CN101346795A - 金属带材的磁控溅射真空抛光的方法和设备 - Google Patents

金属带材的磁控溅射真空抛光的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及金属带材(4)在真空腔(2)中的磁控溅射真空抛光方法，所述金属带材(4)面对着对电极(5)在支承辊(3)上行进，其中，在所述金属带材(4)附近在气体中形成等离子体，以产生作用于该金属带材(4)的基团和/或离子，其特征在于，在一系列的具有不同宽度且固定的至少两个封闭的磁路(7)中，选用宽度基本等于所述金属带材(4)宽度的至少一封闭的磁路(7)，然后引导被选用的磁路(7)以使之面对着所述金属带材(4)定位，其后对运动中的所述金属带材(4)进行抛光。本发明也涉及用于实施所述方法的抛光设备(1)。

Description

金属带材的磁控溅射真空抛光的方法和设备
技术领域
[01]本发明涉及金属带材例如钢带的磁控溅射真空抛光的方法和设备。
背景技术
[02]在钢带真空镀覆作业时，带材在镀层之前的清洁状态是成功的关键因素之一，因为它决定待沉积镀覆层的良好附着力。为此所使用的方法之一是磁控溅射真空抛光，也称为腐蚀处理。该方法在于在可产生基团和/或离子的气体中，在带材和对电极之间形成一等离子体。在正常工作条件下，这些离子朝待除垢带材的表面加速，且去除表面原子，从而净化可能污染的表面并使之活化。
[03]待除垢带材在一真空室中面对于一对电极移动。所述对电极相对于基体进行正极化，所述基体本身优选接地。定位在带材后部的一组磁铁约束在其附近产生的等离子体。为了使待处理金属带材相对于实施磁控溅射所需的对电极进行非常准确的定位，金属带材一般布置在一支承辊上，所述支承辊可围绕其轴转动。
[04]在工业规模上实施这种表面处理，要求对所述方法有额外限制。尤其是，必须使抛光表面的宽度适合于钢带的宽度，而钢带的宽度随时间可能变化。这种适应性要求限制在待除垢金属带材所限定的区域在等离子体中产生的基团或离子的作用。
[05]为此，公知的是，专利EP-A-0603587提出一种设备，其可利用等离子均匀地腐蚀一基体。这种设备可在小长度上移动抛光区域，但是不沿任何方向改变其尺寸。其使基体的腐蚀更均匀，但实际上不能适应于待处理带材的宽度变化。
[06]公知的是，EP-A-0878565提出多种设备，其旨在解决待腐蚀处理的基体的宽度变化的这种问题。图4和5所示的第一种装置使用一磁路，所述磁路由三个相同宽度的单元回路组成。中央回路是固定的，而其它两个回路可相对于带材侧向地移动，以使总磁路的宽度适合于带材的宽度。当带材不定位在一辊上或置于一不导电辊上时，难以形成在带材上局部延伸和在一绝缘表面上局部延伸的一导道(race track)。实际上，边缘趋向于形成一不均匀的电场(尖端效应)，当希望提高功率时，该处的断断续续的导道会出现很多电弧。因此，装置仅仅在侧磁路没有面对着钢带或完全面对着钢带时工作。但是，在后一种情况下，抛光不均匀，因为磁路的作用面交叠以适于带材的宽度。
[07]当带材定位在一导电辊上时，所述装置要工作必然会对该装置造成较大的连续腐蚀，从而导致频繁的更换。
[08]该文献提出第二装置，如图1至3所示，其使用的一磁路由矩形框架形的永久磁铁3(北极)和由三个连续的平行棒形成的永久磁铁4(南极)构成，反之亦然。南极的中央棒4a如同形成北极的框架3的纵向侧边3a那样是固定的。框架3的端部侧边3b和南极的棒4b可相对于带材的移动方向在横向方向上一起滑动。当带材未定位在一辊上或置于一不导电辊上时，在边缘处再度存在问题。当磁路略微超过带材的边缘以使该部分正确抛光时，电弧出现。此外，当磁铁4的作用面交叠以适于带材的宽度时，抛光不均匀。
[09]相反，当带材定位在一导电辊上时，当磁铁4的作用面交叠时，抛光始终不均匀。此外，当带材窄小时，未面对着待处理表面的北极磁铁3a也干扰磁场。
[10]该文献也提出如图6所示的第三装置，其采用多单元结构的磁路。这种结构由一系列独立的磁路2′、2″等构成，这些磁路呈连续排12、12′等的方式延伸。如果带材未定位在一圆柱形辊上或置于一不导电辊上，那么，设备工作，但是在与带材边缘交叉的磁路处形成电弧。如果带材定位在一导电辊上，那么，设备不再使抛光宽度适合于基体的不同宽度。
