CN112272714A - 用于涂覆基底的真空沉积设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在包括真空室的真空沉积设备内部在移动的基底上连续沉积由至少一种金属形成的涂层的方法；在基底的两侧上涂覆有至少一种金属的经涂覆的基底；以及真空沉积设备。

Description

用于涂覆基底的真空沉积设备和方法

本发明涉及用于在基底上连续沉积由金属或金属合金形成的涂层的方法。本发明还涉及用于该方法的真空沉积设备。

已知用于将最终由合金构成的金属涂层沉积在基底(例如钢带)上的各种方法。其中，可以提及热浸涂、电沉积以及各种真空沉积方法，例如真空蒸镀和磁控溅射。

由WO97/47782已知用于连续涂覆钢基底的方法，其中使以大于500m/秒的速度推动的金属蒸气喷雾与基底接触。沉积方法被称为射流气相沉积。

EP2940191公开了制造Zn-Mg合金镀覆的钢板的方法，所述方法包括：准备基础钢板；以及通过在基础钢板的表面上蒸镀待沉积的Zn-Mg合金源来形成Zn-Mg镀层，其中Zn-Mg镀层的Mg含量为8重量％或更小(但大于0重量％)，以及在基础钢板上沉积Zn-Mg镀层之前和之后基础钢板的温度为60℃或更低。

在所述专利申请中，提及为了调节基础钢板的温度，通过安装冷却辊来进行在沉积过程之前和之后将基础钢板冷却的方法。就冷却装置而论，为了在真空状态下获得良好的冷却效率，可以安装复数个冷却辊而不是单个冷却辊，以显著地增加其接触面。特别地，在涂覆过程之后由于涂层冷凝焓而导致钢板的温度升高可以是显著的。因此，可以期望通过增加冷却辊的数量或尺寸以在涂覆过程之后提高冷却效率并将冷却辊的温度控制为相对低的。

然而，通过使用数个冷却辊，存在的风险在于，基础钢板的温度不够均匀而导致由于冷却不均匀引起的平坦度问题。实际上，当金属蒸气在基底上冷凝时，释放热能导致基底的弹性变形。由于经涂覆的金属基底与冷却辊之间的接触压力不均匀，因此弹性变形可以导致冷却辊之后的平坦度问题。因此，存在的风险在于，由于经涂覆的钢板与冷却辊之间的接触面显著增加，EP2940191中使用的复数个冷却辊使钢变形。

在金属基底的两侧上沉积有涂层的情况下，控制金属基底的温度也是重要的。实际上，当改善了经涂覆的金属基底的平坦度时，经涂覆的金属基底的品质(包括例如其机械特性的均匀性、涂层的表面外观)提高。

