CN104507587A - 用于热和/或动态涂覆系统的可移动掩模 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涂覆系统的掩模，所述涂覆系统具有用于待涂覆的基片的不被涂覆的区域的覆盖装置，所述基片具有暴露到涂覆材料流的工作侧面，其中，用于不被涂覆的区域的覆盖装置(2)包括至少一个可被旋转的圆盘(3)，其圆盘上侧面垂直于涂层材料流定位。本发明另一步方面包括一种热和/或动态涂覆系统，该涂覆系统具有至少一个喷涂装置，以及生产涂覆的基片的相应方法。

Description

用于热和/或动态涂覆系统的可移动掩模

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于涂覆系统的掩模，涉及一种根据权利要求9前序部分的涂覆系统，以及涉及一种用于通过涂覆系统生产涂覆的基片的方法。

冷气动力喷涂(cold-gas dynamic spraying)是高动能涂覆工艺，其中借助惰性气体和高达40bar的压力以及1000米/秒以上的气体速度，金属粒子被非常强有力地加速。粒子以固态施加到部件表面，其中，基片不会熔化。在将涂覆粒子碰撞到待涂覆的基片上的过程中，由于高速度，粒子以与基片表面相同的方式变形，使得产生材料的融合和涂覆材料的粘附。在这种情况下，形成了带有非常低氧化物含量的紧凑和强烈粘附的涂层。

经常需要仅在表面的局部区域内涂覆基片。为此，已经知晓了掩模技术，通过该掩模技术，覆盖了不需涂覆的基片表面的区域。由于它们无法承受高粒子速度，诸如胶带或硅掩模的传统覆盖物通常不充分。另一方面，诸如金属或塑料的稳定材料本身被涂覆，使得在掩模上产生牢牢粘附的涂层，这导致了在使用后必须处理掩模。

由于持续发展，同时也已知了多重可用的掩模。因此，一种用于多重用途的动态冷气动力压制的掩模从印刷文献DE 10 2008 056 652 A1中出现。在这种情况下提出的掩模为：在面对涂覆源的侧面上被设计成很坚硬，使得在被施加的动态冷气动力压制过程中，不发生工作侧面的表面变形，即塑性变形。因此，避免了掩模的表面材料和碰撞的涂覆粒子被被变形以及彼此融合的效果，因此它们形成坚硬涂层。掩模可以在使用后清洗并再次使用。

一种通过冷动态压制或动态冷气动力喷涂涂覆部件的覆盖装置从印刷文献DE 10 2008 025 510 A1中已知。使用覆盖装置，待涂覆部件的表面区域被再次覆盖。覆盖装置以如下方式被成型为掩模，使得在不进行涂覆的区域内，表面具有锯齿状结构。该表面的预期效果是涂覆材料的粒子从部件偏离，使得该材料不粘附到表面结构。

一种用于涂覆系统的具有作为旋转印模(stenciling)圆盘的覆盖装置的掩模从印刷文献DE 692 922 A和DE 82 10 872 U1中已知。印模圆盘被设计成一个在另一个以上并且彼此成锐角，以遮蔽不被涂覆的工件的区域。

本发明基于进一步发展的一种用于诸如冷气动力喷涂的涂覆系统的掩模的目的，其中确保了多重或连续的使用。也详述了一种生产方法。

对于掩模，本发明由权利要求1的特征所反映。对于涂覆系统，本发明的另一步方面由权利要求9的特征所反映，以及对于用于生产涂覆的基片的方法，由权利要求16的特征所反映。另外的相关权利要求涉及本发明的有利形式和发展。

本发明包括一种用于涂覆系统的掩模，该掩模具有用于待涂覆的基片的不被涂覆的区域的覆盖装置，所述基片具有暴露在涂覆材料流中的工作侧面，其中用于不被涂覆的区域的覆盖装置包括至少一个旋转圆盘，旋转圆盘的上侧面垂直于涂覆材料流。

