EP4448824A1 - Verfahren zur herstellung eines stahlflachprodukts mit einem kathodischen korrosionsschutz, anlage zur herstellung eines mit einem kathodischen korrosionsschutz versehenen stahlflachprodukts und verwendung - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines stahlflachprodukts mit einem kathodischen korrosionsschutz, anlage zur herstellung eines mit einem kathodischen korrosionsschutz versehenen stahlflachprodukts und verwendung

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Publication number
EP4448824A1
EP4448824A1 EP22793683.8A EP22793683A EP4448824A1 EP 4448824 A1 EP4448824 A1 EP 4448824A1 EP 22793683 A EP22793683 A EP 22793683A EP 4448824 A1 EP4448824 A1 EP 4448824A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
percent
evaporation section
furnace
gas phase
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
EP22793683.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Axel SCHROOTEN
Christian Schwerdt
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.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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 ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP4448824A1 publication Critical patent/EP4448824A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
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    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/562—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks for coating elongated substrates

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a flat steel product with cathodic protection against corrosion.
  • the invention also relates to a plant for the production of a flat steel product provided with cathodic protection against corrosion. Another idea of the invention is a use.
  • coatings are selected as the metallic coating that act as cathodic protection against the steel flat product.
  • Known materials for the coating are, for example, Zn, Al, Mg and alloys of these.
  • Alloys that have been further improved with regard to their suitability as corrosion protection often contain other alloy components, for example in addition to the Ca, Na or Li already mentioned. Due to the high suitability of these elements for oxidation, a hot-dip treatment is not practicable or only with unfavorable results.
  • the invention was based on the object of being able to provide flat steel products with good anti-corrosion coatings despite the obstacles mentioned.
  • the object is achieved with a method for producing a flat steel product with cathodic protection against corrosion.
  • the procedure includes the following steps :
  • a device for gas phase deposition of material is arranged on or in the coating chamber.
  • the device for the gas phase deposition of material is operated to coat a surface of the flat steel product guided through the coating chamber with an anti-corrosion coating.
  • the device for gas phase deposition of material is designed as a PVD coating device.
  • the basic core idea of the invention is that, in contrast to known melt dipping processes, the anti-corrosion coating is applied by applying a material to the surface using a PVD coating process.
  • the use of a PVD coating process has the specific advantage that a coating with a sufficiently high coating rate and diffusion of the particles hitting the surface during the layer formation process is present, that large-area dense and well-adhering anti-corrosion layers can be produced, which surprisingly retain their high quality even under the high stress of a subsequent forming process, in particular hot forming.
  • a thermal pretreatment preferably takes place in step B before the flat steel product is transported into the coating chamber.
  • the thermal pre-treatment includes :
  • the surface coating is therefore particularly preferably carried out on a heat-treated flat steel product, resulting in particularly good layer adhesion.
  • the condition of the layer and the layer adhesion is particularly good when the flat steel product is coated while it is still heated, ie step C is carried out immediately after the heating in step B.
  • a continuous furnace known from practice is used for the heat treatment, with the advantage that a continuous process of a sequence of pretreatment and coating with a potentially high throughput is achieved.
  • step B2 particularly preferably comprises the steps:
  • Pre-oxidation step B2a is carried out in an atmosphere with 0.1 to 10 vol. -Percent 02, preferably 0.1 to 4.0 vol. - Percent O 2 , remainder protective gas , remainder preferably consisting of H 2 and N 2 , remainder particularly preferably consisting of 0 to 10 vol . -percent H2 and 90 to 100 vol-percent N2 .
  • the reduction annealing step B2b is preferably carried out in a protective gas atmosphere containing H2, which is preferably composed of H2 and N2.
  • the atmosphere particularly preferably consists of 0 to 10 vol. -percent H2 and 90 to 100 vol-percent N2 .
  • the reduction annealing step B2b can be supplemented by a subsequent decay anneal, which is carried out at a temperature between 420 and 520 degrees Celsius, preferably with a holding time greater than 30, particularly preferably less than 150 seconds.
  • the end annealing ensures that there is no excessively abrupt cooling during the transition to the subsequent coating step C, thereby avoiding disadvantageous structural changes.
  • dew points of between -15 degrees Celsius and -25 degrees Celsius, for example -20 degrees Celsius have proven to be advantageous.
  • heating ramps and cooling ramps between 5 degrees Celsius/second and 15 degrees Celsius/second are of particular advantage.
  • the flat steel product preferably exits the continuous furnace and into the coating chamber immediately after step B2, and the coating is carried out on the still warm surface of the flat steel product.
  • the temperature of the steel flat product is preferably still close to the pre-treatment temperature, for example between 150 and 250 degrees Celsius for pure zinc systems or between 560 and 710 degrees Celsius for aluminum layers. In general, a temperature between 60 percent and 80 percent of the melting point or alternatively the solidus temperature (all on the Kelvin scale) of the layer is preferred.
  • the anti-corrosion coating is preferably an Al-based or a Zn-based anti-corrosion coating.
  • the anti-corrosion coating is Zn-based, it preferably also has, in addition to Zn and unavoidable impurities: optionally 12-60 atomic percent Mg, optionally 15-60 atomic percent Al, optionally 8-50 atomic percent Mn,
  • composition is particularly preferred such that the solidus temperature is >700 degrees Celsius.
  • the anti-corrosion coating is Al-based, it preferably has, in addition to Al and unavoidable impurities, the following: optionally 0.1-30 percent by weight Fe, preferably 5-30 percent by weight Fe, optionally 0.1-5 percent by weight Percent Mg, optionally 0.1-5 wt.% Ti, optionally 0.1-10 wt.% Si, optionally 0.1-10 wt.% Li, optionally 0.1-10 wt.% Ka , balance to 100 wt . -Percent : Al and unavoidable
  • composition is particularly preferred such that the
  • the protective gas pressure in the coating chamber is preferably less than 100 mbar over a technical vacuum with a residual gas pressure of 20 mbar. Under these conditions, coatings with good layer properties can be produced at a comparatively high coating rate and with comparatively little outlay in terms of apparatus.
  • Different mechanisms can be used for evaporating the material to be applied as an anti-corrosion coating in the evaporation section.
  • a conceptually simple approach is to thermally vaporize a feedstock, which is then fed to and through the nozzle section.
  • a pressure difference between the evaporation section and the coating chamber for example, contributes to the movement of the material present in the gas phase.
  • a carrier gas stream for example an inert gas, can also be used through the vaporization section and then through the nozzle section for conveying the vaporized material.
  • An example of a device for the gas phase deposition of material is a jet vapor deposition system, by which the person skilled in the art understands a system in which the coating material is brought into the gas phase by means of thermal evaporation and it is then, for example, typically, but not necessarily - Is transported to the substrate with a carrier gas flow of inert gas, preferably with a gas flow rate above the speed of sound, preferably above 500 m / s.
  • the way it works is explained, for example, in the overview article in the Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings (Third Edition), Science, Applications and Technology, 2010, pages 881-901, https://doi. org/ 10 . 1016/B978- 0- 8155-2031- 3 . 00018-1 (linked on the filing date).
  • the present invention can also be implemented with such jet vapor deposition systems.
  • the present invention can be used very generally for all coating devices of the type mentioned at the outset, i.e. for all coating devices in which the material provided for the anti-corrosion coating is brought into its gas phase within an evaporation section having a crucible and the material in the gas phase is then brought is discharged through a nozzle portion and out the exit of the nozzle portion toward a surface of the article to be coated, then moves toward the surface, condenses on the surface, thereby forming the anti-corrosion coating.
  • the present invention is intended for the subgenus of such coating devices in which a carrier gas flow feed leads into the evaporation section for feeding a carrier gas flow of a carrier gas into the evaporation section and through it for entraining the coating material towards the substrate surface.
  • a coating device of this type is known, for example, from WO 2016/042079 A1.
