CN112400035A - 具有抗腐蚀涂层的金属丝以及用于涂覆金属丝的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于通过等离子体沉积连续地涂覆丝的设备，包括至少一个等离子体沉积室(14)，所述至少一个等离子体沉积室具有气密的入口(16)和气密的出口(18)，所述气密的入口和气密的出口能够在丝(12)穿过它们时在等离子体沉积室(14)内维持减压，所述丝行进通过等离子体沉积室(14)。在等离子体沉积室(14)中设置等离子体射线(32)的至少一个发生器(30)，用于在丝(12)的处于气密的入口(16)与气密的出口(18)之间的部分中将目标材料(34)沉积在所述丝的外表面上。在所述设备中设置传输系统(40)，以便逐步地将丝(12)拉动通过等离子体沉积室(14)。

Description

具有抗腐蚀涂层的金属丝以及用于涂覆金属丝的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用抗腐蚀涂层保护的金属丝。本发明还涉及用抗腐蚀涂层保护金属丝的设备和方法。
已经特别地参考金属丝研发了本发明，所述金属丝被用使用等离子体沉积方法生产的抗腐蚀涂层保护。
本发明特别地还涉及适合于涂覆该金属丝的设备和方法。已经特别地关于借助PPD技术(脉冲等离子体扩散)进行的等离子体沉积方法研发了本发明。
背景技术
已知例如由钢生产金属丝，所述金属丝被用来制造用于各种用途的金属网，例如在土木建筑领域中被用于保护堤岸、斜坡等的金属网。为了避免钢丝的腐蚀，通常规定通过抗腐蚀涂层、例如通过镀锌来对钢丝进行保护。通常在热状态中通过其中金属丝被浸没在熔融的金属浴中的工艺来进行镀锌。为了将涂层金属维持于熔融状态中，该措施在能量方面是昂贵的。此外，难以精确地控制涂层的厚度，所述厚度可能变得比需要的厚，从而导致浪费涂层材料。
另一方面，存在通过不连续的等离子体沉积工艺用材料层涂覆物体的已知技术。特别地，存在已知的等离子体沉积技术，比如PPD技术(脉冲等离子体沉积)。该技术基于颗粒的物理沉积原理，发现所述原理对于生产各种类型的薄涂层(比如氧化物层、金属层、碳层等)来说是有利的。PPD技术在许多专利文献中都有描述，包括Organic Spintronics的EP2936538。PPD技术的优点包括：涂层的显著的沉积速度以及涂层在结晶度、粗糙度以及附着力方面的极佳质量。此外，由于等离子体射线的方向性，等离子体沉积技术以及特别地PPD技术容许减少填料材料的使用。这些优点使得等离子体沉积技术在将涂层施加至单个物体的表面上的方面是有利的，但是如今已知的实施方式容许仅仅在封闭的腔室中进行作业，这阻止连续地使用该技术。此外，所有等离子体沉积技术都具有等离子体射线的方向性的缺点，结果是在待涂覆的产品中产生阴影区域，这不容许将涂层均匀地施加至金属丝的整个圆筒形表面上。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明提出了提供一种用于通过等离子体沉积涂覆丝、特别地但非唯一地金属丝的新颖设备。特别地，该丝涂覆设备提供对等离子体沉积技术的使用，以便以连续的方式获得大长度丝的涂层。因此，本发明的丝涂覆方法提出了以高的生产速度以及减少的浪费以连续的方式涂覆丝。相对于通过在热状态下进行镀锌的丝涂覆技术或本领域中已知的其它金属涂覆技术，这容许以显著降低的成本和时间生产大量的被涂覆丝。
为了实现所指示的目的，本发明还涉及一种用于涂覆丝的设备，所述设备具有在所附权利要求中所阐述的特征。本发明还涉及一种用于生产涂覆丝的方法。本发明进一步涉及一种以该方式涂覆的丝。
根据第一方面，描述了一种用于通过等离子体沉积来涂覆丝的设备。该设备可以包括至少一个等离子体沉积室。等离子体沉积室可以设置有入口和出口。进入和离开等离子体沉积室的入口和出口可以被生产成使得在行进通过等离子体沉积室的丝穿过进入和离开等离子体沉积室的入口和出口时是气密的，以便在离子体沉积室本身内维持预定的减压。在离子体沉积室中可以布置等离子体射线的至少一个发生器，所述发生器可以被致动以便沉积材料，所述材料是分子粉末状的并且由撞击目标的能量流产生；分子化粉末可以被沉积在进入离子体沉积室中的丝的外表面上，即沉积在丝的处于离子体沉积室的气密的入口与气密的出口之间的部分中。该设备还可以设置有拉动系统，拉动系统逐步地将丝拉动通过等离子体沉积室。拉动动作可以被以恒定的或可变的速度执行，或者可以随着时间的推移以周期性的前进间隔按部分进行。