在这种情况下，本发明基于以下的考虑：在沉积过程中，在覆盖装置的区域内的掩模被连续地涂覆涂覆材料。通过圆盘的旋转，在覆盖装置上的表面涂层被连续地从喷射流(spray jet)中引导出去，到不受喷射流影响的点，在该处表面可被再次清洗。喷射流仅在不由覆盖装置占据的点处碰撞基片。为此，提供了至少一个圆盘。然后单个圆盘具有合适的开口，通过所述开口喷射流可穿透到基片。在两个或多个旋转圆盘的情况下，旋转圆盘彼此之间相距一定距离，使得喷涂间隙能够使喷涂材料流到基片表面上。因此，在表面上产生局部连续涂层，例如在带状材料的通过(throughput)方向。可以通过可调节圆盘将涂覆间隙调整到所需尺寸。

用作覆盖装置的旋转圆盘具有上侧面，端面和下侧面。在这种情况下，圆盘上侧面垂直于涂覆材料流并暴露于此。然而，如果仍能确保圆盘上侧面的阴影效应，圆盘上侧面也可轻微倾斜垂直方向并且是接受的。圆盘下侧面位于阴影区域内。由于涂覆材料通常经由集束喷射(bundled jet)沉积，因此仅在旋转圆盘的上侧面上的外缘区域被涂覆材料连续地覆盖。在多个圆盘的情况下，上侧面或下侧面被相邻地布置在一个平面内。在每种情况下，圆盘旋转经由彼此平行并横向地间隔分开的旋转轴线进行。旋转轴线分开的距离，使得间隙在各自圆盘的端面之间形成，涂覆材料穿过该间隙并到达基片的工作侧面。换句话说，旋转轴线之间的间隔对应于圆盘半径之和，包括存在于圆盘之间的沉积间隙。

对于待涂覆的基片，它通常是板、杆或环形(endless)带状材料，该环形带状材料被直接地引导通过在使用过程中旋转的圆盘下方。从旋转圆盘的距离也相应地减到最小。

对于旋转圆盘相对于喷射流的半径，旋转圆盘的尺寸选择为，使得圆盘的外缘曲率对沉积区域的边缘区域不具有明显影响。换句话说，喷射流被局部地布置，使得掩模的覆盖边缘区域的作用类似于彼此平行延伸的阴影。以这种方式，涉及不被涂覆的区域的尖锐轮廓线在覆盖的边缘区域内形成。旋转圆盘的旋转速度在这种情况下与涂覆材料的数量匹配。在阴影区域内圆盘的旋转方向通常被选择为带状运动方向，使得带和圆盘是单向的。沉积在覆盖装置的表面上的涂覆材料在这种情况下仅具有很小厚度，使得涂覆特征没有因此改变。

具体优点是，由于当前掩模技术，连续生产，特别地带状材料，是特别经济的。例如，铜或铜合金带以这种方式可设置在整个表面或局部地设置铝涂层。这种涂覆系统例如用于作为蓄电池连接器的选择性涂覆铝的铜带。对于该技术，也可以意识到的是，涂覆材料不会熔化，以及因此不会发生可能破坏性的相态转换的风险。对于适当参数下的沉积，也可发生基片的极低热负荷。以这种方式，可以产生几乎无孔的涂层。

在本发明的优选实施例中，可以使用一种热和/或动力涂覆系统，特别地冷气动力喷涂系统。术语热和/或动态喷涂系统涉及根据火焰喷涂、爆炸喷涂、等离子喷涂、激光喷涂、电弧喷涂、冷气动力喷涂，等离子-电弧转移涂覆(PTA)(plasma transfer arc coating)或高速氧气火焰喷涂(HVOF)原理的沉积装置。对于这些方法，涂覆材料通过喷射流沉积。

