EP3959348A1 - Pvd dickenregelung - Google Patents

Pvd dickenregelung

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Publication number
EP3959348A1
EP3959348A1 EP20720821.6A EP20720821A EP3959348A1 EP 3959348 A1 EP3959348 A1 EP 3959348A1 EP 20720821 A EP20720821 A EP 20720821A EP 3959348 A1 EP3959348 A1 EP 3959348A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer thickness
metal strip
change
strip
evaporation rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20720821.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lutz Kümmel
Thomas Daube
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMS Group GmbH filed Critical SMS Group GmbH
Publication of EP3959348A1 publication Critical patent/EP3959348A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/542—Controlling the film thickness or evaporation rate
    • C23C14/545—Controlling the film thickness or evaporation rate using measurement on deposited material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation

Definitions

  • the present invention relates to a method for coating a metal strip, in particular a steel strip, by means of a metallic substrate, in particular zinc, in a strip coating system, the coating taking place according to the principle of physical vapor deposition (PVD) and the layer thickness via the parameters of the strip speed and the Evaporation rate is set, as well as a system for coating the metal strip by means of the metallic substrate.
  • PVD physical vapor deposition
  • JPS6296669 discloses a method for coating steel strips with a zinc layer, the temperature of the steel strip being set to a specific temperature range before coating.
  • JPS63128168 discloses a method for coating steel strips with a zinc layer, which has an improved deep-drawability.
  • a control unit for a gas phase separator is known in order to improve the quality of the deposited layer.
  • the deposited layer thickness is determined by means of a layer thickness detector and the belt speed is continuously determined by means of a speed detector and sent to the control unit. If, for example, the target value for the layer thickness is undershot or exceeded, the belt speed is adjusted accordingly via the control unit so that the deposited layer thickness can be kept constant.
  • a method for coating steel strips with aluminum is known from JPS6320448, the formation of an Al-Fe alloy layer being prevented by prior formation of an AlN layer. The layer thickness of the AlN layer is set by adjusting the belt speed.
  • DE 1 521 573 discloses a control system for continuous
  • EP 0 176 852 discloses a vacuum coating device for the continuous coating of a metal strip, in which a control device is provided for changing the width of the metal vapor channel so that metal strips of different widths can be coated with a uniform layer thickness.
  • the desired metallic substrate is evaporated and deposited on a metallic surface, with the evaporation usually taking place in a vacuum using known techniques.
  • the vaporized metallic substrate is then deposited on the surface of the metal tape.
  • the evaporation process is a thermal process
  • the adjustment of the evaporation rate in the event of a process change takes place only slowly, so that a section is formed on the metal strip that does not have the desired layer thickness and therefore does not meet the quality requirements.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a method and an installation which overcome the disadvantages of the prior art.
  • the method is intended for coating a metal strip by means of a metallic substrate in a strip coating system, the coating taking place according to the principle of physical vapor deposition (PVD) and the layer thickness being set via the parameters of the strip speed and the evaporation rate.
  • PVD physical vapor deposition
  • the evaporation rate and the belt speed are changed simultaneously so that the change in layer thickness can be implemented directly independently of the thermal evaporation process.
  • Evaporation rate can be adjusted in advance when changing the layer thickness.
  • the coating can be on one side or, preferably, on both sides, i.e. both the top and the bottom of the metal strip are coated.
  • the invention provides a system for coating a metal strip by means of a metallic substrate, comprising a continuous treatment line in which the metal strip is moved in a direction of movement (T), one in the treatment line
  • Coating device in which the metal strip at least can be coated on one side with the metallic substrate according to the principle of physical vapor deposition (PVD), and the layer thickness can be adjusted via the parameters of the belt speed and the evaporation rate.
  • the system has a control unit which changes the evaporation rate and the belt speed simultaneously with a change in layer thickness and / or a change in width of the metal strip, so that the change in layer thickness can be implemented directly regardless of the thermal evaporation process.