  • two wires are continuously fed as coating material.
  • the coating material arrives at a spray head, in which the two material wires are connected to an electrical DC voltage source as the cathode and as the anode.
  • an electric arc forms between the two material wires, as a result of which the supplied starting material is vaporized and/or liquefied in the form of the two material wires.
  • a gas stream is guided through the spray head, which vaporizes and/or liquefies the product Coating material entrains and is transported via an injector tube into a crucible.
  • the coating material conveyed into the pan then completely vaporizes within the heated pan and is conducted out of the pan and directed toward the substrate to be coated.
  • This coating device has a combination of elements that are also known from jet vapor deposition systems and elements that are known from systems that work on the principle of arc evaporation.
  • the device is based on transporting the coating material with a flow of carrier gas.
  • this coating device uses an evaporation section which is composed of a pre-evaporation section and a post-evaporation section designed as a crucible.
  • the pre-evaporation section prepares the material in the spray head and the injector tube and makes it available to the crucible for post-evaporation, i.e. bringing the remaining solid or liquid components at least largely into the gas phase.
  • the device for gas phase deposition of material particularly preferably has:
  • nozzle section coupled to the evaporation section.
  • the nozzle section in turn has a nozzle with a nozzle outlet opening into the coating chamber in order to direct the material present in the gas phase out of the nozzle outlet and to cause its movement towards the surface of the steel flat product to be coated, while the steel flat product continuously passes through the Coating chamber is guided past the nozzle outlet. Subsequently, the surface of the steel flat product, which is preferably a steel strip, is continuously coated with material present in the gas phase flowing out of the nozzle outlet, in that this material condenses on the surface and thereby forms the coating.
  • the vaporization section is the entirety of all the equipment of the coating plant which brings about the transfer of the starting material provided for the coating into the gas phase.
  • the evaporation section has a feed for the starting material, through which the evaporation section is supplied with the starting material in order to evaporate it.
  • gas phase and vaporization are used throughout the description because they are common in the field of technology described.
  • gas phase includes a small proportion by weight, for example up to 30% by weight. -%, preferably not more than 10 wt. -% , of the in
  • Gas phase present material not as a pure gas in the physical sense, but instead may exist as vapor constituents such as an aerosol and/or as a cluster.
  • vaporization includes the fact that, depending on the material used and the technology used, the transition of the particles into the gas phase also takes place at least partially by means of other mechanisms, for example by sublimation.
  • the concept of evaporation thus also includes evaporation in the strictly physical sense, ie a transition to liquid Gas phase, also other mechanisms, such as sublimation in particular.
  • the coating chamber preferably has an entry passage and an exit passage as well as a coating channel, which is particularly preferably arranged inside the coating chamber and has an entry opening and an exit opening for introducing and removing the object.
  • the coating chamber can be a strip coating system with transport and support rollers arranged outside the coating chamber, so that the strip is guided through the coating chamber.
  • the evaporation section particularly preferably has a pre-evaporation section and a post-evaporation section, preferably in the form of a crucible.
  • the pre-evaporation section has an injection head for preparing the coating material present as the starting material and an injector pipe, the injector pipe being designed to conduct the coating material prepared in the injection head to the post-evaporation section and coupled to the post-evaporation section for guiding the prepared coating material into the post-evaporation section to the point there bring into the gas phase.
  • the spray head is particularly preferred as so-called Formed wire sprayer, which means a device is referred to in the starting material introduced as a wire by means of arc melting and/or arc vaporization and is brought into the gas phase.
  • the coating rate is adjusted by a feed rate of a feed of starting material into the spray head.
  • the starting material is fed to the extrusion head, preferably in the form of wire or strip.
  • the starting material is processed in the spray head, which means that components of the starting material are vaporized and/or separated from the starting material as particles present in the liquid phase, preferably by means of arc evaporation between the starting material connected as a cathode and the starting material connected as an anode.
  • the processed starting material is not completely in the gas phase, but consists of a mixture, in particular of the gas phase and liquid or partially liquid particles, which is suitable for being guided through the crucible in order to be post-evaporated there, i.e. completely by the heating that takes place there or to go almost completely into the gas phase.
  • the pre-evaporation section comprises in particular a spray head for preparing the coating material present as the starting material and an injector tube.
  • the injector tube is coupled to the crucible and designed to direct the coating material processed in the spray head to the crucible.
  • the prepared coating material enters the crucible. Constituents of the coating material that are not yet in the gas phase vaporize within the crucible, which for this purpose is heated to a temperature that is above the vaporization temperature of the starting material.
  • the crucible is heated to vaporize the processed feedstock.
  • the temperature to which the crucible is heated depends on the coating material.
  • Crucible is preferably designed as a cyclone, since a cyclone shape is a space-saving configuration that allows the gas flow to be guided efficiently through the crucible.
  • Another advantage of a crucible designed in the form of a cyclone is its high reliability in the almost complete evaporation of the material flowing through, which ensures a high quality of the deposited coating.
  • a carrier gas flow feed pointing into the evaporation section is arranged on the evaporation section for feeding a carrier gas flow of a carrier gas into the evaporation section and through it for entraining the coating material.
  • the pre-evaporation section has a spray head, with the carrier gas flow supply being arranged in the spray head, so that the carrier gas is passed through the spray head and treated starting material there, for example in the form of particles or clusters, with tears and directs it through the injector tube into the crucible.
  • the spray head can be designed as a wire spray gun, which describes a spray head into which the starting material is introduced in the form of a wire or strip in order to then prepare it inside the spray head by means of arc melting and/or arc evaporation, i.e. preparing it for further evaporation.
  • the device for gas phase deposition of the material is a jet vapor deposition coating device, in short: JVD coating device.
  • JVD coating device In the context of the present invention, the JVD coating is viewed as a subgenus of the PVD coating.
  • An idea that can be considered independently as well as in combination with the developments described above is a system for coating a flat steel product provided with cathodic protection against corrosion.
  • the system has:
  • a conveyor arrangement for transporting the steel flat product along the individual treatment stations of the plant can be, for example, an arrangement of transport rollers known from practice, with which a steel flat product designed as a steel strip can be transported through the individual stations of the plant.
  • the pre-treatment furnace for the thermal pre-treatment of the steel flat product, the pre-treatment furnace preferably being designed as a continuous furnace. If the pretreatment furnace is designed as a continuous furnace, it preferably has a furnace inlet and a furnace outlet located at the other end of the continuous furnace, so that the flat steel product can be guided through the furnace inlet into the continuous furnace, through the furnace and then through the furnace outlet can be led out.
  • a coating chamber with a device for gas phase deposition of material the coating chamber being arranged in the direction of transport of the steel flat product behind the furnace outlet, with a chamber entrance for introducing the steel flat product around it past a nozzle outlet of a nozzle of the device for gas phase deposition of material and to pass through the chamber.
  • the apparatus for vapor deposition of material is operable to coat a surface of the through flat steel product guided through the coating chamber, in that a nozzle of the device for gas phase deposition is oriented with a nozzle outlet in such a way that material in the gas phase emerging from the nozzle outlet strikes the flat steel product guided through the chamber and this occurs as a result of the continuous movement of the flat steel product continuously provided with a coating the composition of which is derived from the composition of the starting material that is vaporized in the apparatus for vapor deposition of material.
  • the device for vapor phase deposition of material is preferably a PVD coating device and/or
  • the device for vapor deposition of material is a JVD coating device.
  • the device for gas phase deposition of material has:
  • the evaporation section particularly preferably has a pre-evaporation section and a post-evaporation section, preferably in the form of a crucible.
  • the pre-evaporation section has an injection head for preparing the coating material present as the starting material and an injector pipe, the injector pipe being designed to conduct the coating material prepared in the injection head to the post-evaporation section and coupled to the post-evaporation section for guiding the prepared coating material into the post-evaporation section to the point there bring into the gas phase.