一种清洗装置可有利地被布置在每个旋转圆盘的远离基片的侧面上。不用于涂覆所述基片的所述喷射流的一部分在极大程度上由覆盖装置所遮蔽，并且也沉积在其上。所述喷射流的材料也因此连续地沉积在所述旋转圆盘的表面上。由于圆盘的旋转，所沉积的材料到达远离所述基片的位置，其中清洗装置清洗被涂覆的表面。可通过刷、磨、剥离叶片甚至仅通过擦拭机械移除进行该清洗。每个清洗装置通常具有存储容器或抽吸装置，该存储容器或抽吸装置接收从圆盘表面被移除的材料或立即将其传输走。由于旋转圆盘的进一步旋转，一旦清洗了的表面再次到达喷射流的区域，其实施了作为覆盖装置的功能。以这种方式，旋转圆盘连续地在一侧被涂覆，而在另一侧上连续地被清洗，使得这种掩模能够连续被使用。

在本发明的优选实施方式中，可以布置两个反转圆盘，这两个反转圆盘相互隔开使得保留涂覆间隙。对于优选使用的带状材料，圆盘以水平放置的方式布置在带状材料上，并在每种情况下紧固在旋转轴上。选择圆盘半径，使得基片的某一部分保持不被遮挡并可由喷射流涂覆。在带的纵轴上连续地延伸的局部涂层通常以这种布置产生。

此外，也可能的是，旋转圆盘的涂覆间隙在待产生的涂层宽度内易变地可调节的。在这种情况下，变化意味着旋转圆盘的转动轴线可横向于带方向移动，以这种方式涂层间隙可被选择为更大或更小，而圆盘不必交换。

在本发明的有利实施方式中，所述至少一个旋转圆盘具有用于选择性沉积的波纹或锯齿状外轮廓和/或开口。对于带有两个圆盘的覆盖装置，特别地使用波纹或锯齿状外轮廓。

由于这种外轮廓，间隙尺寸在涂覆过程中可以改变，以在沉积过程中实现沉积涂层的特定几何形状。旋转圆盘内的开口，类似于隔膜，用于产生圆形或椭圆形沉积物，或以另一种方式限定的沉积物。这样，可以在带上产生大量的不同的局部或连续覆盖涂层。

旋转圆盘的表面优选地对待喷涂的材料具有很差的粘附性。为了能够在处理过程中连续地清洗圆盘，有利的是，圆盘表面很容易地再次释放被沉积在那里的喷涂材料。因此，例如甚至擦拭可以满足，以在此再生圆盘表面。

在本发明的有利实施方式中，至少旋转圆盘的所述表面可包括钢、硬金属、陶瓷、玻璃、钻石状无定形碳(DLC)、硬铬或石墨。这种材料具有足够的硬度，以免在喷射流下的表面变形。所述材料特别地也在某种程度上耐热，使得它们相对于喷射流的温度稳定，不会出现任何局部熔化或熔合现象。此外，材料与涂覆材料相比极端坚硬。以这种方式，圆盘可在连续生产中具有很长的使用寿命而不必调换。

本发明另一方面包括一种带有至少一个喷涂装置的热和/或动态涂覆系统，其中，提供了一种线性地和连续地引导基片的运输装置，所述基片将在所述至少一个喷涂装置以下被涂覆。此外，对于根据本发明的掩模布置有一种用于待涂覆基片的不被涂覆区域的覆盖装置。另外，掩模也可构造为一个连续旋转的带子掩模。

本发明在这种情况下基于以下的考虑，这种热和/或动态涂覆系统，特别地冷气动力涂覆系统，能够以经济、持续的方法为带状基片提供涂层。由于这一点，例如能够生产用于电池连接器的选择地涂覆铝的铜带。

所述至少一个喷涂装置可优选地是固定的。特别地对于很小的沉积表面，例如可以用冷气动力喷涂装置充分地产生适当的涂层。然而对于固定布置，喷射流的尺寸必须使得它通过掩模在基片上可以产生所需的涂层。这种类型的固定装置在任何情况下与可可移动系统相比都是有利的，由于这些固定装置不需要进一步提供喷射流的运动和控制。

