化，因此只要供给足够的能量，该过程就不断重复并自我保持。
通过遵照上述优选的电压、电流和气体压力值，根据阴极1、2和钢芯5之间的距离，可有利地获得约100～1000m/min的黄铜淀积速率。就淀积效率而言，已发现作为阴极1、2的尺寸的函数，阴极1、2和钢芯5之间的距离特别优选为约几厘米到几十厘米。
在本发明方法的第三步骤中，作为希望的黄铜合金组成的函数独立地调整提供给所述阴极1、2中每一个的功率。
例如，参照图1中所示阴极的结构，为了获得具有60～72重量％铜含量的黄铜涂层，必须提供给铜阴极1约5.40～7.92kW的功率，且必须提供给锌阴极2约2.52～4.40kW的功率。
实施共溅射步骤，直到获得诸如约0.5～2.0μm的预定初始厚度的黄铜涂层。
在图1中所示的本发明方法的优选实施方案的另一步骤中，拉拔带涂层芯直到钢芯5具有小于预定初始直径的最终直径，且黄铜层具有小于预定初始厚度的最终厚度。
例如，钢芯5的初始直径为约0.85～3mm，并且，以获得具有0.10～0.50mm最终直径的芯的方式实施拉拔步骤。
优选地，在例如包含润滑油的乳状液槽中、并通过优选由碳化钨制成的拉模实施带涂层芯的拉拔步骤。
在这个拉拔步骤结束时，获得均匀且一致地涂敷有黄铜涂层的钢丝。
优选以基本上连续的方式实施本发明方法的所有步骤。
参照图2，显示了具有第二阴极结构的、本发明设备的第二优选实施方案。在以下的说明以及所述附图中，在结构上和功能上与上面参照图1所述等同的、用于制造带涂层钢丝的设备的元件将以相同的参考数字表示，并且将不作进一步的说明。
图2显示了金属丝束50的相对侧的两对6’、6”第一阴极1’、1”和第二阴极2’、2”。各对阴极6’、6”的配置使得分别沿各个第一会聚溅射方向S1’、S1”和第二会聚溅射方向S2’、S2”将第一和第二金属成分溅射到金属丝束上。例如，阴极对6’的阴极1’、2’分别由铜和锌制成。类似地，阴极对6”的阴极1”、2”分别由铜和锌制成。由于这种结构，可有利地在形成金属丝束50的钢芯5上获得均匀的黄铜涂层。
阴极1’、2’的第一对6’的会聚溅射方向S1’和S2’和阴极1”、2”的第二对6”的会聚溅射方向S1”、S2”限定各个角度α‘、α“，所述角度为约90°。
优选地，多个这种阴极对6’、6”沿磁控管溅射单元3的纵向延伸方向被连续配置在磁控管溅射单元3中。
参照图2中所示的设备，除通过以基本上同时的方式溅射上述阴极对6’、6”实施共溅射步骤以外，本发明的方法包括与上面参照本发明方法的第一实施方案所述的步骤相同的步骤。
例如，参照图2中所示的阴极的结构，为了获得具有60～72重量％铜含量的黄铜涂层，必须提供给铜阴极1’、1”约5.40～7.92kW的功率，且必须提供给锌阴极2’、2”约2.52～4.40kW的功率。
在不背离附属权利要求的范围的情况下，可以设想本发明的方法和设备的其它优选实施方案。例如，为了避免由于铜和/或锌阴极的消耗或由于形成涂层合金的金属成分类型的改变导致的溅射过程的任何中断，可以在第一真空淀积室中实施共溅射，将第二真空淀积室与第一个真空淀积室连续配置并设定为备用模式。在第二真空淀积室中，可以如上所述配置类似的板状阴极。第一和第二真空淀积室均包含优选约10-3～10-1毫巴的处于预定第一压力下的载气，例如氩气。
特别地，在传输到第一真空淀积室内之前，为了在使用第一和第二真空淀积室时保护它们免受灰尘和其它污染，分别在第一和第二真空淀积室的上游配置第一预处理室和第二预处理室。
可以进一步在第二真空淀积室的下游提供第三预处理室。换句话说，将第一预处理室、第一真空淀积室、第二预处理室、第二真空淀积室和第三预处理室连续配置。
第一、第二和第三预处理室可包含承受例如约0.5毫巴的高于所述第一预定压力的第二预定压力的氩气。
这样，可有利地以逐步方式在各个真空淀积室中实现希望的10-3～10-1毫巴的真空条件。
通过以下的示例性实施例进一步说明本发明。
(实施例1)
使用6m长的磁控管溅射单元，该磁控管溅射单元包含承受例如等于约5×10-2毫巴的第一预定压力的5m长的真空淀积室。分别在真空淀积室的上游和下游配置同时承受比所述第一预定压力高的第二预定压力(例如等于约0.5毫巴)的第一预处理室和第二预处理室。真空淀积室和预处理室包含承受上述压力值的相同的载气，例如氩气。在第二预处理室的下游将由碳化钨制成的拉模配置在包含润滑油的浴中，即在水中包含10重量％润滑剂的乳液。