  • the present invention is based on the essential knowledge that the layer thickness change can be set directly on the metal strip independently of the slow thermal changeover process by a superimposed speed adjustment. In this way, the formation of larger metal strip sections which do not yet have the desired, newly set layer thickness can be effectively avoided. Furthermore, the adjustment of the evaporation rate is advantageous in order to operate the process or the system at an optimal production speed.
  • the evaporation rate is adjusted accordingly. If the layer thickness is reduced, the evaporation rate is reduced; if the layer thickness is increased, it is increased. The slow decrease or increase in the evaporation rate, which lasts for several minutes, is compensated in this phase by a continuous adjustment in the form of an increase or decrease in the belt speed, so that the layer thickness deposited on the subsequent metal belt immediately corresponds to the desired target layer thickness. If, for example, the following strip, which is wider or narrower than the preceding metal strip, is to be coated with the same layer thickness, the evaporation rate is adjusted accordingly. If the following belt is narrower, the evaporation rate is reduced.
  • the evaporation rate is increased.
  • the slow decrease or increase in the evaporation rate which lasts for several minutes, is compensated in this phase by a continuous adjustment in the form of an increase or decrease in the belt speed, so that the layer thickness deposited on the following belt immediately corresponds to the desired target layer thickness
  • the following strip can be made wider than the preceding metal strip, the layer thickness on the following strip being intended to be greater than on the preceding metal strip.
  • the evaporation rate is increased accordingly and the belt speed is reduced.
  • the slow increase in the evaporation rate which lasts for several minutes, is compensated in this phase by continuously lowering the belt speed so that the layer thickness deposited on the following belt immediately corresponds to the desired target layer thickness.
  • the following strip can be made wider than the preceding metal strip, the layer thickness on the following strip should be smaller than on the preceding metal strip.
  • the change in the evaporation rate and the belt speed are dependent on the change in width of the subsequent belt and the target layer thickness. If, for example, the evaporation rate and the belt speed are kept constant in this constellation, a smaller layer thickness is automatically established due to the larger area to be coated on the subsequent belt. If, for example, only the belt speed is reduced, then, due to the larger surface to be coated on the following belt, an even smaller layer thickness is automatically established. Basically, however, both the evaporation rate and the belt speed become more desirable Targets changed simultaneously in such a way that the layer thickness deposited on the following strip immediately corresponds to the desired target layer thickness.
  • the following strip can be made narrower than the preceding metal strip, the layer thickness on the following strip being intended to be greater than on the previous one
  • the evaporation rate and the belt speed are changed simultaneously in such a way that the layer thickness deposited on the subsequent belt immediately corresponds to the desired target layer thickness
  • the following strip can be made narrower than the preceding metal strip, the layer thickness on the following strip being intended to be smaller than on the previous one
  • the evaporation rate and the belt speed are changed simultaneously in such a way that the layer thickness deposited on the subsequent belt immediately corresponds to the desired target layer thickness.
  • the evaporation rate and the belt speed are changed together at fixed time intervals so that the two parameters can be matched to one another in a particularly fine manner.
  • the smaller the time interval selected the more precisely a change in layer thickness and / or a change in width of the metal strip can be carried out.
  • the change in layer thickness and / or the change in width of the metal strip preferably takes place via pairs of values of evaporation rate and strip speed per time interval, which are particularly preferably based on historical data and / or a model relationship.
  • the speed adjustment can be precontrolled accordingly per unit of time in order to achieve an immediate adjustment.
  • the metal band is preferably a steel band.
  • the metallic substrate preferably comprises zinc, so that a pure zinc layer is formed as the resulting coating.
  • the metallic substrate can also have contents of magnesium, aluminum, iron or silicon, so that a zinc alloy layer is formed as the resulting coating. In a particularly preferred embodiment variant, this is
  • Change in layer thickness and / or the change in width of the metal strip at least 10%, more preferably 15%, even more preferably 20% and most preferably 25%.
  • a layer thickness measuring device is preferably used, which is arranged downstream of the coating device. With the downstream layer thickness measuring device, the layer thickness can be regulated by adjusting the belt speed and the evaporation rate.
  • FIG. 1 shows a schematically simplified side view of an embodiment variant of the system according to the invention.