在本发明的有利实施方式中，所述至少一个喷涂装置可垂直和/或平行于所述基片通过方向振荡。喷涂装置的运动在这种情况下以非常有限的方式发生在一个或两个空间方向内。至于垂直于基片通过方向进行的振荡，横跨带宽的更大基片区域由喷射流覆盖。一种特定特征具有平行于基片通过方向进行的喷射流的振荡。在这种情况下，喷射流与覆盖装置和待涂覆基片材料的运动特征相匹配。例如，如果喷射流由掩模直接地定位在基片上的沉积位置，然后这可以由基片运动跟踪，使得可获得更长的喷涂时间。为此，基片的通过速度、覆盖装置的转动速度和喷射流的跟踪彼此准确地匹配。

对于根据本发明的热和/或动态涂覆系统，布置可以有利地用于对于根据本发明的带有待涂覆基片的不被涂覆区域的覆盖装置的掩模。实际上，为此被使用的掩模在每种情况下对于涂覆特征进行选择，在这种情况下与喷射流下基片的通过速度以及覆盖装置的旋转特征相关联。

另外，在对于根据本发明的热和/或动态涂覆系统的优选实施方式中，连续旋转的带子掩模可构造具有用于待涂覆的基片的不被涂覆的区域的覆盖装置。带子掩模可以是环形带子，一方面，作为覆盖装置，其在基片上确定沉积特征，另一方面沿着整个装置被引导，使得这些也可被清洗。这种带子掩模，通过偏转和引导装置，也可从涂覆区域移除这样一段距离，使得表面清洗可由清洗装置进行，而没有任何问题。此外，也设想了使得它们可以从用于清洗的系统中移除的带子掩模。也可以想象环或锥形环的特定形式。

在特别优选的实施方式中，可以在喷涂装置之前布置一种机械预处理装置以，如在带子运动的方向可以看出。这种预处理装置用于基片表面的预处理，涂覆材料沉积在该基片表面上。这样，基片表面首先被清洗以及，由于机械作用，也在大多数情况下也轻微地变粗糙。涂覆材料在粗糙表面上粘附更好。

在本发明的进一步有利的实施方式中，在所述基片通过方向在所述喷涂装置后布置至少一个退火装置。这种温度处理适用于在沉积材料的边界表面上朝基片固化可能发生的应力状态。另一方面，温度处理也可有利地影响各自连接部件的相态。

在所述喷涂装置后可有利地布置至少一个冷轧装置，如在基片通过方向可以看到的。该所谓的涂覆后轧制具有可密封可能剩余的孔或其它类型的空腔的结果。此外，轧制过程的影响是沉积材料的表面变平滑以及，此外，改进了到基片表面的粘附。

在本发明的优选实施方式中，一种铣削装置可被布置为跟随喷涂装置，如在带运动方向可以看到的。铣削装置用于加工后可能仍存在的粗糙表面。特别地，涂层厚度也可以由于铣削过程根据需要被准确地调整。

本发明的进一步方面包括一种用于通过热和/或动态涂覆系统生产涂覆基片的方法，其特征在于以下步骤：

—可选地预处理所述基片的工作侧面；

—在喷涂装置下线性和持续引导基片通过，其中，通过包括至少一个旋转圆盘(3)的掩模(1)，该掩模上侧面垂直于涂层材料流，或通过在喷射流(12)的区域内连续旋转的带子掩模，基片(20)的工作侧面(21)被局部地涂覆以及仅局部地沉积；

—可选地在每种情况下，对基片上的涂层进行至少一个退火，至少一个冷轧以及铣削。

本发明是基于以下的考虑：选择性沉积的最简单形式是基片被线性和连续地从喷涂装置下拉过。通过该过程，沉积已经可以在基片的工作侧面上局部地或甚至在整个表面上进行。已经沉积涂层的预处理或后处理的可选方法步骤用于改进涂层的粘附或表面质量。

可以有利地进行在喷涂装置下线性和持续引导基片通过，其中，通过包括至少一个旋转圆盘的掩模，或通过在喷射流区域内连续旋转的带子掩模，基片的工作侧面被局部地涂覆以及仅局部地沉积。

通过额外的掩模，可以特别地产生带有相当更高质量的局部沉积的涂层。局部实施的沉淀物边缘形成相应的尖头。特别地，不同覆盖装置的组合提供了实现点状的或持续条形沉积。这两者的组合也是可以想象的。