真空淀积室包含分别由铜和锌(均具有99.9％的纯度)制成的十对板状第一和第二阴极(45×7×1cm)，这些板状第一和第二阴极交替排列在由沿上述多通路路径传输的钢芯形成的金属丝束的相对侧，设置各对第一和第二阴极为如图1所示分别沿各个第一和第二会聚溅射方向将铜和锌共溅射到金属丝束上。十对阴极依次交替排列在金属丝束以下和以上，以使属于两个连续阴极对的阴极交替。
阴极和金属丝束之间的距离等于约39mm。
用具有63重量％铜含量和37重量％锌含量和1.5μm的初始厚度的黄铜层涂敷直径为约1.14mm的钢芯。更具体地，以约70m/min的速度在预处理室中传输钢芯，然后以相同的速度沿位于基本上水平的面内的多通路路径在真空淀积室中以基本上连续的方式传输钢芯。路径包含总数为39个向前和向后的长度，每个长度为500cm并间隔约3mm的距离。
沿上述路径传输钢芯，并以基本上同时的方式将阴极共溅射到钢芯上，直到获得初始厚度为约1.5μm的黄铜。使用约350V的电压和约1.62A的电流。根据这种工作条件(电压、电流、气体压力值)，实现约800nm/min的黄铜淀积速率。
作为黄铜组成的函数，独立调节提供给所述第一和第二阴极中的每一个的功率。为此，使用第一和第二电源，每个电源分别与第一和第二阴极连接。为了获得上述黄铜组成，将第一电源即与铜阴极连接的电源设为5.67kW，将第二电源即与锌阴极连接的电源设为3.33kW。
随后，带黄铜的钢芯以约70m/min的速度在第二预处理室中传输，并通过拉模在乳状液池中将其最终拉拔到0.20mm的直径，这对应于最终厚度为0.20μm的黄铜层。
最后，提供如上所述获得的多根带黄铜钢丝的搓合步骤，以获得适于强化弹性体材料的绳索。
(实施例2)
使用根据实施例1中所述的磁控管溅射单元。
用具有67重量％铜含量和33重量％锌含量和1.5μm的初始厚度的黄铜层涂敷直径为约1.14mm的钢芯。如实施例1所述在第一预处理室中传输钢芯，随后沿与实施例1相同的路径并在实施例1所述的相同操作条件下在真空淀积室中传输钢芯。
为了获得这种黄铜组成，将第一电源即与铜阴极连接的电源设为6.03kW，将第二电源即与锌功率阴极连接的电源设为2.97kW。
随后，带黄铜的钢芯在第二预处理室中传输，并通过拉模在乳状液池中将其最终拉拔到0.22mm的直径，这对应于最终厚度为0.20μm的黄铜层。
如实施例1所述获得旨在强化弹性体材料的绳索并将其加入弹性体材料的物品中。
(实施例3)
除了真空淀积室包含五组板状阴极(45×7×1cm)且溅射单元的长度为约3m长以外，使用实施例1所述的相同磁控管溅射单元。各组阴极由两对第一和第二阴极组成，所述阴极分别由铜和锌(均具有99.9％的纯度)制成，这两对第一和第二阴极配置在金属丝束的相对侧以沿上述路径延伸。分别设置各对第一和第二阴极如图2的实施方案所示以便沿各个第一和第二会聚溅射方向将铜和锌共溅射到金属丝束上。将这五个组依次配置，以使各个组中的第一和第二阴极以及属于两个连续组的阴极交替。
用具有63重量％铜含量和37重量％锌含量和1.5μm的初始厚度的黄铜层涂敷直径为约1.60mm的钢芯。以约50m/min的速度在第一预处理室中传输钢芯，然后沿包含总数为23个向前和向后的长度的路径在真空淀积室中传输钢芯，每个长度为250cm并间隔约3mm的距离。
其余的操作条件与实施例1中所述的相同。
为了获得上述黄铜组成，将第一电源即与铜阴极连接的电源设为6.93kW，将第二电源即与锌功率阴极连接的电源设为4.07kW。
随后，带黄铜的钢芯在第二预处理室中传输，并通过拉模在乳状液池中将其最终拉拔到0.28mm的直径，这对应于最终厚度为约0.20μm的黄铜层。
如实施例1所述获得旨在强化弹性体材料的绳索并将其加入弹性体材料的物品中。
(实施例4)
使用根据实施例3中所述的磁控管溅射单元。
用具有67重量％铜含量和33重量％锌含量和1.5μm的初始厚度的黄铜层涂敷直径为约1.60mm的钢芯。如实施例3所述在第一预处理室中传输钢芯，随后沿与实施例3相同的路径并在与实施例3相同的操作条件下在真空淀积室中传输钢芯。
为了获得这种黄铜组成，将第一电源即与铜阴极连接的电源设为7.37kW，将第二电源即与锌功率阴极连接的电源设为3.63kW。
随后，带黄铜的钢芯在第二预处理室中被传输，并通过拉模在乳状液池中将其最终拉拔到0.28mm的直径，这对应于最终厚度为0.20μm的黄铜层。
如实施例1所述获得旨在强化弹性体材料的绳索并将其加入弹性体材料的物品中。