发明内容
[11]因此，本发明旨在弥补现有技术中的方法的缺陷，提出在支承辊上行进的金属带材的表面的磁控溅射真空抛光方法和设备，其可使处理适合于带材宽度的变化，并均匀地处理整个表面且不损坏支承辊。
[12]为此，本发明首先涉及金属带材在真空腔中的磁控溅射真空抛光方法，所述金属带材面对着对电极在支承辊上行进，其中，在所述金属带材附近在气体中形成等离子体，以产生作用于该金属带材的基团和/或离子，其特征在于，在一系列的具有不同宽度且固定的至少两个封闭的磁路中，选用宽度基本等于所述金属带材宽度的至少一封闭的磁路，然后引导被选用的磁路以使之面对着所述金属带材定位，其后对运动中的所述金属带材进行抛光。
[13]本发明的方法还可单独地或以组合方式具有以下特征：
[14]-支承辊是导电辊，
[15]-所述一个或多个封闭的磁路包括由边靠边布置的磁铁组成的磁铁排，两连续的磁铁排具有相反的极性，
[16]-被选用的一个或多个磁路产生与所述金属带材相切的磁场，所述磁场的强度大于300高斯，
[17]-所述一个或多个磁路布置在圆柱形支承件的外表面上，所述圆柱形支承件以与所述支承辊同心的方式布置在该支承辊内部，所述圆柱形支承件围绕其轴转动地进行活动，
[18]-所述一个或多个磁路布置在低碳钢磁轭上，
[19]-所述一个或多个磁路按渐增的尺寸布置于所述圆柱形支承件的表面，
[20]-未被选用的磁路由中和装置遮蔽，从而不使这些磁路的100高斯以上的磁场朝所述金属带材通过，
[21]-所述中和装置分成两部分，这两部分定位在所述一个或多个磁路的两侧，从而限定抛光窗口，
[22]-首先处理具有恒定宽度L1的第一金属带材卷筒，然后处理具有恒定宽度L2的第二卷筒，所述第一卷筒利用被带到带材之上的具有宽度L1的封闭磁路加以处理，然后退回所述磁路，以便由具有宽度L2的第二磁路取代，利用所述第二磁路处理具有恒定宽度L2的所述第二金属带材卷筒，
[23]-然后，经过抛光的金属带材被真空涂覆上保护镀层，
[24]-金属带材是钢带。
[25]本发明还涉及金属带材的磁控溅射真空抛光设备，所述设备包括面对着对电极的支承辊、使所述金属带材极化的部件、允许在所述金属带材与所述对电极之间在气体中形成等离子体的部件、一系列的具有不同宽度且固定的至少两个封闭磁路——每个封闭磁路单独就能处理金属带材的整个宽度、以及将一个或多个所述磁路引到所述金属带材对面的部件。
[26]本发明的设备还可单独地或以组合方式具有以下特征：
[27]-支承辊是导电辊，
[28]-所述一个或多个封闭磁路包括由边靠边布置的磁铁组成的磁铁排，两连续的磁铁排具有相反的极性，
[29]-所述一个或多个磁路能产生与所述金属带材相切的磁场，所述磁场的强度大于300高斯，
[30]-所述一个或多个磁路布置在圆柱形支承件的外表面上，所述圆柱形支承件以与所述辊同心的方式布置在所述支承辊内部，所述圆柱形支承件围绕其轴转动地进行活动，
[31]-所述一个或多个磁路布置在低碳钢磁轭上，
[32]-所述一个或多个磁路按渐增的尺寸布置于所述圆柱形支承件的表面，
[33]-它还包括中和装置，从而不使这些磁路的100高斯以上的磁场朝所述金属带材通过，
[34]-所述中和装置分成两部分，这两部分能定位在所述一个或多个磁路的两侧、在所述金属带材和所述对电极之间。
附图说明
[35]现在，参照附图详述本发明，附图如下：
[36]图1是按本发明的设备的一实施方式的剖面示意图；
[37]图2是图1所示设备的一部分的俯视示意图。
具体实施方式
[38]首先参看图1，其示出按本发明的设备1，所述设备1包括真空室2，所述真空室2中安装有支承辊3，所述支承辊3具有圆柱形表面且可围绕一轴转动。待除垢钢带4面对着对电极5卷绕在该辊3周围。所述对电极相对于钢带被正极化，而钢带本身优选接地。
[39]对电极系统可由一个或多个电极构成，且可采用不同的形状，例如线形。
[40]在辊3内部安装有鼓形支承件6，所述鼓形支承件在其内部接纳一定数量的磁路7。支承辊3的直径必须足以在其内部接纳适当数量的磁道7，所述磁道适于制造范围内的所有宽度。