参考示意性附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。

在图中：

图1示意性地示出了一种带有圆盘的掩模和基片的顶视图，

图2示意性地示出了一种带有两个圆盘的掩模和基片的顶视图，

图3示意性地示出了带有基片的冷气动力涂覆系统的侧视图，

图4示意性地示出了一种带有开口的作为覆盖装置的圆盘，以及

图5示意性地示出了带有锯齿状外轮廓的作为覆盖装置的圆盘。

在所有附图中，彼此对应的部件设置有相同的标记。

图1示意性地示出了一种带有圆盘3的掩模1和基片20的顶视图。对于圆盘3，覆盖装置2产生局部涂覆并被布置在喷射流12和基片表面的工作侧面21之间。圆盘3具有从上侧面31延伸的周向的许多开口8，喷射流12可以穿透通过这些开口。在开口8穿过喷射流12的时间点，基片20被局部地涂覆。在这种情况下，旋转方向D和基片通过方向L彼此匹配，使得喷射流12在基片20上以恒定距离涂覆环形涂层6。在没有开口8的时间点，喷射流12由圆盘3拦截以及在圆盘表面上产生涂层7。此外在顺序中，涂层7通过清洗装置5从圆盘表面被再次移除。在这种情况下，基片20的工作侧面21不另外进行预处理。

图2示意性地示出了一种带有两个圆盘3的掩模1和基片20的顶视图。作为覆盖装置2，圆盘3本身具有相对的旋转方向D。这两个圆盘3在旋转轴线上被布置在基片20外侧，并且半径被选择使得涂覆间隙4保持在两个圆盘边缘之间。喷射流12在涂覆间隙4的区域内撞击基片20的工作侧面21。在这种情况下，在基片20上生产条状涂层6。通过这两个圆盘3以旋转方向D旋转，在圆盘上侧面31上的涂层7部分被引导远离喷射流12以及被各自的清洗装置5再次从圆盘表面移除。

图3示意性地示出了带有基片20的作为热和/或动态涂覆系统的冷气动力涂覆系统10的侧视图。在基片通过方向L被串联布置的首先是用于清洗工作侧面21的预处理装置13。在基片清洗后，通过喷涂装置11进行涂覆。喷射流12再次仅局部地通过到基片20的工作侧面21，由于作为覆盖装置2的圆盘3的布置。在圆盘上侧面31上的涂层7的阴影(shadowed)部分通过清洗装置5再次移除。圆盘端侧32以及圆盘下侧面33同样不被涂覆材料涂覆。在基片上的涂层6随后通过退火装置14热处理以及在此之后，在表面上形成的氧化物通过铣削装置16移除。为了压实涂层6，涂层然后通过冷轧装置15进一步处理。

图4示意性地示出了一种带有开口8的作为覆盖装置的圆盘3。在这种情况下，开口是轴向地通过圆盘的最终孔(ultimately hole)。根据沉积特征，椭圆的、矩形的或其它几何形状自然地也可被引入到圆盘3内。

图5示意性地示出了带有锯齿状外轮廓的作为覆盖装置的圆盘3。该第二变型适合于一种使用至少两个圆盘的掩模。由于锯齿或波纹结构，喷射流在沉积过程中渐变(shadow)，使得锯齿状轮廓也在基片表面上再生。也可以想象根据图4的开口和根据图5的锯齿状外轮廓的组合。以这种方式，在基片表面上可沉积条状沉积物与点状局部沉积物的组合。

符号列表表

1   掩模

2   覆盖装置

3   圆盘

31  圆盘上侧面

32  圆盘端侧

33  圆盘下侧面

4   涂覆间隙

5   清洗装置

6   在基片上涂层

7   圆盘的涂层

8   开口

10  冷气动态喷涂系统、热和/或动态涂覆系统

11  喷涂装置

12  喷射流

13  预处理装置

14  退火装置

15  冷轧装置

16  铣削装置

20  基片

21  工作侧面

L   基片通过方向

D   旋转方向

Claims (16)