  • the spray head is preferably designed as a wire spray gun for arc melting and/or arc evaporation of the starting material introduced into the wire spray gun. The coating rate can then be adjusted in particular by a feed rate of starting material being fed into the spray head.
  • the pretreatment oven and the coating chamber are preferably coupled directly to one another, in which case the oven outlet and the chamber inlet can be designed to merge into one another, for example, or can be connected to one another by means of a transition piece.
  • Fig. 1 Exemplary embodiment of a coating system.
  • Fig. 1 shows an exemplary embodiment of a plant for producing a flat steel product 1 provided with cathodic corrosion protection for coating a flat steel product 2 , which is designed here as a strip 2 .
  • the system designed as a coil coating system for the production of a steel flat product 1 provided with cathodic corrosion protection has a coating chamber 4 in which a technical vacuum prevails and through which the strip 2 is guided in the direction of arrow 5 by means of transport rollers 3a and 3b.
  • the coating system has a device for gas phase deposition of material 6 . This consists of an evaporation section 7 for evaporating the material into the gas phase and a nozzle section 8 , 9 , which is composed of a nozzle 8 and a coupling member 9 serving as an adapter.
  • a pretreatment furnace 10 for the thermal pretreatment of the flat steel product 2 is positioned in front of the coating chamber 4 in the strip transport direction.
  • the pretreatment furnace 10 is designed as a continuous furnace with a furnace inlet 11 and a furnace outlet 12 located at the other end of the continuous furnace, so that the steel flat product can be guided through the furnace inlet 11 into the continuous furnace 10, through the furnace and then through the furnace outlet 12 can be guided out i st.
  • the pre-treatment oven and the coating chamber 4 are coupled directly to one another, so that the strip enters the coating chamber 4 immediately upon exiting the pre-treatment oven 10 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlflachprodukts (2) mit einem kathodischen Korrosionsschutz. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: A. Bereitstellen des Stahlflachprodukts; B. optional: thermische Vorbehandlung; C. Transportieren des Stahlflachprodukts in eine Beschichtungskammer. Die Erfindung betrifft zudem eine Anlage (1) mit einer Beförderungsanordnung (3a, 3b) zur Beförderung in Richtung des Pfeils (5), einem Vorbehandlungsofen (10) mit einem Ofeneingang (11) und einem Ofenausgang (12) und einer Beschichtungskammer (4) mit einer Vorrichtung (6, 7, 8, 9) zur Gasphasenabscheidung von Material.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Stahlflachprodukts mit einem kathodischen Korrosionsschutz , Anlage zur Herstellung eines mit einem kathodischen Korrosionsschutz versehenen Stahlflachprodukts und Verwendung
Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zur Herstellung eines Stahl flachprodukts mit einem kathodischen Korrosionsschutz . Die Erfindung betri f ft weiterhin eine Anlage zur Herstellung eines mit einem kathodischen Korrosionsschutz versehenen Stahl flachprodukts . Ein weiterer Gedanke der Erfindung ist eine Verwendung .
Soweit von einem Stahl flachprodukt die Rede ist , so sind damit Stahlbänder, Stahlbleche , daraus gewonnene Platinen und dergleichen gemeint . Insbesondere sind als Stahlbänder ausgebildete Stahl flachprodukte Gegenstand der Erfindung .
Es ist bekannt , Stahl flachprodukte mit einem metallischen Überzug zu versehen, um die Stahl f lachprodukte im Prozess eines Warmumformens zu einem Bauteil vor Verzunderung zu schützen . Als metallischer Überzug werden hierfür Beschichtungen gewählt , die gegenüber dem Stahl flachprodukt al s kathodischer Korrosionsschutz wirken . Bekannte Materialien zum Überzug sind beispielsweise Zn- , Al- , Mg- und Legierungen aus diesen .
Legierungen, die mit Hinblick auf ihre Eignung als Korrosionsschutz hin weiter verbes sert wurden, enthalten in vielen Fällen noch weitere Legierungsbestandteile , beispielsweise neben den bereits genannten Ca, Na oder Li . Aufgrund der hohen Eignung dieser Elemente zur Oxidation, ist eine Schmel ztauchbehandlung nicht oder nur mit ungünstigen Ergebnissen praktikabel .
Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde , trotz der genannten Hindernisse Stahl flachprodukte mit guten Korrosionschutzbeschichtungen bereitstellen zu können . Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Herstellung eines Stahl flachprodukts mit einem kathodischen Korrosionsschutz gelöst .
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte :
A. Bereitstellen des Stahl flachprodukts ;
B . optional : thermische Vorbehandlung des Stahl flachprodukts ;
C . Transportieren des Stahl flachprodukts in eine
Beschichtungskammer und durch diese hindurch .
An oder in der Beschichtungskammer ist eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material angeordnet . Die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material wird betrieben, eine Oberfläche des durch die Beschichtungskammer geführten Stahl flachprodukts mit einer Korrosionsschutzbeschichtung zu beschichten . Die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material ist als PVD-Beschichtungsvorrichtung ausgebildet .
Der grundlegende Kerngedanke der Erfindung besteht also darin, dass im Gegensatz zu bekannten Schmel ztauchverfahren der Korrosionsschutzüberzug durch Aufbringen eines Materials auf der Oberfläche mit einem PVD-Beschichtungsverf ahren appli ziert wird . Die Nutzung eines PVD-Beschichtungsverf ährens hat im vorliegenden Zusammenhang den spez i fischen Vorteil , dass eine Beschichtung mit ausreichend hoher Beschichtungsrate und Di f fusion der auf der Oberfläche auf getrof fenen Teilchen beim Prozess der Schichtbildung vorliegen, dass groß flächig dichte und gut haftende Korrosionsschutzschichten hergestellt werden können, die überraschenderweise auch bei der hohen Beanspruchung eines nachfolgenden Umformprozesses , insbesondere auch einer Warmumformung, ihre hohe Qualität beibehalten . Insbesondere konnte durch Versuche nachgewiesen werden, dass Schicht fehler wie beispielsweise Delamination oder Powdering nicht oder nur in geringem Maße auftraten . Bevorzugt erfolgt vor dem Transportieren des Stahl flachprodukts in die Beschichtungskammer in Schritt B eine thermische Vorbehandlung . Die thermische Vorbehandlung umfasst :
Bl . Durchführen des Stahl flachprodukts durch einen Durchlauf of en;
B2 . Erwärmen des Stahl flachprodukts ;
B3 . Befördern des Stahl flachprodukts aus dem Durchlauf of en heraus .
Besonders bevorzugt erfolgt das Beschichten der Oberfläche also auf einem wärmebehandelten Stahl flachprodukt mit dem Ergebnis einer besonders guten Schichthaftung . Die Schichtbeschaf fenheit und die Schichthaftung ist besonders gut dann, wenn die Beschichtung des noch erwärmten Stahl flachprodukts erfolgt , dass also der Schritt C unmittelbar nach dem Erwärmen in Schritt B durchgeführt wird .
Für die Wärmebehandlung wird ein aus der Praxis bekannter Durchlauf of en verwendet mit dem Vorteil , dass ein kontinuierlicher Prozess einer Folge aus Vorbehandlung und Beschichten mit potentiell hohem Durchsatz erreicht wird .
Besonders bevorzugt umfasst das Erwärmen des Schritts B2 die Schritte :
B2a . einen Voroxidationsschritt ,
B2b . einen nach dem Voroxidationsschritt durchgeführten Reduktionsglühschritt .
Die Durchführung der Voroxidation führt zu einer Reinigung der Schicht durch die herbeigeführten Verbrennungsprozesse . Die hieraufhin erfolgende Reduktion führt zu der Beseitigung der entstandenen Oxide . Zudem ergibt s ich auf dem Stahl flachprodukt eine Oberfläche mit hohem Anteil reaktiven Eisens , wodurch eine gute Haftung der in Schritt 0 aufgebrachten Beschichtung bewirkt wird .