  • FIG. 1 an embodiment of a system 1 according to the invention is shown in a schematically greatly simplified side view.
  • the system 1 is suitable for carrying out the method according to the invention in which a metal strip 10 is carried out by means of a metallic substrate 12 according to the principle of physical vapor deposition (PVD), the layer thickness being set via the parameters of the belt speed and the evaporation rate according to the following formula .
  • PVD physical vapor deposition
  • the system 1 initially comprises a continuous treatment line 2 in which the metal strip 10 is initially unwound by a first reel device 11 and is rewound again at the end of the treatment line 2 by a second reel device 13. Within the treatment line 2, the metal strip 10 is moved in a direction of movement of the arrow 3 and thereby passes through several stations.
  • the system 1 comprises a pickling device 14 arranged in the treatment line 2 and a coating device 16 arranged downstream.
  • the surfaces of the metal strip 10, for example a steel strip are prepared so that they can then be coated in the coating device 16.
  • the metal strip 10 is then coated on at least one side, preferably on both sides, with the metallic substrate 12, for example a zinc layer, according to the principle of physical vapor deposition (PVD).
  • PVD physical vapor deposition
  • the belt speed can be adjusted by changing the above formula.
  • the same relationship also applies to a change in width or to a combination.
  • the method therefore provides that when the layer thickness changes and / or the width of the metal strip 10 changes, the evaporation rate and the strip speed are changed simultaneously, so that the layer thickness change can be implemented directly independently of the thermal evaporation process. With others she can
  • the system 1 comprises a control unit 18 which changes the evaporation rate and the belt speed simultaneously when the layer thickness changes and / or the width of the metal strip 10 changes, so that the layer thickness change can be implemented directly independently of the thermal evaporation process.
  • the control unit 18 is EDP-supported and additionally comprises a memory unit 19 in which value pairs of evaporation rates and belt speeds are stored per time interval. These can, for example, be based on past data or models. If, for example, a new, 25% smaller layer thickness is to be applied to the metal strip 10, the evaporation rate is reduced via the control unit 18.
  • a layer thickness measuring device 20 is additionally arranged in the treatment line 2 downstream of the coating device 16, via which the coating is checked.
  • a correction value can then be determined and adapted with this measured value.
  • the coating thickness measuring device 20 is connected to the control unit 18 so that if the values fall below or exceed predetermined values, the coating can be readjusted according to the mathematical relationship shown in order to achieve a uniform coating.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Metallbands (10) mittels eines metallischen Substrats (12) in einer Bandbeschichtungsanlage (1), wobei das Beschichten nach dem Prinzip einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) erfolgt und die Schichtdicke über die Parameter der Bandgeschwindigkeit und der Verdampfungsrate eingestellt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einer Schichtdickenänderung und/oder einer Breitenänderung des Metallbands (10) die Verdampfungsrate und die Bandgeschwindigkeit simultan geändert werden, so dass die Schichtdickenänderung unabhängig vom thermischen Verdampfungsprozess direkt umsetzbar ist.

Description

PVD Dickenregelung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Metallbands, insbesondere eines Stahlbands, mittels eines metallischen Substrats, insbesondere Zink, in einer Bandbeschichtungsanlage, wobei das Beschichten nach dem Prinzip einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) erfolgt und die Schichtdicke über die Parameter der Bandgeschwindigkeit und der Verdampfungsrate eingestellt wird, sowie eine Anlage zum Beschichten des Metallbands mittels des metallischen Substrats.
Verfahren zum Beschichten von metallischen Bändern mit einer Passivierungsschicht sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So offenbart beispielsweise die JPS6296669 ein Verfahren zur Beschichtung von Stahlbändern mit einer Zinkschicht, wobei die Temperatur des Stahlbands vor der Beschichtung auf einen spezifischen Temperaturbereich eingestellt wird.
Die JPS63128168 offenbart ein Verfahren zur Beschichtung von Stahlbändern mit einer Zinkschicht, welches eine verbesserte Tiefziehfähigkeit aufweist.