根据一个特定方面，所述设备可以包括在等离子体沉积室上游的至少一个减压室，以便从环境压力改变为存在于用于等离子体涂覆的沉积室中的减压。以这种方式，可以减小紧邻等离子体沉积室的上游和下游的压力差，以使得可以容易地在所述室中补偿由于用于丝的入口和出口的存在而引起的潜在压力损失，而不存在过多的能源消耗。出于等离子体沉积的目的，优选地使所述室内的减压不经受过大的变化。优选地，每个减压室可以设置有气密的入口，丝在其朝向等离子体沉积室的进程中被引导通过所述入口。类似地，所述设备可以包括在等离子体沉积室下游的至少一个加压室，以便逐步地限制从所述室的减压至环境压力的压力增加。优选地，每个加压室可以设置相应的气密的出口，丝可以通过所述出口被逐步地排出。
根据另一方面，所述设备可以设置振荡系统，所述振荡系统容许丝在其穿过等离子体沉积室期间围绕丝的纵向轴线振荡。以这种方式，可以通过放置在等离子体沉积室中的一个或多个等离子体射线获得目标材料在丝的表面之上的均匀沉积。另外地或替代地，所述设备可以设置振荡系统，所述振荡系统容许等离子体射线的一个或多个发生器在丝穿过等离子体沉积室期间围绕丝的纵向轴线振荡。
在一个特定实施例中，所述设备可以包括放置在等离子体沉积室中的等离子体射线的三个发生器。等离子体射线的三个发生器可以围绕丝的纵向轴线径向间隔120°地布置。以这种方式，等离子体射线的发生器容许以相当均匀的方式将材料从目标沉积在丝上，但丝和/或发生器本身的任何潜在的振荡除外。此外，以120°的布置防止等离子体射线撞击放置在等离子体沉积室中的其它发生器中的一个。
根据另一方面，描述了一种通过等离子体沉积涂覆丝的方法。所述方法可以包括步骤：从气密的入口至气密的出口将丝供应在至少一个等离子体沉积室内。如上所述，气密的入口和气密的出口能够在等离子体沉积室内维持减压。在所述方法期间，可以通过拉动系统将丝逐步地拉动通过等离子体沉积室。所述方法可以进一步包括步骤：致动放置在等离子体沉积室中的等离子体射线的至少一个发生器。等离子体射线的发生器的致动可以容许在丝的位于等离子体沉积室的气密的入口与气密的出口之间的部分中将材料从目标沉积在丝的外表面上。
根据一个特定方面，所述方法可以设置成使丝和/或等离子体射线的至少一个发生器在目标材料被沉积在丝的外表面上期间围绕丝的纵向轴线振荡。所述振荡容许在丝的表面上产生目标材料的均匀沉积。
附图说明
通过下文参考以非限制性示例的方式给出的附图对优选实施例的描述，将理解另外的优点和特征，在附图中：
-图1是用于生产通过等离子体沉积技术涂覆的丝的设备的示意图，以及
-图2是等离子体沉积室的根据图1的线II-II的剖视示意图。
具体实施方式
现在参考图1，示意性地示出了用于涂覆丝12的设备10，所述丝12优选但非排他地为金属丝，例如钢丝或其它金属或金属合金的丝。自然地，该设备可以适于以平行的方式实现多根丝的涂覆。涂层可以是金属材料的涂层。例如，丝12可以被涂覆有锌或锌合金。
设备10可以包括等离子体沉积室14，在等离子体沉积室14中根据众所周知的特征执行等离子体沉积的方法，所述特征例如在上面所引用的文献EP2936538中描述。可以将等离子体沉积室14维持在已知的减压水平，所述减压水平适合于等离子体的沉积。丝12可以在中心穿过等离子体沉积室14。丝12可以通过气密(pressure-tight)的入口16被引入至等离子体沉积室14中。丝12可以经由气密的出口18从等离子体沉积室14排出。例如可以通过带有孔的隔膜生产气密的入口16，丝12以气密的方式穿过所述孔。也可以通过带有孔的隔膜生产气密的出口18，丝12以气密的方式穿过所述孔。替代地或另外地，可以为隔膜提供其它已知类型的气密方案，以便在气密的入口16和/或气密的出口18中对丝12获得气密度。例如，可以提供校准孔，丝12穿过所述校准孔。
另一方案是迷宫般的密闭。可以在气密的入口16和/或气密的出口18处使用其它滑动密闭方案。
气密的入口16和气密的出口18可以容许在等离子体沉积室14内维持减压。在每种情况下，气密的入口16和气密的出口18可以限制等离子体沉积室14内的负压损失，以使得维持预定的恒定负压仅需减少的能量供应。
为了限制环境压力与等离子体沉积室14的减压之间的压力差，可以在丝12的入口侧处设置一个或多个减压室20a、20b、20c。在减压室20a、20b、20c中，预定的减压室中的压力大于之后的室中的压力。例如，第一减压室20a中的压力小于大气压力，但是大于随后的减压室20b中的压力。如果设置单个减压室，则其内部压力将小于大气压力，但是大于与其相邻的等离子体沉积室的压力。
