DE880244C

DE880244C - Method and device for applying in particular metallic protective layers to preferably band-shaped carriers

Info

Publication number: DE880244C
Application number: DES25617A
Authority: DE
Inventors: Otto Dr Maercks
Original assignee: Spendel & Barth GmbH
Current assignee: Spendel & Barth GmbH
Priority date: 1951-11-14
Filing date: 1951-11-14
Publication date: 1953-06-18

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen insbesondere metallischer Schutzschichten auf vorzugsweise bandförmige Träger Es ist bekannt, durch Verdampfen von Stoffen im Vakuum gleichmäßig deckende Niederschläge auf Trägern aus anderem Werkstoff zu erzeugen. Die so hergestellten Schichten weisen schon bei geringer Stärke eine vorzügliche Porenfreiheit auf und stellen einen wirkungsvollen Schutz der Trägeroberfläche dar. Die Anwendung dieses Verfahrens in der Massenfertigung ist jedoch begrenzt, da einer kontinuierlichen Beschickung derartiger Anlagen wegen des erforderlichen hohen Vakuums erhebliche Schwierigkeiten entgegenstehen. Vor allem erscheint die Oberflächenveredlung von Blechbändern praktisch unmöglich, da, die vakuumdichte Einführung dieser Bänder einen technisch und wirtschaftlich nicht zu rechtfertigenden Aufwrind erfordert. Es ist z. B. üblich, Bänder, die zur Herstellung von Konservendosen, dienen und deren Länge bereits groß im Verhältnis zu ihrer Breite ist, zum Zweck der Verzinnung in kontinuierlicher Folge aneinander zu schweißen, um einem fließenden Arbeitsgang zu erreichen. Diese Bänder können in den Vakuumanlagen nicht verarbeitet werden. Hierdurch entsteht ein erheblicher Nachteil, da die heute gebräuchliche Art der Verzinnung, die darin besteht, die endlosen Bänder durch ein flüssiges Zinnbad zu ziehen, in, der Güte der Schutzschicht aufgedampften Schichten. erheblich unterlegen ist. Beim Tauchverzinnen ist zur vollständigen Abdeckung der Blechoberfläche eine verhältnismäßig große Zinnmenge erforderlich, die im Durchschnitt 30 g je Quadratmeter bei doppelseitiger Verzinnung beträgt. Trotz dieser beträchtlichen Zinnauflage sind die so hergestellten Bänder keineswegs porenfrei. Die Porigkeit muß vielmehr bei guten Erzeugnissen im Mittel mit vier bis acht Poren je Quadratzentimeter angenommen werden, wodurch die. Schutzwirkung der Zinnauflage empfindlich herabgemindert wird. Schließlich ist es nach diesem Verfahren nicht möglich, die Bänder nur einseitig zu verzinnen oder unverzinute Ränder auszusparen. Die Herstellung geschweißter Konservendosen, die erhebliche fertigungstechnische Vorteile- bieltot und sich bei der Herstellung von Dosen aus Schwarzblech schon weitgehend eingeführt hat, muß wegen des Fehlens unverzinnter Bänder bei Weißblechdosen bisher unterbleiben.Method and device for applying, in particular, metallic protective layers to preferably strip-shaped supports It is known to produce uniformly covering deposits on supports made of a different material by evaporating substances in a vacuum. The layers produced in this way have excellent freedom from pores even at low thicknesses and provide effective protection for the carrier surface. However, the use of this method in mass production is limited, as the continuous loading of such systems is difficult because of the high vacuum required. Above all, the surface refinement of sheet metal strips appears to be practically impossible, since the vacuum-tight introduction of these strips requires a technically and economically unjustifiable increase. It is Z. B. customary, tapes that are used for the production of cans, and the length of which is already large in relation to their width, for the purpose of tinning in continuous sequence to be welded to achieve a smooth operation. These tapes cannot be processed in the vacuum systems. This results in a considerable disadvantage, since the type of tinning that is common today, which consists of pulling the endless strips through a liquid tin bath, in layers that are vapor-deposited to the quality of the protective layer. is considerably inferior. In the case of dip tinning, a relatively large amount of tin is required to completely cover the surface of the sheet metal, which is on average 30 g per square meter for double-sided tinning. Despite this considerable amount of tin, the tapes produced in this way are by no means free of pores. The porosity must rather be assumed in good products with an average of four to eight pores per square centimeter, whereby the. The protective effect of the tin plating is sensitively reduced. After all, this method does not allow the strips to be tinned on only one side or to cut out untined edges. The manufacture of welded cans, which offered considerable advantages in terms of manufacturing technology and has already been widely used in the manufacture of cans from black plate, has hitherto been omitted because of the lack of untinned strips in tinplate cans.

