JPS60116785A - 高い価値のある金属被膜を連続的に製造する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高い価値のある金属被膜をスチールベルト上
にプラズマの使用のもとに連続的に製造する方法及び装
置に関する。

従来技術 個々の工作物の被覆とともに冷間圧延したスチールベル
トをアルミニウムで被覆することは、工業的に重要性を
有し、包装用ベルトを製造するために使用される。この
場合、アルミニウムは、１０−’ｍｍＨｇ０高真空中で
電子ビームによって１４００℃で蒸発される。冷たいス
チールベルトは、アルミニウムー′るつぼの上に案内さ
れ、アルミニウム蒸気は、冷たいスチール表面上で凝縮
される。沈澱物の層厚は、蒸着時間に比例する、”　Ｈ
ｅｒｓｔｅｌｌｕｎｇ　ｖ□ｎ　Ｋａｌｔｇｅｗａｌｚ
ｔｅｍＢａｎｄ”、第２部、Ｖｅｒｌａｇ　５ｔａｈｌ
ｅｉｓｅｎ　ｍｌ）Ｈ。

Ｄｕｓｓｅｌｄｏｒｆ　１１９７０　、第２６１頁、参
照。

この公□知方法の場合の欠点は、蒸発円錐を電子ビーム
の焦点及びアルミニウム原子の自由行程に依存してベル
ト幅に対して定めなければならないことにある。更に、
アルミニウムの凝縮熱は、スチールベルトによる輻射及
び吸収によってのみ導出されうる。従って、アルミニウ
ムとスチールベルトの間のＦｅ２ＡＡ？５ないしはＦｅ
ＡＺ３への合金形成を阻止するためには、スチールベル
トの厚さ及び析出したアルミニウムの計は、一定の比率
でなければならない。

電子−撃による蒸発の代りに、金属を１０□４ｔｔａｔ
　Ｈｇの高真空中で加熱されたタングステン−又は白金
線材で蒸発させ、金属蒸気を工作物上に高真空中で凝縮
させ□ることができる（“ＲＯＭ。

Ｓｃｉ　、　工ｎｅｔｒ、”、′２、第１８９頁、１９
３１、参照）。このような線材の代りに１このような金
属からの、直接又は間接的に加熱されるるつぼを使用す
ることもできる。

イオン化されてない金属蒸気を用いるこのような被覆法
の欠点は、殊に電子ビーム蒸発が電熱線、加熱るつぼ又
はグロー放電を用いる僅かな能力の蒸発法と全く同様に
高真空又は少なくとも部分的真空を前提条件とし、この
ことがスチールベルトの被覆に対する適性を著しく制限
するか又は著しく費用のかかるものにするということに
あるものと思われる。従って、殊に１０　’　ｍｍ　Ｈ
ｇＯ高真空を保持するためには、空気対空気−使用（Ｌ
ｕｆｔ−２ｕ−Ｌｕｆｔ−Ｂｅｔｒｉｅｂ　）の際のベ
ルト運搬ｄ路に対して及び真空ポンプに対しての美大な
費用が必要とされる。最後に、前記方法の場合には、一
般にペルトノ片面、スナわち水平方向に導かれるベルト
の下面のみを被覆することができるにすぎない。

米国特許第３６９６５８２　（３）号明細書の記載は、
電子ビーム蒸着によるスチールベルトの蒸着を高真空中
で同時に両面で実施することができるような１つの提案
を有する。この場合には、２つの蒸発源が取付けられて
おり、ベルトは、双方の間を垂直に貫通する。この場合
、歩留りは、蒸発した金属原子の直線的な拡散のために
その一部のみである（このことは、水平方向へのベルト
案内及び片面の蒸着の際に予想されることであろう）の
で、付加的に加熱される反射シールドが設けられており
、この反射シールドは、原子を静電帯電させかつ次にこ
の原子を被覆すべきベルト方向へ偏向させるために付着
速度、すなわち歩留りを増大させるはずである。このよ
うな静電帯電の能率は僅かであるので、この種の配置の
能率は、水平方向へのベルト走行及び片面での付着の場
合の能率に及ばない。高真空下での蒸着の他の全欠点は
、完全に保持されたままである。

スチールベルトを高い速度で、次の被覆法を永続的に持
込まれた酸素及び窒素によって損なうことなしに運搬通
路を介して高真空中へ導入することが不ｉ５Ｔ能である
ことにある本質的な欠点は、高真空法を常圧での方法に
代えることによって回避することが試みられた。しかし
、これに対して公知技術の提案は、全（使用不可能であ
る。例えば、米国特許第４２２３０４　’７　（４）号
明細書の記載から、高い速度で走行するスチールベルト
に常圧下で、静電的に予備イオン化された油霧から付着
される油層を設けることは、公知である。この方法は、
キャリヤーガスとしての空気を用いて作業し、このこと
は、金属被覆に対して畿初から不適当である。それとい
うのも、それは、作業空間中への酸素及び窒素の送入を
有する問題を複雑にするからである。更に、静電界によ
る予備イオン化は、既に上記で米国特許第３６９３５８
２　（３）号明細書に関連して問題になったのと同様に
能率が僅かであるという欠点に結び付いている。