Claims (14)

1.一种用于制造带涂层钢丝的方法，所述钢丝包含钢芯(5)和由金属合金材料制成的涂层，该金属合金材料具有包含至少一种第一金属成分和至少一种第二金属成分的组成，该方法包括以下步骤：
a)以基本上连续的方式沿预定的路径传输钢芯(5)；
b)将由所述第一金属成分制成的至少一个第一供电的阴极(1；1’、1”)和由所述第二金属成分制成的至少一个第二供电的阴极(2；2’、2”)共溅射到沿所述预定路径移动的钢芯上，以获得由第一种组成的金属合金材料制成的涂层；和
c)调整提供给所述第一阴极(1；1’、1”)和第二阴极(2；2’、2”)中的至少一个的功率，以获得由第二种组成的金属合金材料制成的涂层。
2.根据权利要求1的方法，其中，沿基本上呈直线的路径实施所述传输步骤。
3.根据权利要求1的方法，其中，所述路径包含相隔预定距离(P)的至少一个向前的长度和至少一个向后的长度。
4.根据权利要求1的方法，其中，通过分别沿各个第一(S1；S1’、S1”)和第二(S2；S2’、S2”)会聚溅射方向相应地将所述第一和第二金属成分溅射到钢芯(5)上，实施所述共溅射步骤。
5.根据权利要求1的方法，其中，通过包含对所述至少一个第一阴极(1；1’、1”)和至少一个第二阴极(2；2’、2”)进行离子轰击的磁控管溅射技术实施所述共溅射步骤。
6.根据前述权利要求中的任一项的方法，其中，实施所述共溅射步骤，直到达到所述涂层的预定初始厚度，所述方法还包括拉拔带涂层钢丝直到钢芯(5)具有比预定初始直径小的最终直径且涂层具有比所述预定初始厚度薄的最终厚度的步骤。
7.根据权利要求1的方法，其中，通过独立调节提供给所述第一阴极(1；1’、1”)和第二阴极(2；2’、2”)中的每一个的功率，实施所述调节步骤。
8.一种用于制造带涂层钢丝的设备，所述钢丝包含钢芯(5)和由金属合金材料制成的涂层，该金属合金材料具有包含至少一种第一金属成分和至少一种第二金属成分的组成，该设备包括：
a)至少一个溅射单元；
b)用于在所述溅射单元内以基本上连续的方式沿预定路径传输所述钢芯的至少一个装置；
c)配置在所述溅射单元内的至少一个第一阴极(1；1’、1”)和至少一个第二阴极(2；2’、2”)，该至少一个第一阴极(1；1’、1”)由所述第一金属成分制成，该至少一个第二阴极(2；2’、2”)由所述第二金属成分制成；
d)与所述第一阴极(1；1’、1”)和第二阴极(2；2’、2”)中的至少一个连接的至少一个第一可调电源；和
与所述第一阴极(1；1’、1”)和第二阴极(2；2’、2”)中的至少另一个连接的至少一个第二可调电源，所述第二可调电源相对于所述第一可调电源是独立可调的。
9.根据权利要求8的设备，其中，所述溅射单元是磁控管溅射单元(3)。
10.根据权利要求8的设备，其中，所述传输装置包括至少一个用于沿各个第一向前的长度将钢芯送入所述溅射单元中的装置和至少一个用于沿各个向后的长度将钢芯送回的反向装置，所述向后的长度相对于所述向前的长度间隔预定的距离(P)。
11.根据权利要求8的装置，其中，所述至少一个第一阴极(1；1’、1”)和所述至少一个第二阴极(2；2’、2”)相对于钢芯(5)配置，使得分别沿各个第一(S1；S1’、S1”)和第二(S2；S2’、S2”)会聚溅射方向将所述第一金属成分(S1；S1’、S1”)和第二金属成分(S2；S2’、S2”)溅射到钢芯上。
12.根据权利要求11的设备，其中，所述至少第一(S1；S1’、S1”)和至少一个第二(S2；S2’、S2”)会聚溅射方向相互之间限定60～120°的角度(α‘；α“)。
13.根据权利要求8的设备，包括配置在钢芯(5)的相对侧的至少两对(6’、6”)第一(1；1’、1”)和第二(2；2’、2”)阴极，其中，配置各对(6’、6”)第一(1；1’、1”)和第二(2；2’、2”)阴极使得分别沿各个第一(S1；S1’、S1”)和第二(S2；S2’、S2”)会聚溅射方向将所述第一和第二金属成分溅射到钢芯(5)上。
14.根据权利要求8的设备，包括多组阴极，每个组包含配置在钢芯(5)的相对侧的至少两对(6’、6”)第一(1；1’、1”)和第二(2；2’、2”)阴极，其中，配置各对(6’、6”)第一(1；1’、1”)和第二(2；2’、2”)阴极使得分别沿各个第一(S1；S1’、S1”)和第二(S2；S2’、S2”)会聚溅射方向将所述第一和第二金属成分溅射到钢芯(5)上。
CNB2004800428574A 2004-03-31 2004-03-31 涂敷有金属合金层的金属丝的制造方法和设备 Expired - Fee Related CN100564584C (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2004/003623 WO2005095668A1 (en) 2004-03-31 2004-03-31 Method and apparatus for producing a metal wire coated with a layer of metal alloy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1942602A CN1942602A (zh) 2007-04-04
CN100564584C true CN100564584C (zh) 2009-12-02