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der
Voroxidationsschritt B2a in einer Atmosphäre durchgeführt wird mit 0 , 1 bis 10 Vol . -Prozent 02 , bevorzugt 0 , 1 bis 4 , 0 Vol . - Prozent 02 , Rest Schutzgas , Rest bevorzugt bestehend aus H2 und N2 , Rest besonders bevorzugt bestehend aus 0 bis 10 Vol . -Prozent H2 und 90 bis 100 Vol-Prozent N2 .
Gute Eigenschaften der Korrosionsschutzbeschichtung wurden erhalten in einer bevorzugten Verfahrensvariante , in welcher der Voroxidationsschritt B2a bei einer Temperatur zwischen 650 Grad Celsius und 750 Grad Celsius durchgeführt wurde .
Der Reduktionsglühschritt B2b wird bevorzugt in einer H2 aufweisenden Schutzgas-Atmosphäre durchgeführt , die sich bevorzugt aus H2 und N2 zusammensetzt . Besonders bevorzugt besteht die Atmosphäre aus 0 bis 10 Vol . -Prozent H2 und 90 bis 100 Vol-Prozent N2 .
Für den Reduktionsglühschritt B2b wurde als vorteilhaft gefunden, dass dieser bei einer Temperatur zwischen 750 Grad Celsius und 900 Grad Celsius , bevorzugt zwischen 750 Grad Celsius und 850 Grad Celsius , durchgeführt wird, bevorzugt mit einer Haltezeit größer als 180 , besonders bevorzugt kleiner als 300 Sekunden .
Gemäß einer möglichen Verfahrensvariante kann vorteilhaft sein, dass der Reduktionsglühschritt B2b um ein nachgelagertes Ausklingglühen ergänzt wird, das bei einer Temperatur zwischen 420 und 520 Grad Celsius durchgeführt wird, bevorzugt mit einer Haltezeit größer als 30 , besonders bevorzugt kleiner als 150 Sekunden . Durch das Ausklingglühen wird erreicht , dass beim Übergang in den nachfolgenden Beschichtungsschritt C kein zu schrof fes Abkühlen erfolgt und dadurch nachteilige Gefügeänderungen vermieden werden .
In j edem der oben genannten Verfahrens führungen und Kombinationen von Verfahrens führungen haben sich Taupunkte von zwischen -15 Grad Celsius und -25 Grad Celsis , beispielsweise - 20 Grad Celsius als vorteilhaft erwiesen . Bei dem Reduktionsglühen sind Aufhei zrampen und Abkühlrampen zwischen 5 Grad Celsius/Sekunde und 15 Grad Celsius/Sekunde von besonderem Vorteil . Bevorzugt tritt das Stahlflachprodukt unmittelbar nach dem Schritt B2 aus dem Durchlauf of en aus und in die Beschichtungskammer hinein und die Beschichtung wird auf der noch warmen Oberfläche des Stahlflachprodukts durchgeführt.
Bevorzugt ist die Temperatur des Stahlflachprodukts noch nah an der Vorbehandlungstemperatur , beispielsweise zwischen 150 und 250 Grad Celsius für Reinzinksysteme beziehungsweise zwischen 560 und 710 Grad Celsius für Aluminiumschichten. Allgemein ist eine Temperatur zwischen 60 Prozent und 80 Prozent des Schmelzpunkts oder alternativ der Solidustemperatur (jeweils auf der Kelvin-Skala) der Schicht bevorzugt.
Die Korrosionsschutzbeschichtung ist bevorzugt eine Al- basierte oder eine Zn-basierte Korrosionschutzbeschichtung.
In einem Fall, in dem die Korrosionsschutzbeschichtung Zn- basiert ist, weist diese bevorzugt neben Zn und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzlich auf: optional 12-60 Atom-Prozent Mg, optional 15-60 Atom-Prozent Al optional 8- 50 Atom-Prozent Mn,
Rest zu 100 Gew.-%: Zn und unvermeidbare Verunreinigungen.
Die Zusammensetzung ist besonders bevorzugt derart, dass die Solidustemperatur > 700 Grad Celsius ist.
Wenn die Korrosionsschutzbeschichtung Al-basiert ist, weist diese bevorzugt neben Al und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzlich auf: optional 0,1-30 Gew. -Prozent Fe, bevorzugt 5-30 Gew. -Prozent Fe, optional 0,1-5 Gew. -Prozent Mg, optional 0,1-5 Gew. -Prozent Ti, optional 0,1-10 Gew. -Prozent Si, optional 0,1-10 Gew. -Prozent Li, optional 0,1-10 Gew. -Prozent Ka, Rest zu 100 Gew . -Prozent : Al und unvermeidbare
Verunreinigungen . Die Zusammensetzung ist besonders bevorzugt derart , dass die
Solidustemperatur > 770 Grad Celsius ist .
Während des Beschichtens herrscht in der Beschichtungskammer bevorzugt ein Schutzgasdruck von weniger als 100 mbar über einem technischen Vakuum mit einem Restgasdruck von 20mbar . Unter diesen Bedingungen können bei vergleichsweise hoher Beschichtungsgeschwindigkeit und mit vergleichsweise geringem apparativem technischen Aufwand Beschichtungen mit guten Schichteigenschaften hergestellt werden .
Für das Verdampfen des als Korrosionsschutzbeschichtung auf zutragenden Materials in dem Verdampfungsabschnitt können unterschiedliche Mechanismen genut zt werden . Eine konzeptionell einfache Vorgehensweise ist das thermische Verdampfen eines Ausgangsmaterials , welches sodann zum Düsenabschnitt und durch diesen hindurchgeführt wird . Zur Bewegung des in Gasphase vorliegenden Materials trägt beispielsweise ein Druckunterschied zwischen Verdampfungsabschnitt und Beschichtungskammer bei . Optional kann zudem ein Trägergasstrom, beispielsweise aus einem Inertgas , durch den Verdampfungsabschnitt und hiernach durch den Düsenabschnitt hindurch für die Be förderung des verdampften Materials eingesetzt werden .
Ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material ist eine Jet -Vapour-Deposi ti on-Anlage , unter welcher der Fachmann eine Anlage versteht , in welcher das Beschichtungsmaterial mittels thermischen Verdampfens in Gasphase gebracht wird und es sodann beispielsweise - typischerweise , aber nicht zwingend - mit einem Trägergasstrom aus Inertgas zu dem Substrat transportiert wird, bevorzugt mit einer Gasstromgeschwindigkeit oberhalb der Schallgeschwindigkeit , bevorzugt oberhalb 500 m/ s . Die Funktionsweise geht beispielsweise aus dem Ubersichtsartikel im Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings ( Third Edition) , Science , Applications and Technology, 2010 , Seiten 881- 901 , https : / /doi . org/ 10 . 1016/B978- 0- 8155-2031- 3 . 00018- 1 (verlinkt am Anmeldetag) hervor . Die vorliegende Erfindung ist auch mit derartigen Jet -Vapour-Deposi ti on-Anlagen umsetzbar .
Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung aber ganz allgemein für sämtliche Beschichtungsvorrichtungen der eingangs genannten Art nutzbar, also für al le Beschichtungsvorrichtungen, bei denen das für die Korrosionsschutzbeschichtung vorgesehene Material innerhalb eines einen Tiegel aufweisenden Verdampfungsabschnitts in seine Gasphase gebracht wird und das in Gasphase befindliche Material sodann durch einen Düsenabschnitt hindurch und aus dem Ausgang des Düsenabschnitts hinaus zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Gegenstandes hin gerichtet ausgelassen wird, sich sodann zu der Oberfläche hin bewegt , auf der Oberfläche kondensiert und dadurch die Korrosionsschutzbeschichtung bildet .