丝12穿过每个减压室20a、20b、20c，丝12被通过气密的入口22a、22b、22c逐步地引导于每个减压室20a、20b、20c中，所述气密的入口22a、22b、22c与等离子体沉积室14的气密的入口16相同、等同或者在功能上相似。
类似地，为了限制等离子体沉积室14的减压与环境压力之间的压力差，设置一个或多个加压室24a、24b、24c。在加压室24a、24b、24c中，预定的压力室中的压力大于之前的室中的压力。例如，第三加压室24c中的压力大于第二加压室24b中的压力。因此，加压室24c中的压力小于大气压力。如果设置单个加压室，则其内部压力将小于大气压力，但是大于与其相邻的等离子体沉积室的压力。
丝12穿过每个加压室24a、24b、24c，丝12被通过气密的出口26a、26b、26c从每个加压室24a、24b、24c逐步地排出，气密的出口26a、26b、26c与等离子体沉积室14的气密的出口18相同、等同或在功能上相似。
在加压室24a、24b、24c的出口处，可以通过已知类型的传输系统40拉动丝12，例如传输系统包括拉动辊、钳等。代替传输系统40或除了传输系统40之外，也可以通过其它系统或等同系统生产丝12的拉动系统，所述其它系统或等同系统相对于设备的加压室和/或减压室布置在内部和/或布置在等离子体沉积室14内部和/或布置在减压室的上游。
可以在等离子体沉积室14中设置等离子体沉积组30。等离子体沉积组30各自发射等离子体射线32。众所周知，每个等离子体沉积组30可以包括被用来涂覆丝12的目标材料34。每个等离子体沉积组30可以进一步包括环形聚焦电极36，在环形聚焦电极中根据已知的且在本文中未详细描述的技术输送来自传输锥38的电子流。
可以在等离子体沉积室14中围绕丝12设置一个或多个等离子体沉积组。优选地但以非限制性的方式，如在图2中可以看到的，可以设置例如围绕丝12布置的三个等离子体沉积组30。每个等离子体沉积组可以布置成不被另一等离子体沉积组的等离子体射线撞击。在图2的特定但非限制性的实施例中，三个等离子体沉积组30在等离子体沉积室14中彼此径向地以120°分布。各个等离子体射线32可以径向地指向等离子体沉积室14的中心，并且因此指向存在于其它两个等离子体沉积组30之间的空间，以防止材料沉积于相对的另一等离子体沉积组上。
通过等离子体沉积室14中的围绕丝12径向地布置的等离子体射线32的空间分布确保材料在丝12上的沉积的均匀性。为了提高丝12上的涂层的均匀性，如图2中的箭头R所示，可以为丝12本身赋予围绕其各个纵向轴线的振荡。优选地，在图2中所示的实施例中，在等离子体射线32的产出时间期间为丝12赋予大约60°的旋转振荡，以使丝12的整个外表面暴露至由相应的等离子体射线32引起的沉积。可以围绕丝12的相应纵向轴线沿两个旋转方向为丝12赋予周期性的交替振荡。替代地，可以将等离子体沉积组30安装在与等离子体沉积室14同心的内部振荡鼓上，并且可以为等离子体沉积组30和丝12赋予旋转振荡。在一个变型中，通过为丝12以及沿相反的方向为等离子体沉积组30赋予振荡，可以减小丝12和等离子体沉积组30的振荡程度。
为了涂覆丝12，可以首先通过将丝12插入于设备10内部来进行。丝12可以穿过气密的入口22a、22b、22c、16，以到达等离子体沉积室14。丝12可以通过气密的出口18、26a、26b、26c从等离子体沉积室14穿过。可以通过传输系统40接合丝12，以使丝在等离子体沉积室14内运动。可以使减压室20a、20b、20c、加压室24a、24b、24c以及等离子体沉积室14处于预定的负参考压力。随后，可以启动一个或多个等离子体沉积组30。传输系统40可以拉动丝12。对丝12的拉动可以以恒定的或可变的速度进行，或者可以根据间隔时间段、根据设备的特征、涂层材料的特征以及待涂覆的金属丝的特征而按部分进行。优选地，可以使丝12和/或等离子体沉积组30围绕丝12的纵向轴线振荡，以容许涂层材料均匀地沉积在丝12的表面上。
关于上述设备，可以提供多种变型。可以设置多个等离子体沉积室。等离子体沉积室可以串联地布置，以实现具有一定厚度的涂层，所述厚度逐步地更大并且由多层相同的涂层材料或者由多层不同的涂层材料形成。