Auch der elektrolytische Niederschlag von Zinn, der in dorr Massenfertigung gleichfalls Anwendung findet, weist ähnliche Nachteile auf. Zwar sind die so hergestellten Schichten meist dünner als die nach dem Tauchverfahren erzeugten Schichten. Sie zeigen jedoch wegen der im Fertigungsgang an der Blechoberfläche auftretenden: Wasserstoffentwicklung eine solch starke Porigkeit, da,ß eine zusätzliche Lackierung der Bleche notwendig wird. Einseitiges Verzinnen und Aussparen unverzin.nter Ränder stößt auf erhebliche Schwierigkeiten. und findet deswegen kaum Anwendung.Also the electrolytic precipitation of tin, which in dorr mass production is also used, has similar disadvantages. It is true that they are manufactured in this way Layers usually thinner than the layers produced by the immersion process. she show, however, because of the on the sheet surface occurring in the production process: Hydrogen evolution Such a strong porosity that an additional painting of the sheets is necessary will. Tinning on one side and leaving out untinned edges encounters considerable Trouble. and is therefore hardly used.

Es wurden; weiterhin Verfahren bekannt, die das Aufdampfen von Schutzschichten, bei höheren. Drücken zum Gegenstand haben und, die hohen Anforderungen herabzumindern gestatten., die bisher für die Aufrechterhaltung des Vakuums bestanden.There were; furthermore known processes that involve the vapor deposition of protective layers, at higher. The object of pressure is to reduce the high requirements allow. that existed so far for maintaining the vacuum.

Diesen Verfahren ist gemeinsam, daß durch große Energiekonzentration das zu verdampfende Metall thermisch so stark beschleunigt wird, daß seine fortgeschleuderten Moldeüle gegen, die Moleküle des im Verdampfungsrauin befindlichen Restgases eine erhebliche Strecke anlaufen können. Meist wird dies -durch eine elektrische Explosion von Drähten geringer Stärke durchgeführt, über die ein auf mehrere Kilovolt aufgeladener Kondensator plötzlich entladen wird. Bei Verwendung kurzer, dünner Aluminiumdrähte können auf diesein Wege Aluminiumschichten noch bei einem Druck von 35o Toer aufgedampft werden.What these processes have in common is that they use a high concentration of energy the metal to be evaporated is thermally accelerated so strongly that its flung away Moldeüle against, the molecules of the residual gas in the evaporation roughness a can start a considerable distance. Usually this is caused by an electrical explosion carried out by wires of small thickness, through which one charged to several kilovolts Capacitor discharges suddenly. When using short, thin aluminum wires In this way, aluminum layers can still be vapor-deposited at a pressure of 35o will.