Insbesondere ist die vorliegende Erfindung für die Untergattung solcher Beschichtungsvorrichtungen vorgesehen, bei denen eine Trägergastromzufuhr in den Verdampfungsabschnitt hineinführt zum Zuführen eines Trägergasstroms eines Trägergases in den Verdampfungsabschnitt und durch diesen hindurch zum Mitführen des Beschichtungsmaterials zu der Substratoberfläche hin . Eine Variante einer Beschichtungsvorrichtung dieser genannten Art ist zum Beispiel aus der WO 2016/ 042079 Al bekannt . Bei dieser Beschichtungsvorrichtung werden kontinuierlich zwei Drähte als Beschichtungsmaterial zugeführt . Das Beschichtungsmaterial gelangt zu einem Spritzkopf , bei welchem die beiden Materialdrähte als Kathode und als Anode an eine elektrische Gleichspannungsquelle angeschlossen sind . Infolge der elektrischen Gleichspannung zwischen Kathode und Anode bildet sich zwischen den beiden Materialdrähten ein elektrischer Lichtbogen, wodurch das zugeführte Ausgangsmaterial in Form der beiden Materialdrähte verdampft und/oder verflüssigt wird . Durch den Spritzkopf hindurch wird ein Gasstrom geführt , welcher das verdampfte und/oder verflüssigte Beschichtungsmaterial mit sich reißt und über ein Inj ektorrohr in einen Tiegel transportiert . Das in den Tiegel beförderte Beschichtungsmaterial verdampft sodann vollständig innerhalb des behei zten Tiegels und wird aus dem Tiegel herausgeführt und zu dem zu beschichtenden Substrat hin weisend gerichtet . Diese Beschichtungsvorrichtung weist eine Kombination aus Elementen auf , die auch von Jet -Vapour-Deposi ti on-Anlagen bekannt sind sowie aus Elementen, die aus Anlagen bekannt sind, die nach dem Prinzip der Arc Evapora ti on arbeiten . Die Vorrichtung basiert auf der Beförderung des Beschichtungsmaterials mit einem Trägergasstrom . Für die Bereitstel lung des Beschichtungsmaterials als in Gasphase vorliegendes Material nutzt diese Beschichtungsvorrichtung einen Verdampfungsabschnitt , der sich aus einem Vorverdampfungsabschnitt und einem als Tiegel ausgebildeten Nachverdampfungsabschnitt zusammensetzt . Der Vorverdampfungsabschnitt bereitet das Material in dem Spritzkopf und dem Inj ektorrohr auf und stellt es für die Nachverdampfung, das heißt : das zumindest größtenteils in Gasphase bringen von noch vorhandenen festen oder flüss igen Anteilen, dem Tiegel bereit .
Die Anlagen der eingangs genannten Art haben alle gemeinsam, dass sie aufgrund ihrer konzeptionellen Umsetzung mit einer Beschichtungskammer zur Durchführung des zu beschichtenden Gegenstands insbesondere für großtechnische Umsetzungen nutzbar sind und ihre Vorteile entfalten . Unter anderem auch aufgrund der dadurch sich ergebenden Randbedingungen, wie beispielsweise der entsprechenden Größe der Beschichtungskammer sowie aufwands- und kostenabhängigen Grenzen in der Bereitstellung eines technischen Vakuums , besteht bei einem Betrieb der Beschichtungsanlage eine besondere Heraus forderung darin, bei der Beschichtung der Gegenstände eine hohe Prozesssicherheit gewährleisten zu können . Beispielsweise ist wünschenswert , eine hohe Reproduzierbarkeit der Eigenschaften der hergestellten Beschichtungen und/oder einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlage und/oder eine hohe Qualität der hergestellten Schichten gewährleisten zu können .
Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material auf :
- einen Verdampfungsabschnitt zum Verdampfen des Materials in die Gasphase hinein,
- einen mit dem Verdampfungsabschnitt gekoppelten Düsenabschnitt .
Der Düsenabschnitt wiederum weist eine Düse mit einem in der Beschichtungskammer mündenden Düsenausgang auf , um das in Gasphase vorliegende Material gerichtet aus dem Düsenausgang hinaus zu lassen und dessen Bewegung zu der zu beschichtenden Oberfläche des Stahl flachprodukts hin zu bewirken, während das Stahl flachprodukt kontinuierlich durch die Beschichtungskammer hindurch an dem Düsenausgang vorbeigeführt wird . In der Folge wird die Oberfläche des Stahl flachprodukts , bei dem es sich bevorzugt um ein Stahlband handelt , kontinuierlich mit aus dem Düsenausgang ausströmenden in Gasphase vorliegendem Material beschichtet , indem dieses auf der Oberfläche kondensiert und dadurch die Beschichtung bildet .
Der Verdampfungsabschnitt ist die Gesamtheit aller apparativen Einrichtungen der Beschichtungsanlage , welche die Überleitung des für die Beschichtung vorgesehenen Ausgangsmaterials in die Gasphase bewirken . Hierzu weist der Verdampfungsabschnitt eine Zuführung für das Ausgangsmaterial auf , durch die der Verdampfungsabschnitt mit dem Ausgangsmaterial versorgt wird, um dieses zu verdampfen .
Im Rahmen der gesamten Beschreibung werden die Begri f fe der Gasphase und des Verdampfens verwendet , da sie im Bereich der beschriebenen Technologie üblich s ind . Der Begri f f der Gasphase umfasst dabei , dass ein geringer Gewichtsanteil , beispielsweise bis zu 30 Gew . -% , bevorzugt nicht mehr als 10 Gew . -% , des in
Gasphase vorliegenden Materials nicht als reines Gas im physikalischen Sinne , sondern stattdessen als Dampfbestanteile wie zum Beispiel als Aerosol und/oder als Cluster vorliegen kann . Der Begri f f des Verdampfens umfasst , dass j e nach verwendetem Material und nach verwendeter Technologie der Übergang der Teilchen in die Gasphase zumindest teilweise auch mittels anderer Mechanismen erfolgt , beispielsweise durch Sublimation . Der Begri f f des Verdampfens umfasst somit zusätzlich zu einem Verdampfen im streng physikalischen Sinne , also einem Übergang flüssig Gasphase , auch weitere Mechanismen, wie insbesondere die Sublimation .
Die Beschichtungskammer weist bevorzugt eine Eintrittsdurchgang und einem Austrittsdurchgang auf sowie einen Beschichtungskanal , der besonders bevorzugt innerhalb der Beschichtungskammer angeordnet ist und zum Einbringen und Ausbringen des Gegenstands eine Eintrittsöf fnung und eine Austrittsöf fnung aufweist . Beispielsweise kann, wenn die Beschichtungsanlage zum Beschichten von metallischem Band vorgesehen ist , die Beschichtungskammer eine Bandbeschichtungsanlage sein mit außerhalb der Beschichtungskammer angeordneten Transport- und Stützrollen, so dass das Band durch die Beschichtungskammer hindurchgeführt wird .
Besonders bevorzugt weist der Verdampfungsabschnitt einen Vorverdampfungsabschnitt und einen bevorzugt als Tiegel ausgebildeten Nachverdampfungsabschnitt auf .