Aus der JPH05287528 ist eine Kontrolleinheit für einen Gasphasenabscheider bekannt, um die Qualität der abgeschiedenen Schicht zu verbessern. Hierbei werden mittels eines Schichtdickendetektors die abgeschiedene Schichtdicke und mittels eines Geschwindigkeitsdetektors die Bandgeschwindigkeit kontinuierlich ermittelt und an die Kontrolleinheit gesendet. Wird beispielsweise der Schichtdickensollwert unter- oder überschritten, so wird die Bandgeschwindigkeit über die Kontrolleinheit entsprechend angepasst, so dass die abgeschiedene Schichtdicke konstant gehalten werden kann. Aus der JPS6320448 ist ein Verfahren zur Beschichtung von Stahlbändern mit Aluminium bekannt, wobei durch vorherige Bildung einer AIN-Schicht die Bildung einer Al-Fe-Legierungsschicht verhindert wird. Die Schichtdicke der AIN-Schicht wird hierbei durch Anpassung der Bandgeschwindigkeit eingestellt.
Die DE 1 521 573 offenbart eine Regelanlage für kontinuierliche
Bandlackierverfahren im Vakuum, wobei auf einer Oberfläche eines Bandes entsprechend der Bandgeschwindigkeit Metalldampf abgeschieden wird, so dass eine gleichmäßige Schichtdicke erzielt wird
Die EP 0 176 852 offenbart eine Vakuumbeschichtungsvorrichtung zum kontinuierlichen Beschichten eines Metallbandes, bei der eine Steuereinrichtung zum Ändern der Breite des Metalldampfkanals vorgesehen ist, so dass Metallbänder mit unterschiedlichen Breiten mit einer gleichmäßigen Schichtdicke beschichtet werden können.
In einem PVD-Beschichtungsprozess wird das gewünschte metallische Substrat verdampft und auf einer metallischen Oberfläche abgeschieden, wobei die Verdampfung üblicherweise im Vakuum mittels bekannter Techniken erfolgt. Das verdampfte metallische Substrat wird sodann auf der Oberfläche des Metallbands abgeschieden.
Da der Verdampfungsprozess ein thermischer Prozess ist, verläuft die Anpassung der Verdampfungsrate bei einer Prozessänderung, wie beispielsweise einer Schichtdickenänderung und/oder einer Breitenänderung des Metallbands, nur langsam, so dass es zur Bildung eines Abschnitts auf dem Metallband kommt, der nicht die gewünschte Schichtdicke aufweist und somit den Qualitätsanforderungen nicht genügt. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren sowie eine Anlage bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik überkommen.
Diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 8 erzielt.
Die Unteransprüche betreffen jeweils bevorzugte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung, deren jeweilige Merkmale im Rahmen des technisch Sinnvollen ggf. auch über die Kategoriegrenzen der verschiedenen Ansprüche hinweg frei miteinander kombinierbar sind.
Das Verfahren ist zum Beschichten eines Metallbands mittels eines metallischen Substrats in einer Bandbeschichtungsanlage vorgesehen, wobei das Beschichten nach dem Prinzip einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) erfolgt und die Schichtdicke über die Parameter der Bandgeschwindigkeit und der Verdampfungsrate eingestellt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einer Schichtdickenänderung und/oder einer Breitenänderung des Metallbands die Verdampfungsrate und die Bandgeschwindigkeit simultan geändert werden, so dass die Schichtdickenänderung unabhängig vom thermischen Verdampfungsprozess direkt umsetzbar ist. Mit anderen kann die
Verdampfungsrate bei einem Schichtdickenwechsel vorausschauend angepasst werden.
Die Beschichtung kann einseitig oder vorzugsweise beidseitig erfolgen, d.h. es werden sowohl die Oberseite als auch die Unterseite des Metallbands beschichtet.