Family

ID=34957336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004800428574A Expired - Fee Related CN100564584C (zh) 2004-03-31 2004-03-31 涂敷有金属合金层的金属丝的制造方法和设备

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8133358B2 (zh)
EP (1) EP1730322B1 (zh)
CN (1) CN100564584C (zh)
AT (1) ATE492663T1 (zh)
BR (1) BRPI0418686B1 (zh)
DE (1) DE602004030718D1 (zh)
WO (1) WO2005095668A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101678715B (zh) 2007-06-05 2012-09-05 倍耐力轮胎股份公司 轮胎、金属缆和制造金属缆的方法
HUE025761T2 (en) 2009-12-23 2016-05-30 Bekaert Sa Nv Copper-coated wire and process containing zinc gradient in the coating
US9121880B2 (en) 2011-11-04 2015-09-01 Infineon Technologies Ag Magnetic sensor device
US9201123B2 (en) * 2011-11-04 2015-12-01 Infineon Technologies Ag Magnetic sensor device and a method for fabricating the same
CN105970166A (zh) * 2016-05-20 2016-09-28 广东蒙泰纺织纤维有限公司 一种丙纶纤维导线的制造方法
EP3575449A4 (en) * 2017-01-26 2020-12-09 Nippon Steel Corporation CLADED STEEL WIRE, STEEL ROPE AND RUBBERIZED STEEL WIRE COMPOSITE
US10711344B2 (en) * 2017-08-29 2020-07-14 Taichi Metal Material Technology Co., Ltd. Process for making composite product by plating alloy film on carbon fiber core

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4880515A (en) * 1987-06-03 1989-11-14 Bridgestone Corporation Surface treatment method
US5135554A (en) * 1991-05-20 1992-08-04 Hughes Aircraft Company Method and apparatus for continuous sputter coating of fibers

