DE69211589T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Heissmetallisieren eines Stahlbandes - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Heissmetallisieren eines Stahlbandes

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Warmtauchen von Stahlband, bei dem eine Vorbehandlung des Stahls, z. B. vor der anschließenden Plattierung, verbessert wird.
  • Es sind Warmtauchvorrichtung für Stahlband bekannt, die eine Vorbehandlungseinrichtung zur Entfernung eines Oxidfilms von dem Stahlband vor der Plattierung haben, wodurch die Benetzbarkeit des Stahls verbessert und die Bildung unbedeckter Stellen auf dem Stahlband verhindert wird. In der Vorbehandlungseinrichtung wird das Stahlband zum Anlassen und gleichzeitigen Entfernen brennbarer Verunreinigungen erwärmt. Danach wird das Stahlband durch ein reduzierendes Gas reduziert.
  • Falls der Stahl jedoch leicht oxidierbare Elemente, wie Chrom, Silicium und Aluminium enthält, also beispielsweise Edelstahl ist, kann der Oxidfilm nicht durch das reduzierende Gas entfernt werden. Infolgedessen hat das vorbehandelte Stahlband eine schlechte Benetzbarkeit.
  • Das Warmtauchen kann intermetallische Reaktionen beinhalten, z. B. Metallplattierung, wie etwa Aluminiumlegierungsplattierung, und die Reaktion kann durch leicht oxidierbare Elemente beeinflußt werden. Daher besteht auf dem leicht oxidierbaren Elemente enthaltenden Stahl die Neigung zum Auftreten von Mängeln, wie etwa unbedeckten Stellen.
  • Ein solches leicht oxidierbare Elemente enthaltendes Stahlband kann durch Vakuumabscheidung plattiert werden, wenn das Band entfernt wird.
  • Wenn das leicht oxidierbare Elemente enthaltende Stahlband vor dem Warmtauchen elektroplattiert wird, wird die Benetzbarkeit des Bandes verbessert und dadurch ein Produkt ohne Mängel geschaffen. Ein solches Verfahren macht die Herstellung jedoch kompliziert und erhöht dadurch die Herstellungskosten.
  • Das Dokument Applied Physics A: Feststoffe und Oberflächen A51 (1990) September, Nr. 3, Seiten 238-250, beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von Oberflächenschichten eines festen Substrats durch Ionenstrahlbeschuß.
  • EP-A-0 397 952 beschreibt (i) in Fig. 1 eine Reihe von Vakuumkammern, durch die ein Stahlband in horizontaler Richtung nacheinander hindurchgeführt und abwärts in ein Metallbeschichtungsbad abgelenkt wird. An dem Ausgang der Vakuumkammer ist eine Kammer mit Dichtungswalze vorgesehen, auf die das Stahlband nach der Aktivierung trifft, und (ii) in Fig. 3 ist eine Vorrichtung mit einer Vakuumkammer mit Magnetanlagen, Anoden, einer Drehrolle und einem Metallbeschichtungsbad gezeigt, das in ähnlicher Weise für die Metallbeschichtung benutzt wird.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Warmtauchverfahrens und einer Vorrichtung, in der die Oberfläche eines Stahlbandes durch Sprüh-Ätzung aktiviert wird, wodurch die Benetzbarkeit des Stahlbandes entwickelt und die Bildung von unbedeckten Stellen in der Plattieroberfläche im wesentlichen verhindert werden. Auf diese Weise kann eine Oberflächenoxidschicht mit einem oder mehreren Oxiden der Elemente Aluminium, Silicium oder Chrom entfernt werden.
  • Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Warm-Tauchbeschichten eines Stahlbandes, bei dem man
  • eine Vakuumkammer vorsieht, die von einem abgedichteten Eingang an ihrem zur Aufnahme und zuführung des Stahlbandes ausgebildeten oberen Ende und einem Ausgang an ihrem unteren Ende begrenzt ist, wobei der Ausgang unter das Niveau des in einem Beschichtungsmetallbad enthaltenen Beschichtungsmetalls eingetaucht ist,
  • das Stahlband durch den abgedichteten Eingang in die Vakuumkammer einführt und dann abwärts zu dem Ausgang hin fährt, wobei in der Kammer zwischen dem Eingang und dem Ausgang ein Vakuum aufrechterhalten wird,
  • die Oberfläche des Stahlbandes durch Sprüh- Ätzbestrahlung mit Ionenstrahlen aktiviert, während sich das Band in der Vakuumkammer zwischen dem abgedichteten Eingang und dem Niveau des Beschichtungsmetalls befindet,
  • das aktivierte Stahlband von dem Ausgang der Vakuumkammer zur Berührung mit dem Beschichtungsmetall direkt in das Beschichtungsmetallbad führt, und
  • anschließend das metallbeschichtete Stahlband aus dem Beschichtungsmetallbad entfernt.