Der Vorverdampfungsabschnitt weist einen Spritzkopf zum Aufbereiten des als Ausgangsmaterial vorliegenden Beschichtungsmaterials und ein Inj ektorrohr auf , wobei das Inj ektorrohr das in dem Spritzkopf aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Nachverdampfungsabschnitt leitend ausgebildet und mit dem Nachverdampfungsabschnitt gekoppelt ist zum Führen des aufbereiteten Beschichtungsmaterials in den Nachverdampfungsabschnitt hinein zum dortigen in die Gasphase bringen . Der Spritzkopf ist besonders bevorzugt als sogenannte Drahtspritze ausgebildet , womit eine Einrichtung bezeichnet wird in der als Draht eingeführtes Ausgangsmaterial mittels Lichtbogenschmel zens und/oder Lichtbogenverdampfens aufbereitet wird, in die Gasphase gebracht wird . Ein Einstellen der Beschichtungsrate erfolgt durch eine Zuführrate einer Zuführung von Ausgangsmaterial in den Spritz kopf hinein . Dem Spritzkopf wird das Ausgangsmaterial zugeführt , bevorzugt in Draht- oder in Bandform . In dem Spritzkopf wird das Ausgangsmaterial aufbereitet , das bedeutet , es werden Bestandteile des Ausgangsmaterials verdampft und/oder als in Flüssigphase vorliegende Partikel vom Ausgangsmaterial getrennt , bevorzugt mittels einem Lichtbogenverdampfen zwischen als Kathode geschaltetem Ausgangsmaterial und als Anode geschaltetem Ausgangsmaterial . Das aufbereitete Ausgangsmaterial liegt nicht vollständig in Gasphase vor, aber besteht aus einem Gemisch insbesondere aus Gasphase und flüs sigen oder teil flüssigen Partikeln, das zur Führung durch den Tiegel geeignet ist , um dort nachverdampft zu werden, das heißt : durch dort statt findende Erwärmung vollständig oder weitgehend vollständig in die Gasphase überzugehen .
Der Vorverdampfungsabschnitt umfasst insbesondere einen Spritzkopf zum Aufbereiten des als Ausgangsmaterial vorliegenden Beschichtungsmaterials und ein Inj ektorrohr . Das Inj ektorrohr ist mit dem Tiegel gekoppelt und ausgebildet , das in dem Spritzkopf aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Tiegel zu leiten . Das aufbereitete Beschichtungsmaterial gelangt in den Tiegel . Bestandteile des Beschichtungsmaterials , die noch nicht in Gasphase vorliegen, verdampfen innerhalb des Tiegels , der zu diesem Zweck auf eine Temperatur erwärmt ist , die oberhalb der Verdampfungstemperatur des Ausgangsmaterials liegt .
Der Tiegel ist erwärmt , um das aufbereitete Ausgangsmaterial in Gasphase zu überführen . Die Temperatur, auf welche der Tiegel erwärmt wird, richtet sich nach dem Beschichtungsmaterial . Der
Tiegel ist bevorzugt als Zyklon ausgebildet , da eine Zyklonform eine platzsparende Ausgestaltung i st , die eine ef fi ziente Führung des Gasstroms durch den Tiegel erlaubt . Ein weiterer Vorteil eines in Zyklonform ausgebildeten Tiegels ist dessen hohe Zuverlässigkeit in der nahezu vollständigen Verdampfung des durchströmenden Materials , wodurch eine hohe Qualität der abgeschiedenen Beschichtung gewährleistet wird, ein Beschuss des Bands mit noch in Flüssigphase vorliegendem Beschichtungsmaterial bei sachgemäßer Anwendung nahezu ausgeschlossen werden kann .
In einer Variante ist eine in den Verdampfungsabschnitt weisende Trägergasstromzufuhr an dem Verdampfungsabschnitt angeordnet zum Zuführen eines Trägergasstroms eines Trägergases in den Verdampfungsabschnitt und durch diesen hindurch zum Mitführen des Beschichtungsmaterials .
Bevorzugt ist eine Aus führung eines eingangs erläuterten Aus führungsbeispiels , in welchem der Vorverdampfungsabschnitt einen Spritzkopf aufweist , wobei die Trägergasstromzufuhr im Spritzkopf angeordnet ist , sodass das Trägergas durch den Spritzkopf hindurch geleitet ist und dort aufbereitetes Ausgangsmaterial , beispielsweise in Form von Partikeln oder Clustern, mit sich reißt und dieses durch das Inj ektorrohr hindurch in den Tiegel hinein leitet .
Beispielsweise kann der Spritzkopf als Drahtspritze ausgebildet sein, womit ein Spritz kopf bezeichnet wird, in den Ausgangsmaterial draht- oder bandförmig eingeführt wird um diesen hieraufhin innerhalb des Spritzkopfes mittels Lichtbogenschmel zens und/oder Lichtbogenverdampfens auf zubereiten, also für die weitergehende Verdampfung vorzubereiten .
Alternativ oder zusätzlich ist die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung des Materials eine Jet -Vapour-Deposi ti on- Beschichtungsvorrichtung, kurz : JVD-Beschichtungsvorrichtung . Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die JVD-Beschichtung als Untergattung der PVD-Beschichtung angesehen . Ein Gedanke , der unabhängig wie auch in Kombination mit den vorstehend beschriebenen Entwicklungen betrachtet werden kann, ist eine Anlage zur Beschichtung eines mit einem kathodischen Korrosionsschutz versehenen Stahl f lachprodukts .
Um ein bereitgestelltes Stahl flachprodukt mit einem wirkungsvollen Korrosionsschutz versehen zu können, weist die Anlage auf :
- Eine Beförderungsanordnung zum Transport des Stahl flachprodukts entlang der einzelnen Behandlungsstationen der Anlage . Eine solche Beförderungsanordnung kann beispielsweise eine aus der Praxis bekannte Anordnung aus Transportrollen sein, mit denen ein als Stahlband ausgebildetes Stahl flachprodukt durch die einzelnen Stationen der Anlage hindurch transportiert werden kann .
- Einen Vorbehandlungsofen zur thermischen Vorbehandlung des Stahl flachprodukts , wobei der Vorbehandlungsofen bevorzugt als Durchlauf of en ausgebildet ist . Wenn der Vorbehandlungsofen als Durchlaufof en ausgebildet ist , weist er bevorzugt einen Ofeneingang und einem am anderen Ende des Durchlauf of ens befindlichen Ofenausgang auf , sodass das Stahl flachprodukt durch den Ofeneingang in den Durchlauf of en hineinführbar, durch den Ofen durchführbar und hiernach durch den Ofenausgang heraus führbar ist .
- Eine Beschichtungskammer mit einer Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material , wobei die Beschichtungskammer die in Transportrichtung des Stahl flachprodukts hinter dem Ofenausgang angeordnet ist , mit einem Kammereingang zum Hineinführen des Stahl flachprodukts , um es an einem Düsenausgang einer Düse der Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material vorbei und durch die Kammer hindurch zu führen .
Die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material ist betreibbar ist zum Beschichten einer der Oberfläche des durch die Beschichtungskammer geführten Stahl flachprodukts , indem eine Düse der Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung mit einem Düsenausgang derart orientiert ist , dass aus dem Düsenausgang austretendes , in Gasphase vorliegendes Material auf das durch die Kammer geführte Stahl flachprodukt tri f ft und dieses infolge der kontinuierlichen Bewegung des Stahl flachprodukts kontinuierlich mit einer Beschichtung versieht , deren Zusammensetzung sich aus der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials ableitet , das in der Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material in die Gasphase gebracht wird .
Bevorzugt ist die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material eine PVD-Beschichtungsvorrichtung ist und/oder
- die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material eine JVD-Beschichtungsvorrichtung ist .
In einer Variante weist die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material auf :
- einen Verdampfungsabschnitt zum Verdampfen des Materials in die Gasphase hinein,
- einen mit dem Verdampfungsabschnitt gekoppelten Düsenabschnitt , wobei der Düsenabschnitt eine Düse mit einem in der Beschichtungskammer mündenden Düsenausgang aufweist , zum gerichteten Führen und Auslassen des in Gasphase vorliegenden Materials aus dem Düsenausgang hinaus zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Stahl flachprodukts , das durch die Beschichtungskammer hindurch an dem Düsenausgang vorbeigeführt wird, zum kontinuierlichen Beschichten der Oberfläche mit aus dem Düsenausgang ausströmenden in Gasphase vorliegendem Material , indem dieses auf der Oberfläche kondensiert und dadurch die Beschichtung bildet . Es wird auf die im Zusammenhang mit dem entsprechenden Verfahren oben dargelegten Aus führungen verwiesen, in denen die in dieser Variante vorhandenen Aggregate aus führlich beschrieben sind . Besonders bevorzugt weist der Verdampfungsabschnitt einen Vorverdampfungsabschnitt und einen bevorzugt als Tiegel ausgebildeten Nachverdampfungsabschnitt auf .