In gleicher Weise sieht die Erfindung eine Anlage zum Beschichten eines Metallbands mittels eines metallischen Substrats vor, umfassend eine durchlaufende Behandlungslinie in der das Metallband in einer Bewegungsrichtung (T) bewegt wird, wobei in der Behandlungslinie eine
Beschichtungseinrichtung vorgesehen ist, in der das Metallband mindestens einseitig mit dem metallischen Substrat nach dem Prinzip einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) beschichtbar ist, und wobei die Schichtdicke über die Parameter der Bandgeschwindigkeit und der Verdampfungsrate einstellbar ist. Erfindungsgemäß weist die Anlage eine Regeleinheit auf, die bei einer Schichtdickenänderung und/oder einer Breitenänderung des Metallbands die Verdampfungsrate und die Bandgeschwindigkeit simultan ändert, so dass die Schichtdickenänderung unabhängig vom thermischen Verdampfungsprozess direkt umsetzbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass durch eine überlagerte Geschwindigkeitsanpassung die Schichtdickenänderung unabhängig von dem langsamen thermischen Umstellvorgang direkt am Metallband einstellbar ist. So kann die Bildung von größeren Metallbandabschnitten, die die gewünschte neu eingestellte Schichtdicke noch nicht aufweisen, wirkungsvoll umgangen werden. Des Weiteren ist die Anpassung der Verdampfungsrate vorteilhaft, um das Verfahren oder die Anlage mit optimaler Produktionsgeschwindigkeit zu betreiben.
Durch die und/oder-Formulierung ist für den Fachmann erkennbar, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens oder der erfindungsgemäßen Anlage unterschiedliche Ausführungsvarianten realisierbar sind.
Soll beispielsweise eine neue Schichtdicke auf dem zu beschichtenden Metallband oder auf dem nachfolgenden Metallband aufgetragen werden, so wird die Verdampfungsrate entsprechend angepasst. Bei einer Schichtdickenreduzierung wird die Verdampfungsrate reduziert, bei einer Schichtdickenerhöhung erhöht. Die langsame Absenkung oder Erhöhung der Verdampfungsrate, die mehrere Minuten andauert, wird in dieser Phase durch eine kontinuierliche Anpassung, in Form einer Erhöhung oder Absenkung der Bandgeschwindigkeit, kompensiert, so dass die am nachfolgenden Metallband abgeschiedene Schichtdicke sofort der gewünschte Zielschichtdicke entspricht. Soll beispielsweise das Folgeband, welches breiter oder schmaler zum vorhergehenden Metallband ist, mit derselben Schichtdicke beschichtet werden, so wird die Verdampfungsrate entsprechend angepasst. Ist das Folgeband schmaler, so wird die Verdampfungsrate reduziert. Ist das Folgeband breiter, so wird die Verdampfungsrate erhöht. Die langsame Absenkung oder Erhöhung der Verdampfungsrate, die mehrere Minuten andauert, wird in dieser Phase durch eine kontinuierliche Anpassung, in Form einer Erhöhung oder Absenkung der Bandgeschwindigkeit, kompensiert, so dass die am Folgeband abgeschiedene Schichtdicke sofort der gewünschten Zielschichtdicke entspricht
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsvariante kann das Folgeband breiter ausgeführt sein als das vorhergehende Metallband, wobei die Schichtdicke am Folgeband größer sein soll als auf dem vorhergehenden Metallband. In diesem Fall wird die Verdampfungsrate entsprechend erhöht, die Bandgeschwindigkeit reduziert. Die langsame Erhöhung der Verdampfungsrate, die mehrere Minuten andauert, wird in dieser Phase durch eine kontinuierliche Absenkung der Bandgeschwindigkeit kompensiert, so dass die am Folgeband abgeschiedene Schichtdicke sofort der gewünschten Zielschichtdicke entspricht. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsvariante kann das Folgeband breiter ausgeführt sein als das vorhergehende Metallband, wobei die Schichtdicke am Folgeband kleiner sein soll als auf dem vorhergehenden Metallband. In diesem Fall ist die Änderung der Verdampfungsrate und der Bandgeschwindigkeit abhängig von der Breitenänderung des Folgebands und der Zielschichtdicke. Wird beispielsweise in dieser Konstellation die Verdampfungsrate und die Bandgeschwindigkeit konstant gehalten, so stellt sich, aufgrund der größeren zu beschichtenden Fläche am Folgeband, automatisch eine kleinere Schichtdicke ein. Wird beispielsweise nur die Bandgeschwindigkeit reduziert, so stellt sich, aufgrund der größeren zu beschichtenden Fläche am Folgeband, automatisch eine noch kleinere Schichtdicke ein. Grundsätzlich werden jedoch sowohl die Verdampfungsrate als auch die Bandgeschwindigkeit gemäß gewünschter Zielvorgaben derart simultan geändert, dass die am Folgeband abgeschiedene Schichtdicke sofort der gewünschten Zielschichtdicke entspricht.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsvariante kann das Folgeband schmaler ausgeführt sein als das vorhergehende Metallband, wobei die Schichtdicke am Folgeband größer sein soll als auf dem vorhergehenden
Metallband. Entsprechend der Vorgaben werden die Verdampfungsrate als auch die Bandgeschwindigkeit derart simultan geändert, dass die am Folgeband abgeschiedene Schichtdicke sofort der gewünschten Zielschichtdicke entspricht
Letztendlich kann in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsvariante das Folgeband schmaler ausgeführt sein als das vorhergehende Metallband, wobei die Schichtdicke am Folgeband kleiner sein soll als auf dem vorhergehenden
Metallband. Entsprechend der Vorgaben werden die Verdampfungsrate als auch die Bandgeschwindigkeit derart simultan geändert, dass die am Folgeband abgeschiedene Schichtdicke sofort der gewünschten Zielschichtdicke entspricht.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante werden die Verdampfungsrate und die Bandgeschwindigkeit gemeinsam in festen Zeitintervallen geändert, so dass die die beiden Parameter besonders fein aufeinander abgestimmt werden können. Grundsätzlich gilt, dass je kleiner das Zeitintervall gewählt wird, umso genauer eine Schichtdickenänderung und/oder einer Breitenänderung des Metallbands durchführbar ist. Vorzugsweise erfolgt die Schichtdickenänderung und/oder die Breitenänderung des Metallbands über Wertepaare von Verdampfungsrate und Bandgeschwindigkeit pro Zeitintervall, die besonders bevorzugt auf historischen Daten und/oder einer Modellbeziehung basieren. Bei bekannten Änderungen der zu beschichteten Fläche und/oder der zu beschichteten Schichtdicke kann die Geschwindigkeitsanpassung entsprechend pro Zeiteinheit vorgesteuert werden, um eine sofortige Anpassung zu erreichen. Das Metallband ist vorzugsweise ein Stahlband. Das metallische Substrat umfasst vorzugsweise Zink, so dass als resultierende Beschichtung eine reine Zinkschicht gebildet wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann das metallische Substrat weiterhin Gehalte an Magnesium, Aluminium, Eisen oder Silizium aufweisen, so dass als resultierende Beschichtung eine Zinklegierungsschicht gebildet wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante beträgt die
Schichtdickenänderung und/oder die Breitenänderung des Metallbands mindestens 10 %, mehr bevorzugt 15 %, noch mehr bevorzugt 20 % und am meisten bevorzugt 25 %. Zur Bestimmung der Schichtdicke wird vorzugsweise ein Schichtdickenmessgerät verwendet, dass stromabwärts der Beschichtungseinrichtung angeordnet ist. Durch das nachgelagerte Schichtdickenmessgerät kann die Schichtdicke durch eine Anpassung der Bandgeschwindigkeit und der Verdampfungsrate geregelt werden.
Weitere Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anlage ergeben sich aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen, die anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. In dieser zeigt:
Fig. 1 eine schematisch vereinfachte Seitenansicht einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage.