因此，本发明的目的是提供经优化的用于在移动的基底的两侧上沉积涂层的方法，使得经涂覆的金属基底的平坦度高度改善。

这通过提供根据权利要求1所述的用于在移动的基底上沉积涂层的方法来实现。所述方法也可以包括权利要求2至14的任何特征。

本发明还涵盖根据权利要求15至17所述的经涂覆的基底。

本发明还涵盖根据权利要求18或19所述的真空设备。

为了说明本发明，将特别地参照以下附图描述非限制性实例的多个实施方案和试验：

图1示出了根据本发明的在真空沉积设备内部用两个蒸气喷射器涂覆的基底的顶视图。

图2示出了根据本发明的在真空沉积设备内部用两个蒸气喷射器涂覆的基底的另一个实例的顶视图。

图3示出了根据本发明的在真空沉积设备内部用至少一种金属涂覆的基底的侧视图。

图4示出了根据优选实施方案的在真空沉积设备内部用至少一种金属涂覆的基底的侧视图。

图5a和5b示出了如本发明中限定的最大变形。

图6a至6c示出了在真空沉积设备内部用具有不同位置的两个蒸气喷射器涂覆的基底的顶视图。

本发明的其他特征和优点将根据本发明的以下详细描述而变得明显。

本发明涉及用于在包括真空室的真空沉积设备内部在移动的基底S上连续沉积由至少一种金属形成的涂层的方法，其中所述方法包括：

-以下步骤：其中在所述真空室中，经由至少两个蒸气喷射器朝向移动的基底的两侧喷射金属蒸气，并通过所喷射的蒸气的冷凝在各侧上形成至少一种金属的层，所述至少两个蒸气喷射器彼此面对，分别以角度α和α'定位，所述角度α和α'是蒸气喷射器与垂直于基底的移动方向的轴A之间的，所述轴在基底的平面内，α和α'两者满足以下等式：

其中0°＜α＜82°和

其中0°＜α′＜82°，

D1和D2为喷射器边缘与各基底边缘之间沿轴(A)的距离，W_s为基底宽度，所述蒸气喷射器具有细长的形状并且包括槽并且由槽宽度We限定，所述蒸气喷射器具有相同的旋转轴。

不希望受任何理论的束缚，认为利用根据本发明的方法，可以获得平坦的经涂覆的金属基底。实际上，本发明人发现，两个蒸气喷射器必须以特定的角度定位，两个喷射器彼此面对，使得在金属沉积期间，在整个基底宽度上的温度分布在金属沉积期间是对称的。沿基底宽度的热分布是均匀的。因此，在Zn沉积之后沿基底的弹性变形分布是对称的，从而导致基底与第一冷却辊之间的均匀的接触压力。因此，经涂覆的基底保持平坦。

参照图1，根据本发明的设备1首先包括真空室2和用于使基底移动通过所述室的装置。该真空室2是可气密密封的箱，优选地保持在10^-8巴至10^-3巴的压力下。其具有入口锁和出口锁(这些未示出)，在入口锁与出口锁之间，基底S例如如钢带可以在移动方向上沿给定路径P移动。

至少两个蒸气喷射器3、3'在移动的基底的两侧上以声速喷射金属蒸气。两个蒸气喷射器分别以角度α和α'定位，所述角度α和α'是蒸气喷射器与垂直于基底的移动方向的轴A之间的，所述轴在基底的平面内，α和α'两者满足以下等式：

其中0°＜α＜82°和

其中0°＜α′＜82°

喷射器可以具有不同的形状，例如矩形形状或梯形形状。如图1中所示，距离值D1和D2可以不同。优选地，D1和D2表示喷射器边缘与基底边缘之间沿轴A的最短距离。

优选地，D1和D2可以小于、等于或大于0mm。在D1和D2大于0mm的情况下，喷射器边缘不超出基底边缘。在D1和D2小于0mm的情况下，喷射器边缘超出基底边缘，如图2中所示。在D1和D2等于0mm的情况下，基底边缘与喷射器的边缘在同一平面内。优选地，D1和D2大于或小于0mm。

优选地，D1和D2彼此独立地大于1mm，有利地为5mm至100mm，更优选地为30mm至70mm。在一个优选实施方案中，D1与D2相同。

优选地，基底宽度Ws最大为2200mm。有利地，Ws最小为200mm。例如，Ws为1000mm至2000mm。

优选地，We最大为2400mm。有利地，We最小为400mm。

在一个优选实施方案中，Ws小于或等于We。

优选地，在绝对值方面，α'使得α-α'＜10°，更优选地α-α'＜5°，以及有利地，α-α'＜3°。例如，α-α'等于0°。

优选地，α在绝对值方面为0°至60°，有利地为10°至50°，例如α在绝对值方面为20°至35°。

真空室可以包括三个或数个定位在移动的基底的两侧上的蒸气喷射器。例如，真空室可以包括两个定位在金属基底的各侧上的蒸气喷射器。

如图3中所示，根据所述基底的性质和形状，可以通过任何合适的方式使基底S移动。特别地，可以使用钢带可以支承在其上的旋转支承辊4。

如图4中所示，真空室2还可以包括中央壳体6。其是在移动方向上在给定长度(在每侧一个喷射器的情况下，通常为2m至8m长)上包围基底路径P的箱。其壁界定了腔。其包括两个开口，即，位于中央壳体的两个相对侧上的基底入口7和基底出口8。优选地，中央壳体是宽度略大于待涂覆的基底的平行六面体。