Der Vorverdampfungsabschnitt weist einen Spritzkopf zum Aufbereiten des als Ausgangsmaterial vorliegenden Beschichtungsmaterials und ein Inj ektorrohr auf , wobei das Inj ektorrohr das in dem Spritzkopf aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Nachverdampfungsabschnitt leitend ausgebildet und mit dem Nachverdampfungsabschnitt gekoppelt ist zum Führen des aufbereiteten Beschichtungsmaterials in den Nachverdampfungsabschnitt hinein zum dortigen in die Gasphase bringen . Der Spritzkopf ist bevorzugt als Drahtspritze ausgebildet für das Lichtbogenschmel zen und/oder Lichtbogenverdampfen von in die Drahtspritze eingeführtem Ausgangsmaterial . Das Einstellen der Beschichtungsrate kann dann insbesondere durch eine Zuführrate einer Zuführung von Ausgangsmaterial in den Spritzkopf hinein erfolgen . Es wird auf die im Zusammenhang mit dem entsprechenden Verfahren oben dargelegten Aus führungen verwiesen, in denen die in dieser Variante vorhandenen Aggregate aus führlich beschrieben sind .
Der Vorbehandlungsofen und die Beschichtungskammer sind bevorzugt unmittelbar miteinander gekoppelt , wobei der Ofenausgang und der Kammereingang beispielsweise ineinander übergehend ausgebildet sein können oder mittels eines Übergangsstutzens miteinander verbunden sein können .
Besonders bevorzugt ist , eine Anlage nach einer der oben beschriebenen Aus führungen zum Beschichten einer Oberfläche eines Stahl flachprodukts mit einer Al-basierten oder Zn- basierten kathodischen Korrosionsschutzbeschichtung mittels eines Verfahrens der Gasphasenabscheidung von Material zu nutzen .
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Figur, in der beispielhaft ein Aus führungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist . Es versteht sich, dass die vorstehend genannten wie auch nachfolgend erläuterten Merkmale nicht nur in der j eweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind .
Es zeigt :
Fig . 1 : Beispielhafte Aus führungs form einer Beschichtungsanlage .
Fig . 1 zeigt eine beispielhafte Aus führungs form einer Anlage zur Herstellung eines mit einem kathodischen Korrosionsschutz versehenen Stahl flachprodukts 1 zur Beschichtung eines Stahl flachprodukts 2 , das hier als Band 2 ausgeführt ist . Die als Bandbeschichtungsanlage ausgebildete Anlage zur Herstellung eines mit einem kathodischen Korrosionsschutz versehenen Stahl flachprodukts 1 weist eine Beschichtungskammer 4 auf , in der ein technisches Vakuum herrscht und durch welches , mittels der Transportrollen 3a und 3b das Band 2 in Richtung des Pfeils 5 hindurchgeführt wird . Die Beschichtungsanlage weist eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material 6 auf . Diese setzt sich zusammen aus einem Verdampfungsabschnitt 7 zum Verdampfen des Materials in die Gasphase hinein und einem Düsenabschnitt 8 , 9 , welcher sich aus Düse 8 und als Adapter dienendem Kopplungsglied 9 zusammensetzt . In dem beispielhaft als Tiegel ausgebildeten Verdampfungsabschnitt 7 verdampftes Material wird durch den Düsenabschnitt 8 , 9 in die Beschichtungskammer 4 geführt , gelangt dort auf das Band 2 und bildet dadurch die Beschichtung . In Bandtransportrichtung vor der Beschichtungskammer 4 ist ein Vorbehandlungsofen 10 zur thermischen Vorbehandlung des Stahl flachprodukts 2 positioniert . Der Vorbehandlungsofen 10 ist als Durchlauf of en ausgebildet mit einem Ofeneingang 11 und einem am anderen Ende des Durchlauf of ens befindlichen Ofenausgang 12 , sodass das Stahl flachprodukt durch den Ofeneingang 11 in den Durchlauf of en 10 hineinführbar, durch den Ofen durchführbar und hiernach durch den Ofenausgang 12 heraus führbar i st . Der Vorbehandlungsofen und die Beschichtungskammer 4 sind unmittelbar aneinander gekoppelt , sodass das Band unmittelbar mit dem Austritt aus dem Vorbehandlungsofen 10 in die Beschichtungskammer 4 eintritt .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Stahlflachprodukts mit einem kathodischen Korrosionsschutz, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
A. Bereitstellen des Stahlflachprodukts;
B. optional: thermische Vorbehandlung des Stahlflachprodukts ;
C. Transportieren des Stahlflachprodukts in eine
Beschichtungskammer und durch diese hindurch, wobei die Beschichtungskammer eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material aufweist, die betrieben wird zum Beschichten einer Oberfläche des durch die Beschichtungskammer geführten Stahlflachprodukts mit einer Korrosionsschutzbeschichtung, wobei die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material eine PVD-Beschichtungsvorrichtung ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die thermische Vorbehandlung des Schritts B durchgeführt wird, umfassend die folgenden Schritte:
Bl. Durchführen des Stahlflachprodukts durch einen Durchlauf of en;
B2. Erwärmen des Stahlflachprodukts;
B3. Befördern des Stahlflachprodukts aus dem
Durchlauf of en heraus.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Erwärmen des Schritts B2 die Schritte umfasst:
B2a. einen Voroxidationsschritt,
B2b. einen nach dem Voroxidationsschritt durchgeführten
Reduktionsglühschritt .
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Voroxidationsschritt B2a in einer Atmosphäre durchgeführt wird mit 0,1 bis 10 Vol. -Prozent 02, bevorzugt 0,1 bis 4,0 Vol. -Prozent 02, Rest Schutzgas, dabei Rest bevorzugt bestehend aus H2 und N2, Rest besonders bevorzugt bestehend aus 0 bis 10 Vol. -Prozent H2 und 90 bis 100 Vol- Prozent N2; und/oder der Voroxidationsschritt B2a bei einer Temperatur zwischen 650 Grad Celsius und 750 Grad Celsius durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder nach Anspruch 4, wobei der Reduktionsglühschritt B2b in einer Schutzgas- Atmosphäre durchgeführt wird, bevorzugt bestehend aus H2 und N2, besonders bevorzugt bestehend aus 0 bis 10 Vol. -Prozent H2 und 90 bis 100 Vol-Prozent N2; und/oder der Reduktionsglühschritt B2b bei einer Temperatur zwischen 750 Grad Celsius und 900 Grad Celsius, bevorzugt zwischen 750 Grad Celsius und 850 Grad Celsius, durchgeführt wird, bevorzugt mit einer Haltezeit größer als 180, besonders bevorzugt kleiner als 300 Sekunden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Reduktionsglühschritt B2b ein nachgelagertes Ausklingglühen bei einer Temperatur zwischen 420 und 520 Grad Celsius aufweist, bevorzugt mit einer Haltezeit größer als 30, besonders bevorzugt kleiner als 150 Sekunden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei unmittelbar nach dem Schritt B2 mit dem Herausbefördern des Schritts B3 aus dem Durchlauf of en der Eintritt in die Beschichtungskammer erfolgt und die Beschichtung des noch warmen Stahlflachprodukts erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Beschichtung bei einer Temperatur des Stahlflachprodukts erfolgt, die zwischen 60 Prozent und 80 Prozent des Schmelzpunkts oder alternativ der Solidustemperatur (jeweils auf der Kelvinskala) des als Korrosionsschutzbeschichtung verwendeten Materials ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Korrosionsschutzbeschichtung eine Al-basierte oder eine Zn-basierte Korrosionschutzbeschichtung ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Korrosionsschutzbeschichtung Zn-basiert ist, bevorzugt mit einer Solidustemperatur > 700 Grad Celsius, neben Zn und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzlich aufweisend optional 12-60 Atom-Prozent Mg, optional 15-60 Atom-Prozent Al, optional 8-50 Atom-Prozent Mn.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Korrosionsschutzbeschichtung Al-basiert ist, bevorzugt mit einer Solidustemperatur > 770 Grad Celsius, neben Al und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzlich aufweisend optional 0,1-30 Gew. -Prozent Fe, bevorzugt 5-30 Gew.- Prozent Fe, optional 0,1-5 Gew. -Prozent Mg, optional 0,1-5 Gew. -Prozent Ti, optional 0,1-10 Gew. -Prozent Si, 21 optional 0 , 1- 10 Gew . -Prozent Li , optional 0 , 1- 10 Gew . -Prozent Ka .