1.一种用于涂覆系统(10)的具有覆盖装置(2)的掩模(1)，该覆盖装置用于覆盖待涂覆基片(20)的不被涂覆的区域，所述基片具有暴露在涂覆材料流中的工作侧面(21)，其特征在于，

用于不被涂覆的区域的覆盖装置(2)包括至少一个旋转圆盘(3)，该旋转圆盘的上侧面(31)垂直于涂覆材料流。

2.根据权利要求1所述的掩模(1)，其特征在于，该掩模用于热和/或动态涂覆系统(10)，特别地用于冷气动力喷涂系统。

3.根据权利要求1或2所述的掩模(1)，其特征在于，清洗装置(5)布置在每个旋转圆盘(3)的在远离所述基片(20)的侧面上。

4.根据权利要求1到3任一项所述的掩模(1)，其特征在于，布置两个反转圆盘(3)，该两个反转圆盘相互间隔使得存在涂覆间隙(4)。

5.根据权利要求4所述的掩模(1)，其特征在于，所述旋转圆盘(3)之间的涂覆间隙(4)在待产生的涂层(6)的宽度内容易调节。

6.根据权利要求1到5任一项所述的掩模(1)，其特征在于，至少一个旋转圆盘(3)具有用于选择性沉积的波纹或锯齿状外轮廓和/或开口(8)。

7.根据权利要求1到6任一项所述的掩模(1)，其特征在于，旋转圆盘(3)的表面对于喷涂材料具有差的粘附力。

8.根据权利要求7所述的掩模(1)，其特征在于，至少所述旋转圆盘(3)的表面包括钢、硬金属、陶瓷、玻璃、钻石状无定形碳、硬铬或石墨。

9.一种具有至少一个喷涂装置(11)的热和/或动态涂覆系统(10)，其特征在于，

—提供了一种线性地和连续地引导基片(20)的运输装置，所述基片在所述至少一个喷涂装置(11)下被涂覆，以及

—布置根据权利要求1到8任一所述具有覆盖装置(2)的掩模或连续旋转的带子掩模，所述覆盖装置(2)用于覆盖待涂覆基片(20)的不被涂覆的区域。

10.根据权利要求9所述的热和/或动态涂覆系统(10)，其特征在于，所述至少一个喷涂装置(11)是固定的。

11.根据权利要求9所述的热和/或动态涂覆系统(10)，其特征在于，所述至少一个喷涂装置(11)可垂直地和/或平行于基片通过方向(L)振荡。

12.根据权利要求9到11任一项所述的热和/或动态涂覆系统(10)，其特征在于，机械预处理装置(13)被布置位于喷涂装置(11)之前，如在带运动的方向(L)可以看到的。

13.根据权利要求9到12任一项所述的热和/或动态涂覆系统(10)，其特征在于，至少一个退火装置(14)被布置位于所述喷涂装置(11)后，如在基片通过方向(L)可以看到的。

14.根据权利要求9到13任一项所述的热和/或动态涂覆系统(10)，其特征在于，至少一个冷轧装置(15)被布置位于所述喷涂装置(11)后，如在基片通过方向(L)可以看到的。

15.根据权利要求9到14任一项所述的热和/或动态涂覆系统(10)，其特征在于，铣削装置(16)被布置位于所述喷涂装置(11)后，如在带运动方向可以看到的。

16.一种用于通过热和/或动态涂覆系统(10)生产涂覆的基片(20)的方法，其特征在于以下步骤：

—可选地预处理基片(20)的工作侧面(21)；

—在喷涂装置(11)下线性和持续引导基片(20通过)，其中，通过包括至少一个旋转圆盘(3)的掩模(1)，该旋转圆盘的上侧面垂直于涂层材料流，或通过在喷射流(12)的区域内连续旋转带子掩模，基片(20)的工作侧面(21)被局部地覆盖以及仅局部地沉积；

—可选地在每种情况下，至少一个退火，至少一个冷轧以及铣削被应用于基片(20)的涂层(6)。