Auch diese Verfahren sind für die Massenfertigung, insbesondere für die Verzinnung von Konservendosenbändern, wenig geeignet. Die sichere Aufrechterhaltung des Unterdruckes erfordert einen beträchtlichen Aufwand, während sich die thermische Explosion des aufzudampfenden Stoffes kaum kontinuierlich durchführen läßt. Selbst bei einer Lösung .dieses Problems würde die rein thermische Beschleunigung der Dampfmoleküle einen nicht mehr zu rechtfertigenden Aufwand bedeuten und einen erheblichen Verlust am Aufdampfmaterial mit sich bringen, da die Bewegung der Moleküle nach allen Seiten und nicht nur in Richtung auf den Träger erfolgt.These methods are also suitable for mass production, especially for the tin-plating of can tapes, not very suitable. Safe maintenance the negative pressure requires a considerable effort, while the thermal Explosion of the substance to be vaporized can hardly be carried out continuously. Self a solution to this problem would be the purely thermal acceleration of the vapor molecules mean an effort that can no longer be justified and a considerable loss on the vapor deposition material, since the molecules move in all directions and not just in the direction of the wearer.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Mängel vorbekannter Verfahren zu vermeiden und eire Verfahren sowie eine zu dessen Ausführung bestimmte Vorrichtung zu schaffen., die vor, Vakuum oder Unterdruck unabhängig ist, ein. kontinuierliches Arbeiten ermöglicht und eine volle Ausnutzung des Schutzschichtwerkstoffes erlaubt, da dieser nur auf dem Träger niedergeschlagen wird.The invention has set itself the task of addressing the shortcomings of the previously known Procedure to avoid and a procedure and a procedure designed to be carried out To create a device that is independent of vacuum or negative pressure. continuous Enables work and allows full utilization of the protective layer material, since this is only deposited on the carrier.

Erreicht ist dieses Ziel erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch, daß der Schutzwerkstoff verdampft und daß zwischen der Verdampfungszone und dem zu schützendem Träger ein hohes, vorzugsweise dicht unterhalb der Durchbruchfeldstärke liegendes elektrisches Potential gelegt wird. Dieses Potential erzeugt zwischen dem Verdampfer, beispielsweise einer offenen Brennerflam-me, und dem Träger ein inhomogenes Feld, so, daß an der Spitze der Flamme eine große Feldkonzentration entsteht, die sich in einem Ausziehen der Flamme zu einer feinen Spitze bemerkbar macht und zu einer starken Ionisation der Flammengase führt. Die Ionen worden durch die elektrische Anziehung auf den entgegengesetzt geladenen Träger zu bewegt, wo sie ihrer Ladung abgeben, so, daß zwischen Flamme und Träger eire Ionenstrom zu fließen. beginnt. Dieser ionisierenden Flamme wird erfindungsgemäß der aufzudampfende Werkstoff, z. B. Zinn, in einer solchen Dosierung kontinuierlich zugeführt, daß die eingebrachte Menge im Flammenkegel verdampft. Die Schutzwerkstoffdämpfe werden. in, der Flammenspitz stark ionisiert und mit großer Geschwindigkeit zum Träger hingezogen. Dort schlagen sie sich als gleichmäßig deckender, fest haftender Überzug nieder.This goal is achieved according to the invention essentially by that the protective material evaporates and that between the evaporation zone and the to be protected carrier a high, preferably just below the breakdown field strength lying electrical potential is applied. This potential creates between the vaporizer, for example an open burner flame, and the carrier Inhomogeneous field, so that a large field concentration at the tip of the flame arises, which is noticeable in a drawing of the flame to a fine point power and leads to a strong ionization of the flame gases. The ions have been through the electrical attraction moves towards the oppositely charged carrier where they give up their charge in such a way that an ion current flows between the flame and the carrier flow. begins. According to the invention, this ionizing flame becomes the one to be evaporated Material, e.g. B. tin, fed continuously in such a dosage that the amount introduced evaporates in the flame cone. The protective material vapors are. in, the tip of the flame is strongly ionized and drawn towards the wearer at great speed. There they are deposited as an evenly covering, firmly adhering coating.

Findet dieser Vorgang in oxydierender Atmosphäre statt, so erfolgt eine zusätzliche Oxydation des Zinndampfes. Auf dem Träger wird demzufolge Zinnoxyd niedergeschlagen, das anschließend in an sich bekannter Weise im Wasserstoffstrom reduziert worden kann und einen. gut deckenden metallischen Überzug ergibt.If this process takes place in an oxidizing atmosphere, it takes place an additional oxidation of the tin vapor. As a result, tin oxide is deposited on the carrier deposited, which is then in a conventional manner in the hydrogen stream can be reduced and one. well covering metallic coating results.

Zweckmäßig wird jedoch das Aufdampfen in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre vorgenommen. Arbeitet man hierbei mit geringem Überdruck, so, ist der zur Abdichtung erforderliche Aufwand unbedeutend.However, vapor deposition in an inert or reducing process is expedient Atmosphere made. If you work with a slight overpressure, that's The effort required for sealing is insignificant.