In Figur 1 ist eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Anlage 1 in einer schematisch stark vereinfachten Seitenansicht gezeigt. Die Anlage 1 ist dazu geeignet, dass erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, bei dem ein Metallband 10 mittels eines metallischen Substrats 12 nach dem Prinzip einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) erfolgt, wobei die Schichtdicke über die Parameter der Bandgeschwindigkeit und der Verdampfungsrate nach der folgenden Formel eingestellt wird.
mit
Verdampfungsrate S(T
Breite b [m]
Bandgeschwindigkeit vstri [m/s]
Effizienz E(b,v,t) [-]
Schichtdicke dMe [g/m2]
Die Anlage 1 umfasst zunächst eine durchlaufende Behandlungslinie 2, in der das Metallband 10 zunächst von einer ersten Haspeleinrichtung 11 abgewickelt und am Ende der Behandlungslinie 2 von einer zweiten Haspeleinrichtung 13 wieder aufgewickelt wird. Innerhalb der Behandlungslinie 2 wird das Metallband 10 in einer Bewegungsrichtung des Pfeils 3 bewegt und durchläuft dabei mehrere Stationen.
In der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante umfasst die Anlage 1 eine in der Behandlungslinie 2 angeordnete Beizeinrichtung 14 und eine stromabwärts angeordnete Beschichtungseinrichtung 16.
In der Beizeinrichtung 14 wird die Oberflächen des Metallbands 10, beispielsweise ein Stahlband, vorbereitet, um im Anschluss in der Beschichtungseinrichtung 16 beschichtet werden zu können. In der Beschichtungseinrichtung 16 wird das Metallband 10 sodann mindestens einseitig, vorzugsweise beidseitig, mit dem metallischen Substrat 12, beispielsweise einer Zinkschicht, nach dem Prinzip einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) beschichtet. Die Schichtdicke wird ist hierbei über die Parameter der Bandgeschwindigkeit und der Verdampfungsrate gemäß obiger Formel einstellbar.
Soll beispielsweise eine andere Schichtdicke eingestellt werden, so kann durch Umstellung der obigen Formel die Bandgeschwindigkeit angepasst werden. Somit gilt: Der gleiche Zusammenhang gilt auch für eine Breitenänderung bzw. für eine Kombination.
Wenn alle Prozesseinstellungen, wie die Verdampfungsrate und die Breite, unverändert bleiben, so gilt lediglich:
_ d Me, neu
Vstrip,neu ~ V strip, alt *
aMe,alt
Sofern alle Prozesseinstellungen, wie die Verdampfungsrate und die Schichtdicke, unverändert bleiben, so gilt lediglich:
_ b Uneu
strip,neu ~ strip, alt * T
Dalt
Hiernach können Schichtdicken- oder Breitenänderungen bis zu einer spezifischen Höhe ohne Änderungen der Verdampfungsrate angepasst werden. Die Schnelligkeit des Umstellvorgangs ist allerdings durch eine Geschwindigkeitsänderung pro Zeiteinheit limitiert. Müssen größere Schichtdicken- und/oder Breitenänderungen realisiert werden, so muss die Verdampfungsrate angepasst werden.
Erfindungsgemäß ist bei dem Verfahren daher vorgesehen, dass bei einer Schichtdickenänderung und/oder einer Breitenänderung des Metallbands 10 die Verdampfungsrate und die Bandgeschwindigkeit simultan geändert werden, so dass die Schichtdickenänderung unabhängig vom thermischen Verdampfungsprozess direkt umsetzbar ist. Mit anderen kann die
Verdampfungsrate bei einem Schichtdickenwechsel vorausschauend angepasst werden. Hierzu umfasst die Anlage 1 eine Regeleinheit 18, die bei einer Schichtdickenänderung und/oder einer Breitenänderung des Metallbands 10 die Verdampfungsrate und die Bandgeschwindigkeit simultan ändert, so dass die Schichtdickenänderung unabhängig vom thermischen Verdampfungsprozess direkt umsetzbar ist. In der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante ist die Regeleinheit 18 EDV gestützt und umfasst zusätzlich eine Speichereinheit 19, in der Wertepaare von Verdampfungsraten und Bandgeschwindigkeiten pro Zeitintervall gespeichert sind. Diese können beispielsweise auf vergangenen Daten oder Modellen basieren. Soll beispielsweise eine neue, um 25 % kleinere Schichtdicke auf dem Metallband 10 aufgetragen werden, so wird die Verdampfungsrate über die Regeleinheit 18 reduziert. Die langsame Absenkung der Verdampfungsrate, die mehrere Minuten andauert, wird in dieser Phase durch eine kontinuierliche Anpassung, in Form einer Erhöhung der Bandgeschwindigkeit auf Basis der Wertepaare, kompensiert, so dass die am nachfolgenden Metallband abgeschiedene Schichtdicke sofort der gewünschten Zielschichtdicke entspricht. Da sich auch die Effizienz ändern kann, muss diese ggf. berücksichtigt werden. Daher ist in der Behandlungslinie 2 stromabwärts der Beschichtungseinrichtung 16 zusätzlich ein Schichtdickenmessgerät 20 angeordnet, über welches die Beschichtung kontrolliert wird.