优选地，中央壳体的内壁适合于在高于金属或金属合金蒸气的冷凝温度的温度下被加热。加热可以通过任何合适的手段例如如感应加热器、加热电阻器、电子束来进行。所述加热手段适合于在足够高的温度下加热中央壳体的内壁以避免金属或金属合金蒸气在其上冷凝。优选地，中央壳体的壁适合于被加热至高于形成待沉积的涂层的金属元素的冷凝温度，通常高于500℃，例如为500℃至700℃，以便避免锌蒸气或锌-镁合金蒸气的冷凝。由于这些加热手段，中央壳体的内壁不变得堵塞并且设备不必经常停机以进行清洗。此外，避免了金属或金属合金蒸气在内壁上的冷凝。

特别地，利用根据本发明的方法，可以获得在基底的两侧上涂覆有至少一种金属的金属基底，基底为最大纵向变形小于2mm并且最大横向变形小于5mm的基底。如图5a中所示，最大纵向变形表示沿经涂覆的基底的长度的最大的峰高度与最小的峰高度之差。如图5b中所示，最大横向变形表示沿经涂覆的基底的宽度的最大的峰高度与最小的峰高度之差。

在本发明中，所述至少一种金属优选地选自：锌、铬、镍、钛、锰、镁、硅、铝或其混合物。优选地，金属为锌，任选地含有镁。

优选地，金属基底为钢基底。实际上，不希望受任何理论的束缚，认为当使用钢基底时，平坦度进一步得到改善。

涂层的厚度优选为0.1μm至20μm。一方面，低于0.1μm，会存在基底的腐蚀保护不足的风险。另一方面，为了具有其所需的特别是在汽车或建筑领域中所需的耐腐蚀性水平，不必超过20μm。通常，对于汽车应用，可以将厚度限制为10μm。

最后，本发明涉及用于根据本发明的用于在移动的基底S上连续沉积由至少一种金属形成的涂层的方法的真空沉积设备，所述设备1包括真空室2，所述基底3可以沿给定路径移动通过所述真空室，其中所述真空室包括：

至少两个蒸气喷射器，所述至少两个蒸气喷射器彼此面对，分别以角度α和α'定位，所述角度α和α'是蒸气喷射器与垂直于基底的移动方向的轴(A)之间的，所述轴在基底的平面内，α和α'两者满足以下等式：

其中0°＜α＜82°和

其中0°＜α′＜82°，

D1和D2为喷射器边缘与基底边缘之间沿轴(A)的距离，W_s为基底宽度，所述蒸气喷射器具有细长的形状并且包括槽并且由槽宽度We限定，所述蒸气喷射器具有相同的旋转轴。

在一个优选实施方案中，所述至少两个蒸气喷射器被安装成能够围绕连接至蒸气源的进料管旋转，使得调节α和α'。

实施例

在真空沉积设备上进行了模型测试，以评估包括喷射锌蒸气的两个蒸气喷射器的方法的效率。

对于所有试验，测试了不同的位置和角度α和α'以确定根据本发明的方法的效率。

对于所有试验，在包括We＝1710mm的两个蒸气喷射器的真空室中，钢基底宽度Ws从1000mm至1710mm变化。D1与D2相同并且等于0mm。真空压力为10^-1毫巴。

平坦度由在第一冷却辊之后具有最大变形的经涂覆的基底峰限定。结果在下表1中：

*：根据本发明

与比较例相比，根据本发明的试验没有变形或几乎没有变形。因此，在根据本发明的方法的情况下平坦度更高。

Claims (19)