In der Zeichnung ist eine zur Durchführung des neuen Verfahrens geeignete Vorrichtung dargestellt. Als Beispiel ist hier das Verzinnen von Konservendo,senbändern gewählt. Es lassen sich jedoch selbstverständlich außer Zinn auch andere Metalle sowie deren Chloride und ähnliche Verbindungen aufdampfen. Auch das Auftragen von Siliconen und organischen Schutzschichten ist möglich. Desgleichen soll die Oberflächenbehandlung langer Bänder nur be'ispielswei-se zu werten sein: Es ist leicht ersichtlich, daß sich auch beliebig geformte andere Träger, z. B. Fertigteile, in der angegebenen Weise behandeln lassen: Das zu verzinnende Band z wird über Umlenkrolle 2, 3 mittels Haspel q. durch die allseitig geschlossene Reaktionskammer 5 geführt. Der besseren Übersicht halber ist die Vorderwand der Kammer 5 zum größtem Teil weggebrochen dargestellt. Ein zur Durchführung des Hochspannungspols 6 dienender Isolator 7 trägt einen Brenner 8, der über eine isolierte Rohrleitung 9 mit den Brenngasen, gespeist wird. Oberhalb des Brenners 8 befindet sich ein. Schmelzofen fo, der über einen spannungsfesten Trenntransformator i i elektrisch heizbar ist und am gleichen Hochspannungspotential liegt wie der Brenner. Der Schmelzofen fo ist mit flüssigem Zinn. gefüllt, das durch die Düse, 12 in feinem Strahl in den Fla.minenkegel 13 geleitet wird. Über die oberhalb des Zinnspiegels mündende isolierte Gasleitung 1d. kann mittels eines inerteri oder reduzierenden Gases ein einstellbarer Druck auf die Zinnschmelze ausgeübt und damit die austretende Zinilmen.ge geregelt werden.The drawing shows a suitable one for carrying out the new method Device shown. An example here is the tin plating of tin tapes chosen. However, other metals besides tin can of course also be used as well as their chlorides and similar compounds. Also the application of Silicones and organic protective layers are possible. The surface treatment should be the same long tapes should only be evaluated as an example: It is easy to see that also any other shaped carrier, z. B. Finished parts, in the specified Have it treated like this: The strip z to be tinned is rolled over pulley 2, 3 by means of Reel q. passed through the reaction chamber 5, which is closed on all sides. The better one For the sake of clarity, the front wall of the chamber 5 is shown broken away for the most part. One to carry out the high voltage pole 6 serving isolator 7 carries a burner 8, which via an insulated pipe 9 with the fuel gases, is fed. Above the burner 8 there is a. Melting furnace fo that over a voltage-proof isolating transformer i i can be heated electrically and on the same There is a high voltage potential like the burner. The melting furnace fo is with liquid Tin. filled, which through the nozzle, 12 in a fine jet into the fla.mining cone 13 is directed. Via the insulated gas line opening above the tin surface 1d. An adjustable pressure can be achieved by means of an inert or reducing gas exerted on the tin melt and thus the escaping Zinilmen.ge are regulated.

Das im Flammenkegel verdampfende Zinn schlägt sich auf der der Flamme 13 gegenüberliegenden: Bandseite nieder. Durch eine oder mehrere zweckmäßig einstellbare Blenden. 15 können beliebige Streifen des Bandes, vorzugsweise dessen Randstreifen, vom Überzug freigehalten werden. Dabei empfiehlt es sich, scharf ausgebildeter Kanten wegen die Blende oder Blenden 15 möglichst nahe der Bandoberfläche, anzuordnen.The tin evaporating in the flame cone beats on that of the flame 13 opposite: hinge side down. With one or more appropriately adjustable Bezels. 15 any strips of the tape, preferably its edge strips, be kept free from the coating. It is advisable to have sharp edges because of the diaphragm or diaphragms 15 as close as possible to the belt surface to be arranged.