Mit diesem Messwert kann sodann ein Korrekturwert ermittelt und adaptiert werden. Es gilt: d
c = Me, gemessen
d Me, soll
Hiernach kann die obige Formel umgeschrieben werden zu:
Wie der Figur 1 entnehmbar, ist das Schichtdickenmessgerät 20 mit der Regeleinheit 18 verbunden, so dass bei Unter- oder Überschreiten von vorgegebenen Werten die Beschichtung entsprechend dem gezeigten mathematischen Zusammenhang nachjustiert werden kann, um eine gleichmäßige Beschichtung zu realisieren.
Bezugszeichen
I Anlage
2 Behandlungslinie
3 Pfeil
10 Metallband
I I erste Haspeleinrichtung
12 metallische Substrat 13 zweite Haspeleinrichtung
14 Beizeinrichtung
16 Beschichtungseinrichtung
18 Regeleinheit
19 Speichereinheit
20 Schichtdickenmessgerät

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Beschichten eines Metallbands (10) mittels eines metallischen Substrats (12) in einer Bandbeschichtungsanlage (1 ), wobei das Beschichten nach dem Prinzip einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) erfolgt und die Schichtdicke über die Parameter der Bandgeschwindigkeit und der Verdampfungsrate eingestellt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einer Schichtdickenänderung und/oder einer Breitenänderung des Metallbands (10) die Verdampfungsrate und die Bandgeschwindigkeit simultan geändert werden, so dass die Schichtdickenänderung unabhängig vom thermischen Verdampfungsprozess direkt umsetzbar ist. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Verdampfungsrate und die
Bandgeschwindigkeit in festen Zeitintervallen geändert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schichtdickenänderung und/oder die Breitenänderung des Metallbands (10) über Wertepaare von Verdampfungsrate und Bandgeschwindigkeit pro Zeitintervall erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Wertepaare auf historischen Daten und/oder einer Modellbeziehung basieren. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metallband
(10) ein Stahlband und das metallische Substrat (12) Zink umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichtdickenänderung und/oder die Breitenänderung des Metallbands (10) mindestens 10 %, vorzugsweise 15 %, mehr bevorzugt 20 % und am meisten bevorzugt 25 % beträgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Bestimmung der Schichtdicke ein Schichtdickenmessgerät (20) verwendet wird. 8. Anlage (1 ) zum Beschichten eines Metallbands (10) mittels eines metallischen
Substrats (12), umfassend eine durchlaufende Behandlungslinie (2) in der das Metallband (10) in einer Bewegungsrichtung (3) bewegt wird, wobei in der Behandlungslinie (2) eine Beschichtungseinrichtung (16) vorgesehen ist, in der das Metallband (10) mindestens einseitig mit dem metallischen Substrat (12) nach dem Prinzip einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) beschichtbar und die Schichtdicke über die Parameter der Bandgeschwindigkeit und der Verdampfungsrate einstellbar ist,
gekennzeichnet durch
eine Regeleinheit (18), die bei einer Schichtdickenänderung und/oder einer Breitenänderung des Metallbands (10) die Verdampfungsrate und die Bandgeschwindigkeit simultan ändert, so dass die Schichtdickenänderung unabhängig vom thermischen Verdampfungsprozess direkt umsetzbar ist.
9. Anlage (1 ) nach Anspruch 8, wobei stromabwärts der Beschichtungseinrichtung (16) ein Schichtdickenmessgerät (20) vorgesehen ist.
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