1.一种用于在包括真空室(2)的真空沉积设备(1)内部在移动的基底(S)上连续沉积由至少一种金属形成的涂层的方法，其中所述方法包括：

-以下步骤：其中在所述真空室中，经由至少两个蒸气喷射器(3、3')朝向所述移动的基底的两侧喷射金属蒸气，并通过所喷射的蒸气的冷凝在各侧上形成至少一种金属的层，所述至少两个蒸气喷射器彼此面对，分别以角度α和α'定位，所述角度α和α'是所述蒸气喷射器与垂直于所述基底的移动方向的轴(A)之间的，所述轴在所述基底的平面内，α和α'两者满足以下等式：

其中0°＜α＜82°和

其中0°＜α′＜82°，

D1和D2为喷射器边缘与各基底边缘之间沿所述轴(A)的距离，W_s为基底宽度，所述蒸气喷射器具有细长的形状并且包括槽并且由槽宽度We限定，所述蒸气喷射器具有相同的旋转轴。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述喷射器边缘与所述基底边缘之间的所述距离D1和D2大于0mm，即所述喷射器边缘不超出所述基底边缘。

3.根据权利要求1所述的方法，其中D1和D2等于0mm，即所述基底边缘与喷射器的边缘在同一平面内。

4.根据权利要求1所述的方法，其中D1和D2小于0mm，即所述喷射器边缘超出所述基底边缘。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述基底宽度Ws最大为2200nm。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中Ws最小为200nm。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中在绝对值方面，α'使得α-α'＜10°。

8.根据权利要求7所述的方法，α在绝对值方面为0°至60°。

9.根据权利要求8所述的方法，其中α在绝对值方面为10°至50°。

10.根据权利要求9所述的方法，其中α在绝对值方面为20°至35°。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述喷射器(3、3')具有矩形形状或梯形形状。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中D1与D2相同。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述真空室还包括包围所述基底的中央壳体(6)，所述中央壳体包括所述至少两个蒸气喷射器以及位于所述中央壳体的两个相对侧上的基底入口(7)和基底出口(8)。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述中央壳体(6)的内壁适合于在高于金属或金属合金蒸气的冷凝温度的温度下被加热。

15.一种金属基底，能够由根据权利要求1至14中任一项所述的方法获得，所述金属基底在所述基底的两侧上涂覆有至少一种金属，所述基底为最大纵向变形小于2mm并且最大横向变形小于5mm的基底。

16.根据权利要求15所述的金属基底，其中所述金属选自：锌、铬、镍、钛、锰、镁、硅和铝或其混合物。

17.根据权利要求15或16中任一项所述的金属基底，其中所述金属基底为钢基底。

18.一种用于根据权利要求1至14中任一项所述的用于在移动的基底(S)上连续沉积由至少一种金属形成的涂层的方法的真空沉积设备，所述设备(1)包括真空室(2)，所述基底(3)能够沿给定路径移动通过所述真空室(2)，其中所述真空室包括：

-至少两个蒸气喷射器，所述至少两个蒸气喷射器彼此面对，分别以角度α和α'定位，所述角度α和α'是所述蒸气喷射器与垂直于所述基底的移动方向的轴(A)之间的，所述轴在所述基底的平面内，α和α'两者满足以下等式：

其中0°＜α＜82°

其中0°＜α′＜82°，

D1和D2为喷射器边缘与各基底边缘之间沿所述轴(A)的距离，W_s为基底宽度，所述蒸气喷射器具有细长的形状并且包括槽并且由槽宽度We限定，所述蒸气喷射器具有相同的旋转轴。

19.根据权利要求18所述的真空沉积，其中所述至少两个喷射器被安装成能够围绕连接至蒸气源的进料管旋转，使得调节α和α′。

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