Um eine Oxydation des verdampfenden Ziiins zu vermeiden, wird über die Rohrleitung 16 ein inertes oder reduzierendes Gas mit leichtem Überdruck in die! Realtionskammer 5 eingeblasen, aus welcher es durch die Rohrleitung 17 wieder austreten kann.In order to avoid oxidation of the evaporating tin, over the pipe 16 is an inert or reducing gas with a slight overpressure in the! Realtionskammer 5 blown in, from which it again through the pipe 17 can emerge.

Zur Aufrechterhaltung des elektrischen Spannungsgefälles zwischen Flamme und Band ist der noch freie! Pol 18 der Hochspannungsquelle! i9 wie das Band an Erdpotential gelegt. Die Polung wird zweckmäßig so vorgenommen, daß das Band i in bezug auf die Flamme 13 positiv ist. Die benötigte Spannungsdifferenz richtet sich nach den Banddimensionen und der Entfernung zwischen. Flamme und Band. Sie kann fo bis foo kV betragen.To maintain the electrical voltage gradient between Flame and ribbon is the one still free! Pole 18 of the high voltage source! i9 like the tape placed on earth potential. The polarity is expediently made so that the tape i is positive with respect to flame 13. The required voltage difference is set up depending on the tape dimensions and the distance between. Flame and ribbon. she can be fo to foo kV.

Wie bereits erwähnt, ist die dargestellte Vorrichtung nur eine beispielsweise Verwirklichung der Erfindung und diese nicht darauf beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei andere Ausführungen und Anwendungen möglich. So kann statt der offenen Brennerflamme auch ein Lichtbogen verwendet werden. In diesem Fall wird zweckmäßig der Lichtbogen zwischen einer abbrandfesten Elektrode und einem mit dem Schutz`verkstoff gefüllten Behälter gezündet, wodurch der Schmelzofen fo fortfallen kann. Für leicht verdampfende Substanzen genügt unter Umständen die Beheizung durch eine Heizspirale.As already mentioned, the device shown is only an example Realization of the invention and this is not limited to it, rather are still various other designs and applications are possible. So instead of the open Burner flame can also be used as an electric arc. In this case it becomes expedient the arc between an erosion-proof electrode and one with the protective material ignited filled container, whereby the melting furnace fo can be omitted. For easy Vaporizing substances may be sufficient to be heated by a heating coil.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for applying, in particular metallic Protective layers on preferably band-shaped carriers, characterized in that the protective material is evaporated and between the evaporation zone and the to protective carrier a high, preferably just below the breakdown field strength lying electrical potential is generated.

2. The method according to claim i, characterized ge, indicates that the process is carried out at essentially atmospheric pressure will.

3. The method according to claim i, characterized in that. in, oxidizing Atmosphere worked and the precipitated protective material oxide, in particular Metal oxide, is reduced. d ..

Method according to claim i, characterized in that that it is in an inert or reducing atmosphere, preferably at a slight overpressure, is carried out.

5. Apparatus for practicing the method according to any one of the claims i to q., characterized in that opposite the one pole (18) of a high voltage generator (i9) lying support (i) an evaporator (8) is arranged, which is at the opposite pole (6) and the evaporator a device (fo) for the continuous supply of the protective material assigned.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the Evaporator is formed from a burner (8) with an open flame (13), the cone of which the protective material can be supplied.

7. Apparatus according to claim 5, characterized in that that as an evaporator. Electric arc. serves, which is between a preferably non-erosive The electrode and a container filled with the protective material are on fire. B.

contraption according to claim 5, characterized in that near the evaporator (8) a with a Nozzle (12) provided container (fo) provided for liquid protective material and the exit of the protective material from the nozzle by changing the pressure of one on your Liquid level burdening agent, e.g. B. an inert or reducing gas, is adjustable.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the evaporator (8) and the container (fo) for the. liquid protective material on poles of the same name lie. fo.

Device according to claim 5, characterized in that between the evaporator (8) and carrier (i) one or more cover templates (15) are arranged. il.

Device according to claim fo, characterized in that the cover template or template! n (15) are arranged near the beam.

12. Apparatus according to claim 5, characterized in that the carrier (i) on the positive, the evaporator (8) on the negative Pole of the high voltage generator lies.