  • Wenn während der Sprüh-Ätzung die Temperatur des Stahls niedriger als die Temperatur für die Warm- Tauchplattierung ist, wird der Stahl vorzugsweise gleichzeitig erwärmt.
  • Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Warm- Tauchbeschichtung eines Stahlbandes vorgesehen mit
  • einer Vakuumkammer, die von einem abgedichteten Eingang an ihrem zur Aufnahme und Zuführung des Stahlbandes ausgebildeten oberen Ende und einem Ausgangsteil an ihrem unteren Ende begrenzt ist, wobei der Ausgangsteil unter das Niveau des in einem Beschichtungsmetallbad enthaltenem Beschichtungsmetalls eingetaucht ist,
  • Evakuierungseinrichtungen, die zwischen dem abgedichteten Eingang und dem Ausgang an die Kammer angeschlossen sind,
  • wobei die Kammer so ausgebildet ist, daß ein Stahlband abwärts durch die Vakuumkammer laufen und nach Passieren des genannten Ausgangsteils mit dem Beschichtungsmetall in Berührung kommen kann,
  • in der Vakuumkammer über dem Ausgangsteil vorgesehenen Ionenstrahleinrichtungen, durch die wenigstens eine Oberfläche des Stahlbandes durch Bestrahlung mit Ionenstrahlen der Sprüh-Ätzung unterzogen werden kann, und
  • wobei die Ausbildung der Vakuumkammer, des Austrittsteils und des Beschichtungsmetallbades derart ist, daß das Beschichtungsmetall beim Anlegen von Vakuum an die Kammer veranlaßt wird, in das genannte Ausgangsteil zu steigen, um das Innere der Vakuumkammer von der Atmosphäre abzutrennen.
  • Die Vakuumkammer hat vorzugsweise Ionenstrahleinrichtungen auf gegenüberliegenden Seiten einer Laufbahn für das Stahlband.
  • Beliebige Elemente oder Moleküle können für den Ionenstrahl für die Sprüh-Ätzung verwendet werden. Es ist jedoch mit Rücksicht auf die leichte Handhabung, die niedrigen Kosten, die Korrosionbeständigkeit nach der Plattierung und die Behandlung mit hoher Geschwindigkeit von Vorteil, einen Argon-Ionenstrahl zu benutzen. Bei der Sprüh-Ätzung stoßen Ionenstrahlen auf die Oberflächen des Stahlbandes, um durch den Sprüheffekt Atome aufzuspritzen und die Oberfläche zu ätzen. Infolgedessen wird der Oxidfilm leicht oxidierbarer Elemente von der Oberfläche des Stahlbandes entfernt.
  • Selbst wenn Argongas aus der Strahleinrichtung in die Vakuumkammer entweicht, wird die Stahloberfläche sauber gehalten, bis das Stahlband in das heiße Tauchbad eintaucht.
  • Ein Teil der kinetischen Energie des auf das Stahlband aufgetroffenen Ionenstrahls wird in Wärmeenergie umgewandelt. Infolgedessen kann die Temperatur des Stahlbandes für die Warmtauchung erheblich ansteigen. Wenn die Temperatur des Stahls ungenügend ist, kann das Stahlband durch Erhitzer in der Vakuumkammer erhitzt werden.
  • Zur Erläuterung und leichten Umsetzung der Erfindung werden nun bevorzugte Ausführungsformen von ihr unter Bezugnahme auf die beiliegende einzige Figur in Form eines die Erfindung nicht einschränkenden Beispiels erläutert.
  • Die einzige Figur ist eine schematische Darstellung, die die Warmtauchvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Nach der Zeichnung wird ein Stahlband 1 an einer Ablaufrolle 2 über Ablenkrollen 3 und 4 einer Vakuumkammer 5 zugeführt. Eine Dichtungseinrichtung 6 aus Walzen ist an dem Eingang der Vakuumkammer 5 vorgesehen. Die Vakuumkammer 5 ist ferner mit einer Ablenkrolle 7 für die Abwärtsführung des Stahlbandes 1, Ionenstrahleinrichtungen 8 und Erhitzern 9 versehen, die beide auf gegenüberliegenden Seiten der Bahn des Stahlbandes vorgesehen sind. An die Vakuumkammer 5 ist eine Vakuumpumpe 10 angeschlossen, um einen vorbestimmten Druck der reduzierenden Atmosphäre in der Kammer 5 aufrecht zu erhalten. Ein Ausgang der Kammer 5 ist in ein Warmtauchbad 11 eingetaucht. Das Bad 11 dient auch als Dichtungseinrichtung für den Ausgang der Kammer 5. Das Stahlband 1 wird durch die Erhitzer 9 auf die Temperatur erwärmt, die das Bad 11 hat.