12 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei in der Beschichtungskammer während des Beschichtens ein Schutzgasdruck von weniger als 100 mbar eingestellt ist über einem technischen Vakuum mit einem Restgasdruck von 20mbar .
13 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material aufweist :
- einen Verdampfungsabschnitt zum Verdampfen des Materials in die Gasphase hinein,
- einen mit dem Verdampfungsabschnitt gekoppelten Düsenabschnitt , wobei der Düsenabschnitt eine Düse mit einem in der Beschichtungskammer mündenden Düsenausgang aufweist , zum gerichteten Führen und Auslassen des in Gasphase vorliegenden Materials aus dem Düsenausgang hinaus zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Stahl flachprodukts , das durch die Beschichtungskammer hindurch an dem Düsenausgang vorbeigeführt wird, zum kontinuierlichen Beschichten der Oberfläche mit aus dem Düsenausgang ausströmenden in Gasphase vorliegendem Material , indem dieses auf der Oberfläche kondensiert und dadurch die Beschichtung bildet .
14 . Verfahren nach Anspruch 13 , wobei
- der Verdampfungsabschnitt einen Vorverdampfungsabschnitt und einen bevorzugt als Tiegel ausgebildeten Nachverdampfungsabschnitt aufweist , wobei der Vorverdampfungsabschnitt einen Spritzkopf zum Aufbereiten des als Ausgangsmaterial vorliegenden Beschichtungsmaterials und ein Inj ektorrohr aufweist , wobei das Inj ektorrohr das in dem Spritzkopf aufbereitete 22
Beschichtungsmaterial zu dem Nachverdampfungsabschnitt leitend ausgebildet und mit dem Nachverdampfungsabschnitt gekoppelt ist zum Führen des aufbereiteten Beschichtungsmaterials in den Nachverdampfungsabschnitt hinein zum dortigen in die Gasphase bringen, wobei bevorzugt der Spritzkopf eine Drahtspritze ist für das Lichtbogenschmelzen und/oder Lichtbogenverdampfen von in die Drahtspritze eingeführtem Ausgangsmaterial, wobei ein Einstellen der Beschichtungsrate durch eine Zuführrate einer Zuführung von Ausgangsmaterial in den Spritzkopf hinein erfolgt und/ oder
- die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung des Materials eine Jet-Vapour-Deposi tion-Beschichtungsvorrichtung, kurz: JVD-Beschichtungsvorrichtung, ist .
15. Anlage (1) zur Herstellung eines mit einem kathodischen Korrosionsschutz versehenen Stahlflachprodukts (2) , wobei die Anlage (1) aufweist:
- eine Beförderungsanordnung (3a, 3b) zum Transport des Stahlflachprodukts (2) entlang der einzelnen Behandlungsstationen der Anlage (1) ,
- einen Vorbehandlungsofen (10) zur thermischen Vorbehandlung des Stahlflachprodukts, wobei der Vorbehandlungsofen bevorzugt als Durchlauf of en ausgebildet ist mit einem Ofeneingang (11) und einem am anderen Ende des Durchlauf of ens (10) befindlichen Ofenausgang (12) , sodass das Stahlflachprodukt durch den Ofeneingang (11) in den Durchlauf of en (10) hineinführbar, durch den Durchlaufof en (10) durchführbar und hiernach durch den Ofenausgang (12) herausführbar ist, - eine Beschichtungskammer (4) mit einer Vorrichtung (6) zur Gasphasenabscheidung von Material, wobei die Beschichtungskammer (4) die in Transportrichtung (5) des Stahlflachprodukts (2) hinter dem Ofenausgang (12) angeordnet ist, mit einem Kammereingang zum Hineinführen des Stahlflachprodukts (2) , um dieses hiernach durch die Kammer (4) hindurch zu führen, wobei die Vorrichtung (6) zur Gasphasenabscheidung von Material betreibbar ist zum Beschichten einer der Oberfläche des durch die Beschichtungskammer (4) geführten Stahlflachprodukts (2) .
16. Anlage (1) nach Anspruch 15, wobei
- die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material eine PVD-Beschichtungsvorrichtung ist und/oder
- die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material eine JVD-Beschichtungsvorrichtung ist.
17. Anlage (1) nach Anspruch 15 oder nach Anspruch 16, wobei die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material aufweist :
- einen Verdampfungsabschnitt zum Verdampfen des Materials in die Gasphase hinein,
- einen mit dem Verdampfungsabschnitt (7) gekoppelten Düsenabschnitt (8, 9) , wobei der Düsenabschnitt (8, 9) eine Düse mit einem in der Beschichtungskammer (4) mündenden Düsenausgang aufweist, zum gerichteten Führen und Auslassen des in Gasphase vorliegenden Materials aus dem Düsenausgang hinaus zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Stahlflachprodukts, das durch die Beschichtungskammer hindurch an dem Düsenausgang vorbeigeführt wird, zum kontinuierlichen
Beschichten der Oberfläche mit aus dem Düsenausgang ausströmenden in Gasphase vorliegendem Material, indem dieses 24 auf der Oberfläche kondensiert und dadurch die Beschichtung bildet .
18 . Anlage ( 1 ) nach einem der Ansprüche 15 bis 17 , wobei der Verdampfungsabschnitt ( 7 ) einen Vorverdampfungsabschnitt und einen bevorzugt als Tiegel ausgebildeten Nachverdampfungsabschnitt aufweist , wobei der Vorverdampfungsabschnitt einen Spritzkopf zum Aufbereiten des als Ausgangsmaterial vorliegenden Beschichtungsmaterials und ein Inj ektorrohr aufweist , wobei das Inj ektorrohr das in dem Spritzkopf aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Nachverdampfungsabschnitt leitend ausgebildet und mit dem Nachverdampfungsabschnitt gekoppelt ist zum Führen des aufbereiteten Beschichtungsmaterials in den Nachverdampfungsabschnitt hinein zum dortigen in die Gasphase bringen, wobei bevorzugt der Spritzkopf eine Drahtspritze ist für das Lichtbogenschmel zen und/oder Lichtbogenverdampfen von in die Drahtspritze eingeführtem Ausgangsmaterial , wobei ein Einstellen der Beschichtungsrate durch eine Zuführrate einer Zuführung von Ausgangsmaterial in den Spritzkopf hinein erfolgt .
19 . Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 18 , wobei der Vorbehandlungsofen ( 10 ) und die Beschichtungskammer
( 4 ) unmittelbar miteinander gekoppelt sind, bevorzugt der Ofenausgang ( 12 ) und der Kammereingang ineinander übergehend ausgebildet sind .
20 . Verwendung einer Anlage ( 1 ) nach einem der Ansprüche 15 bis 19 zum Beschichten einer Oberfläche eines Stahl flachprodukts mit einer Al-basierten oder Zn-basierten 25 kathodischen Korrosionsschutzbeschichtung mittels eines Verfahrens der Gasphasenabscheidung von Material .
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