可以存在少于或多于三个的等离子体沉积组。例如，可以在等离子体沉积室中设置单个等离子体沉积组。在那种情况下，可以提供丝和/或等离子体沉积组的旋转，以覆盖360°的整个弧，以便用涂层材料涂覆丝的整个外表面。
在一个或多个等离子体沉积室之前或之后，丝可以穿过例如用于拉动、酸洗、脱脂、清洗、上漆、退火、淬火、抛光等的准备或精加工工作站。
自然地，本发明的原理保持相同，实施例的形式和构造的细节可以相对于所描述和示出的那些广泛地变化，而不脱离本发明的范围。

Claims (14)

1.一种用于通过等离子体沉积连续地涂覆丝的设备，所述设备包括至少一个等离子体沉积室(14)，所述至少一个等离子体沉积室具有气密的入口(16)和气密的出口(18)，所述气密的入口和气密的出口能够在丝(12)穿过它们时在等离子体沉积室(14)内维持减压，所述丝被从气密的入口(16)引入并且行进通过等离子体沉积室(14)直至气密的出口(18)，在等离子体沉积室(14)中设置等离子体射线(32)的至少一个发生器(30)，用于在丝(12)的处于气密的入口(16)与气密的出口(18)之间的部分中将目标材料(34)沉积在丝的外表面上，设置了传输系统(40)以便逐步地将丝(12)拉动通过等离子体沉积室(14)。
2.根据前一权利要求所述的设备，包括在等离子体沉积室(14)上游的至少一个减压室(20a，20b，20c)，以减小环境压力与等离子体沉积室(14)的减压之间的压力差。
3.根据前一权利要求所述的设备，其特征在于，丝(12)穿过每个减压室(20a，20b，20c)，所述丝被通过相应的气密的入口(22a，22b，22c)逐步地引导至每个减压室中。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，包括在等离子体沉积室(14)的下游的至少一个加压室(24a，24b，24c)，以减小等离子体沉积室(14)的减压与环境压力之间的压力差。
5.根据前述权利要求4所述的设备，其特征在于，丝(12)穿过每个加压室(24a，24b，24c)，所述丝被经由相应的气密的出口(26a，26b，26c)逐步地从每个加压室排出。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，振荡系统容许丝(12)在其穿过等离子体沉积室(14)期间围绕所述丝的纵向轴线振荡。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，振荡系统容许等离子体射线的所述至少一个发生器(30)在丝(12)穿过等离子体沉积室(14)期间围绕所述丝的纵向轴线振荡。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，包括等离子体射线的三个发生器(30)，所述三个发生器在等离子体沉积室(14)中围绕丝(12)的纵向轴线径向间隔120°地布置。
9.一种用于通过等离子体沉积涂覆丝的方法，所述方法包括步骤：
-从能够在等离子体射线室(14)内维持减压的气密的入口(16)至气密的出口(18)将丝(12)供应于至少一个等离子体沉积室(14)内，通过传输系统(40)将丝(12)逐步地拉动通过等离子体沉积室(14)，
-致动等离子体射线室(14)中的等离子体射线(32)的至少一个发生器(30)，用以在丝(12)的位于气密的入口(16)与气密的出口(18)之间的部分中将目标材料(34)沉积在所述丝的外表面上。
10.根据前述权利要求9所述的方法，其特征在于，使丝(12)和/或等离子体射线(32)的所述至少一个发生器(30)在目标材料沉积于丝(12)的外表面上期间围绕丝(12)的纵向轴线振荡。
11.一种金属丝，所述金属丝被涂覆通过等离子体沉积方法获得的保护层。
12.根据权利要求11所述的金属丝，其特征在于，等离子体沉积方法是脉冲等离子体扩散(PPD)方法。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的金属丝，其特征在于，等离子体沉积方法包括权利要求9或权利要求10所述的步骤。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的金属丝，其特征在于，所述金属丝在根据权利要求1至8中的任一项所述的设备中获得。
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