  • In dem Bad sind Tauchwalzen 12 und 13 angeordnet, um das Band in dem Bad zu führen. Das Stahlband 1 wird durch die Walze 13 in die Richtung nach oben geführt. Die Plattierungsdicke wird durch ein Gaswischgerät 14 eingestellt. Das Stahlband 1 wird über Ablenkwalzen 15, 16 und 17 einer Rolle 18 zugeführt und auf dieser aufgewickelt.
  • Zur Durchführung der Sprüh-Ätzung wird die Luft durch die Vakuumpumpe 10 aus der Kammer 5 bis auf einen geringen Druck von etwa 1 x 10&supmin;³Pa entfernt. Von den Strahleinrichtungen 8 werden Argonionenstrahlen 19 und 20 auf das Stahlband 1 gestrahlt, um die Sprüh-Ätzung durchzuführen. Während des Vorgangs erhöht sich die Temperatur des Stahlbandes 1 durch die Ionenstrahlen. Wenn die Temperatur für die Plattierung ungenügend ist, werden die Erhitzer 9 eingeschaltet, um das Stahlband 1 zu erhitzen.
    • BEISPIEL
  • Ein entfettetes Stahlband aus Edelstahl SUS 430 (Fertigmaterial 2B eine Breite von 100 mm und Dicke von 0,5 mm) wurde durch Warmtauchung unter den in Tabelle 1 angegebenen Bedingungen mit Aluminiumlegierung plattiert. Die Temperatur des Stahlbandes 1 wurde vor Eintauchen in das Bad durch die Erhitzer 9 auf 650º Celsius eingestellt. Tabelle 1: Bedingungen der Sprüh-Ätzung und Warmtauchung Ionenstrahl Plattierbad Ion Energie Stromdichte Bestrahlungswinkel Bestrahlungslänge Zusammensetzung Rest: unvermeidbare Verunreinigungen und Al Temperatur Dicke
  • Die auf dem Stahlband gebildete Plattierungschicht wurde geprüft, um den Anteil unbedeckter Stellen und die Haftung der Schicht festzustellen. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 angegeben. Der Anteil unbedeckter Stellen stellt die Fläche unbedeckter Stellen je 0,05 m² dar. Die Plattierungshaftung wurde durch 2 Biegeversuche festgestellt. Bei dem ersten Versuch wurde das Stahlband um 180º gebogen, bis die entgegengesetzt gebogenen Teile miteinander zur Anlage kommen (0t-Biegung). Bei dem zweiten Versuch wurde das Stahlband um 180º gebogen und dabei ein anderes Stahlband gleicher Dicke zwischengelegt (1t Biegung). Danach wurde ein Stück eines Cellophanbandes auf das gebogene Teil geklebt. Dann wurde das Band von dem Teil entfernt und die Abschälung der Plattierschicht wurde geprüft. In der Tabelle bedeutet ein Zeichen keine Abschälung bei 0t-Biegung. Ein Zeichen O bedeutet die Tatsache, daß ein Teil der Plattierungsschicht bei 0t-Biegung abgeschält wird und bei 1t-Biegung nicht abgeschält wird. Ein Zeichen Δ bedeutet, daß ein Teil der Plattierungschicht bei 1t- Biegung abgeschält wird, und ein Zeichen x bedeutet, daß die gesamte Plattierung bei 1t-Biegung abgeschält wird. Tabelle 2: Beziehung zwischen Laufgeschwindigkeit und Plattierbedingung Laufgeschwindigkeit (m/min) Anteil unbedeckter Stellen (%) Haftung vorliegende Erfindung Ionenstrahlbestrahlung Vergleichsbeispiel kein Ionenstrahl
  • Aus der Tabelle 2 ist ersichtlich, daß das Stahlband bei Vorbehandlung durch Sprüh-Ätzung mit Ionenstrahlen bei einer hohen Arbeitsgeschwindigkeit mit einer guten Haftung ohne unbedeckte Stellen plattiert wird. Dagegen haben die Vergleichsbeispiele unbedeckte Stellen. Der Anteil unbedeckter Stellen nimmt mit der Arbeitsgeschwindigkeit zu.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Oberfläche des der Warmtauchung zu unterziehenden Stahlbandes durch Sprüh-Ätzung mit Ionenstrahlen gereinigt. Da die Atome von der Stahlbandoberfläche infolge Zusammenstoß mit dem Ionenstrahl entfernt werden, wird der Stahl einschließlich der leicht oxidierbaren Elemente ausreichend aktiviert. Im Ergebnis ist es möglich, das Stahlband der Warmtauchung mit verbesserter Haftung und im wesentlichen ohne Bildung unbedeckter Stellen zu unterziehen. Die Vorbehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die Länge der Vorbehandlungslinie verringern, so daß das Ingangsetzen oder Anhalten der Vorrichtung leicht durchgeführt werden kann. Der erzeugte Stahl kann bei den nachfolgenden Herstellungsverfahren nützlich sein.