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3979273A (en) 1975-05-27 1976-09-07 United Technologies Corporation Method of forming aluminide coatings on nickel-, cobalt-, and iron-base alloys
US4101731A (en) * 1976-08-20 1978-07-18 Airco, Inc. Composite multifilament superconductors
US4252626A (en) * 1980-03-10 1981-02-24 United Technologies Corporation Cathode sputtering with multiple targets
EP0241721B1 (en) 1986-03-18 1992-09-23 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Conductor and method of producing the same
US4851095A (en) * 1988-02-08 1989-07-25 Optical Coating Laboratory, Inc. Magnetron sputtering apparatus and process
GB9006073D0 (en) * 1990-03-17 1990-05-16 D G Teer Coating Services Limi Magnetron sputter ion plating
US5292419A (en) * 1990-12-20 1994-03-08 Leybold Aktiengesellschaft Sputtering unit
IT1273334B (it) 1994-02-24 1997-07-08 Pirelli Filo metallico trattato superficialmente per renderlo adatto all'impiego in elementi compositi in materiale elastomerico e procedimento per la sua realizzazione
IT1273696B (it) 1994-07-28 1997-07-09 Pirelli Filo metallico trattato superficialmente per la realizzazione di strutture di rinforzo di manufatti in elastomerico e procedimento per la sua realizzazione
DE29600991U1 (de) * 1996-01-20 1997-05-22 Straemke Siegfried Dr Ing Plasmareaktor
ATE226650T1 (de) 1998-03-27 2002-11-15 Pirelli Oberflächenbehandeltes metallkomponent für die verstärkung von strukturen für produkte aus vulkanisiertem elastomerem material und daraus hergestellter gegenstand

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4880515A (en) * 1987-06-03 1989-11-14 Bridgestone Corporation Surface treatment method
US5135554A (en) * 1991-05-20 1992-08-04 Hughes Aircraft Company Method and apparatus for continuous sputter coating of fibers

Also Published As

Publication number Publication date
EP1730322B1 (en) 2010-12-22
WO2005095668A1 (en) 2005-10-13
US20070205094A1 (en) 2007-09-06
WO2005095668A8 (en) 2006-04-13
BRPI0418686A (pt) 2007-06-12
EP1730322A1 (en) 2006-12-13
CN1942602A (zh) 2007-04-04
DE602004030718D1 (de) 2011-02-03
ATE492663T1 (de) 2011-01-15
BRPI0418686B1 (pt) 2013-07-23
US8133358B2 (en) 2012-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102922065B (zh) 用于放电加工的电极丝和用于制造该电极丝的方法
CN100564584C (zh) 涂敷有金属合金层的金属丝的制造方法和设备
EP0337517B1 (en) Metal fibers obtained by bundled drawing
CN1732283B (zh) 制备涂覆的金属线的方法
CN1875128A (zh) 涂覆金属涂层的不锈钢带
KR20140051734A (ko) 방전가공용 전극선 및 그 제조방법
CN100484738C (zh) 通过等离子淀积技术制造涂敷金属丝的方法
JP2825931B2 (ja) ステンレススチールストリップの連続エッチングおよびアルミニウム鍍金法およびその装置
CN1977067B (zh) 生产涂覆有黄铜层的金属线的方法
JPH0755407B2 (ja) ワイヤ放電加工用電極線の製造方法
JPH07268605A (ja) 合金化Ｚｎ−Ｍｇ蒸着めっき鋼板の製造方法
JP2645837B2 (ja) ワイヤーロープの表面処理方法
CN111719131A (zh) 一种带镀层变厚度钢板的生产工艺
JPH02118088A (ja) 加工性、塗装性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法
JPH02138481A (ja) 加工性、塗装性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法
CN115787051A (zh) 一种钢丝绳生产加工用镀锌处理工艺
JPH02118087A (ja) 加工性、塗装性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板及びその製造方法
JPH04218660A (ja) 高耐食性Ｚｎ−Ｓｉ系蒸着めっき金属材
JPH07188971A (ja) アルミニウムおよびアルミニウム合金板の亜鉛系めっき 方法
JP2727595B2 (ja) 加工性、塗装性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法
JPS6311435B2 (zh)
JP2000328290A (ja) 電気亜鉛めっき鋼板およびその製造方法
JPH04218661A (ja) 耐食性、密着性、スポット溶接性に優れた蒸着めっき金属材
JPH02138482A (ja) 加工法、塗装性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法
JPH02122082A (ja) 加工性、塗装性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: NV BEKAERT SA

Free format text: FORMER OWNER: PIRELLI PENEUMATICI S. P. A.

Effective date: 20150819

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20150819

Address after: Belgium, Graham Weaver

Patentee after: NV Bekaert SA

Address before: Milan Italy

Patentee before: Pirelli Peneumatici S. P. A.

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20091202

Termination date: 20210331