[41]由于辊3不断地被超过带材4的边沿的等离子体腐蚀，因此，其工作台被认为是易损件。辊3必须易于调整，且工作台在使用期限结束时必须易于更换。所述使用期限取决于表面溅射速度。可以选择腐蚀速度较低的导电镀层，以改善其使用期限。
[42]辊3也可以接地，且优选是导电的。实际上，该实施方式在抛光时可限制、甚至避免在带材边沿上出现电弧，出现电弧则可能使得在带材的中央与其边沿之间的处理不均匀。
[43]鼓形件(tambour)6在生产过程中可在支承辊3内被促使转动。该鼓形件6的直径必须足以接纳适当数量的磁道7，所述磁道可适于制造范围内的所有宽度。
[44]如图2所示，磁路7具有不同的宽度，且宽度沿着与钢带4的移动方向呈横向的方向渐增。
[45]每个磁路7由磁铁8构成，所述磁铁可安装在低碳钢构件上。它们或者可以是嵌装在鼓形件上的独立元件，或者也可以是用作台架的一环段。
[46]有利地，磁铁8下面的低碳钢磁轭可加强磁控安装件之上引起的磁场，且避免场力线在磁铁8后部远处损失。
[47]磁铁8布置为形成至少一封闭磁道，其中，与带材相切的磁场大于300高斯，优选地大于500高斯。
[48]优选地，同一排的磁铁8边靠边地布置，以避免磁场的会降低约束效率的雉堞形畸变。
[49]此外，如图1所示，中和罩9围绕整个支承辊3，抛光窗口中的工作部分除外。罩9可用非铁磁性材料制成，且可为实心体积或中空但封闭的体积。所述罩9的厚度是这样的：来自它们的磁场小于100高斯，优选小于50高斯，从而避免等离子体延伸到抛光区域之外。
[50]现在来说明按本发明的装置的工作情况。当希望钢制、铝制、铜制等的金属带材4除垢时，将金属带材加以极化、例如负极化，且使之行进到真空腔2中。等离子体存在于该真空腔2中，位于被正极化的对电极与带材4之间。离子和/或基团对带材4的轰击使得所述带材被抛光。
[51]通过鼓形件6的转动，选择所需宽度的所述一个或多个磁路7，并使所述磁路面对着对电极5定位。磁场9的中和罩定位在所述的一个或多个磁路7的两侧，以使抛光窗口调节到行进带材4的准确尺寸。当带材4改变宽度时，只需转动鼓形件6，直至具有适当宽度的磁路7面对着对电极定位。
[52]由此可见，按本发明的装置和方法可简单而有效地处理具有可变宽度的金属带材，均匀地处理其整个表面包括边沿，不产生电弧并且不会损坏未经受抛光的支承辊。
[53]此外，按本发明的装置也可用于一个接一个地处理宽度恒定但不同的连续金属带材卷筒。因此，如果必须先处理具有恒定宽度L1的第一带材卷筒，然后处理具有恒定宽度L2的第二带材卷筒，那么，首先要使具有宽度L1的第一磁路7定位在带材4之上且处理整个第一卷筒，而无需改变设备。然后，转动鼓形件6，使得具有宽度L2的第二磁路7面对带材4的路径，并且在罩9定位以使其它未被选择的磁路7失去作用之后，处理具有宽度L2的第二带材卷筒。因此，根据工业生产线的制造范围，优选可配设一鼓形件6，该鼓形件配有与该制造范围出现的带材宽度同样多的磁路7。

Claims (21)

1.金属带材(4)在真空腔(2)中的磁控溅射真空抛光方法，所述金属带材(4)面对着对电极(5)在支承辊(3)上行进，其中，在所述金属带材(4)附近在气体中形成等离子体，以产生作用于该金属带材(4)的基团和/或离子，
其特征在于，在一系列的具有不同宽度且固定的至少两个封闭的磁路(7)中，选用宽度基本等于所述金属带材(4)宽度的至少一封闭的磁路(7)，然后引导被选用的磁路(7)以使之面对着所述金属带材(4)定位，其后对运动中的所述金属带材(4)进行抛光。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支承辊(3)是导电辊。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述一个或多个封闭的磁路(7)包括由边靠边布置的磁铁(8)组成的磁铁排，两连续的磁铁排具有相反的极性。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，被选用的一个或多个磁路(7)产生与所述金属带材(4)相切的磁场，所述磁场的强度大于300高斯。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述一个或多个磁路(7)布置在圆柱形支承件(6)的外表面上，所述圆柱形支承件(6)以与所述支承辊(3)同心的方式布置在该支承辊(3)内部，所述圆柱形支承件(6)围绕其轴转动地进行活动。