Claims (8)

1. Verfahren zum Warm-Tauchbeschichten eines Stahlbandes, bei dem man
eine Vakuumkammer vorsieht, die von einem abgedichteten Eingang an ihrem zur Aufnahme und Zuführung des Stahlbandes ausgebildeten oberen Ende und einem Ausgang an ihrem unteren Ende begrenzt ist, wobei der Ausgang unter das Niveau des in einem Beschichtungsmetallbad enthaltenen Beschichtungsmetalls eingetaucht ist,
das Stahlband durch den abgedichteten Eingang in die Vakuumkammer einführt und dann abwärts zu dem Ausgang hin fährt, wobei in der Kammer zwischen dem Eingang und dem Ausgang ein Vakuum aufrechterhalten wird,
die Oberfläche des Stahlbandes durch Sprüh-Ätzbestrahlung mit Ionenstrahlen aktiviert, während sich das Band in der Vakuumkammer zwischen dem abgedichteten Eingang und dem Niveau des Beschichtungsmetalls befindet,
das aktivierte Stahlband von dem Ausgang der Vakuumkammer zur Berührung mit dem Beschichtungsmetall direkt in das Beschichtungsmetallbad führt, und
anschließend das metallbeschichtete Stahlband aus dem Beschichtungsmetallbad entfernt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man das Stahlband auf eine für die Warm-Tauchbeschichtung geeignete Temperatur erhitzt und dann in dem aktivierten und erhitzten Zustand in das Beschichtungsmetallbad einführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Ionenstrahlen aus einem ionisierten Argongas gebildet werden.
4. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Stahlband auf seiner Oberfläche wenigstens eins der Oxide Chromoxid, Siliziumoxid und Aluminiumoxid enthält.
5. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Stahlband Edelstahl enthält.
6. Vorrichtung zur Warm-Tauchbeschichtung eines Stahlbandes mit
einer Vakuumkammer, die von einem abgedichteten Eingang an ihrem zur Aufnahme und Zuführung des Stahlbandes ausgebildeten oberen Endes und einem Ausgangsteil an ihrem unteren Ende begrenzt ist, wobei der Ausgangsteil unter das Niveau des in einem Beschichtungsmetallbad enthaltenen Beschichtungsmetalls eingetaucht ist,
Evakuierungseinrichtungen, die zwischen dem abgedichteten Eingang und dem Ausgang an die Kammer angeschlossen sind,
wobei die Kammer so ausgebildet ist, daß ein Stahlband abwärts durch die Vakuumkammer laufen und nach Passieren des genannten Ausgangsteils mit dem Beschichtungsmetall in Berührung kommen kann,
in der Vakuumkammer über dem Ausgangsteil vorgesehenen Ionenstrahleinrichtungen, durch die wenigstens eine Oberfläche des Stahlbleches durch Bestrahlung mit Ionenstrahlen der Sprüh- Ätzung unterzogen werden kann, und
wobei die Ausbildung der Vakuumkammer, des Austrittsteils und des Beschichtungsmetallbades derart ist, daß das Beschichtungsmetall beim Anlegen von Vakuum an die Kammer veranlaßt wird, in das genannte Ausgangsteil zu steigen, um das Innere der Vakuumkammer von der Atmosphäre abzutrennen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der ein Paar Ionenstrahleinrichtungen auf gegenüberliegenden Seiten der Vakuumkammer vorgesehen sind, um die entgegengesetzten Seiten des Stahlbleches während ihres Durchlaufs in der Vakuumkammer zu aktivieren.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der zusätzlich Erhitzungseinrichtungen vorgesehen sind, um das Stahlband auf eine für das Warm-Tauchen geeignete Temperatur zu erhitzen.
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