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述一个或多个磁路(7)布置在低碳钢磁轭上。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述一个或多个磁路(7)按渐增的尺寸布置于所述圆柱形支承件(6)的表面。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，未被选用的磁路(7)由中和装置(9)遮蔽，从而不使这些磁路(7)的100高斯以上的磁场朝所述金属带材(4)通过。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述中和装置(9)分成两部分，这两部分定位在所述一个或多个磁路(7)的两侧，从而限定抛光窗口。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，首先处理具有恒定宽度L1的第一金属带材卷筒(4)，然后处理具有恒定宽度L2的第二卷筒，所述第一卷筒利用被带到带材(4)之上的具有宽度L1的封闭磁路(7)加以处理，然后退回所述磁路(7)，以便由具有宽度L2的第二磁路(7)取代，利用所述第二磁路(7)处理具有恒定宽度L2的所述第二金属带材卷筒(4)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属带材(4)是钢带。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，然后，经过抛光的金属带材(4)被真空涂覆上保护镀层。
13.金属带材(4)的磁控溅射真空抛光设备(1)，所述设备包括面对着对电极(5)的支承辊(3)、使所述金属带材(4)极化的部件、允许在所述金属带材(4)与所述对电极(5)之间在气体中形成等离子体的部件、一系列的具有不同宽度且固定的至少两个封闭磁路(7)——每个封闭磁路单独就能处理金属带材(4)的整个宽度、以及将一个或多个所述磁路(7)引到所述金属带材(4)对面的部件。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述支承辊(3)是导电辊。
15.根据权利要求13或14所述的设备，其特征在于，所述一个或多个封闭磁路(7)包括由边靠边布置的磁铁组成的磁铁排(8)，两连续的磁铁排具有相反的极性。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的设备，其特征在于，所述一个或多个磁路(7)能产生与所述金属带材(4)相切的磁场，所述磁场的强度大于300高斯。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的设备，其特征在于，所述一个或多个磁路(7)布置在圆柱形支承件(6)的外表面上，所述圆柱形支承件(6)以与所述辊(3)同心的方式布置在所述支承辊(3)内部，所述圆柱形支承件(6)围绕其轴转动地进行活动。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的设备，其特征在于，所述一个或多个磁路(7)布置在低碳钢磁轭上。
19.根据权利要求17或18所述的设备，其特征在于，所述一个或多个磁路(7)按渐增的尺寸布置于所述圆柱形支承件(6)的表面。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的设备，其特征在于，它还包括中和装置(9)，从而不使这些磁路(7)的100高斯以上的磁场朝所述金属带材(4)通过。
21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述中和装置(9)分成两部分，这两部分能定位在所述一个或多个磁路(7)的两侧、在所述金属带材(4)和所述对电极(5)之间。
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