常圧に対するも５１つの方法は、西ドイツ国特許第８６
８８４６（１）号明細書に記載されている。この場合、
予熱した金属、殊に錫は、溶融され、圧縮空気で噴霧さ
れ、その際噴霧した液滴は、負極で帯電され、静電的に
被覆すべき基板上に転向される。また、この場合も存在
する空気は、酸化擬似金属及び窒化擬似金属に対する使
用を不可能にする。更に、金属液滴が、特にアルミニウ
ム及び同様の金属を用いて被覆する際に必ず努力すべき
であるような閉鎖された被膜を必ずしも生じない場合に
は、局部的な腐蝕現像は生じないはずである。

また、この場合米国特許第２７１９８２０（２）号の記
載は、全く使用不可能な思想を与える。この場合、多工
程で著しく費用のかかる、妨害され易い方法で差当り金
属層は、電解的に迅速に走行するベルト上に付着され、
このベルト上に第２の金属層は、噴霧され、その際噴霧
は、静電界中で行なわれ、この場合小滴は、静電帯電さ
れ、基板上に転向される。実際に、非酸化性雰囲気の使
用が望まれるが、被膜の均一性は、この静電的に支持さ
れる噴霧法の場合にも殆んど保証することができない。

従って、この米国特許明細書の記載は、示された稀酸性
の低融点金属、例えば鉛、錫、亜鉛等にも制限されてお
り、その際層の形成は、噴霧した小滴を−緒に流すこと
によって促進される。

更に、金属の蒸発は、プラズマバーナーにより熱を供給
しながら常圧下で実施することができるが、イオン化さ
れてない金属原子の付着は、均一な層を達成するために
この場合にはキャリヤーガス流を介してのみ制御可能で
あり、したがって大きい面積の均一な被覆には、不適当
である。また、例えば前記（３）に相当して後接した静
電帯電との結合は、このような帯電の僅かな能率のため
に満足な結果を全く生じないであろう。

更に、基板を金属蒸気で被覆するために電極と金属ベル
トの間にアークを発生させることは、公知である。その
上、基板は、金属蒸気の直接の通路内にアークの環境で
導入される。

欧州特許第８６６４号明細書の記載から、金属−又は合
金層を導電性工作物上にグロー放電により支持させる方
法は、公知であり、そのために工作物は、電界の１つの
電極として接続され、この場合キャリヤーガス及び供給
媒体は、先にイオン化され、イオン化状態で電界中に変
換され、その際金属イオンは、低工数ｉ１Ｅ　（１０−
２ｍｍＨｇ）によって発生される。

もう１つの公知方法の場合、線材は、突入電流放電によ
って蒸発され、金属蒸気は、磁界及び／又は電界の接触
によって被覆すべき表面上の方向に向けられる、西ドイ
ツ国特許公開公報第２３４６７３８号、参照。

６つの最後に記載した方法の場合の欠点は、付着をプラ
ズマが直接に被覆すべき基板上に衝突する場所でのみ行
なうことができることである。従って、形状寸法的なプ
ラズマ形成は、それぞれ被覆すべき部材の寸法に適合さ
せなければならない。他の場合に、特に基板の制御でき
ない加熱は、避は難く、不利である。

更に、多くの場合に低圧プラズマが提案される。しかし
、スチールベルトを被覆する場合、酸素と、プラズマ状
態の金属蒸気との全ての反応は、スチールベルト表面及
び設けられた金属被膜に対して全ての場合に回避されな
ければならない。これは、低圧法で、スチールベルトを
連続的に高い速度で被覆室に導通させる場合には実現さ
せることができない。

最後に記載した方法は、全体で個々の工作物を被覆する
方法であり、これにより本発明によって設定された課題
の解決に関連させることはできない。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、首記した種類の方法を、迅速に走行す
るスチールベルト上に連続的に両面で高い価値のある被
膜を簡単な方法で設けることができ、その際に比較的広
幅の、好ましくはＬＯＯＯｙｎｙｎよりも大きい幅を有
するスチールベルトの場合にも狭い層厚公差をベルト長
さにわたってならびにベルト幅にわたって達成し、方法
を全体で簡単に実施することができるように形成させる
ことである。

更に、本発明の課題は、この種の被覆法の場合に強制的
に必要とされる、付着する油−又はエマルジョン残滓か
らの被覆すべきスチールベルト表面の清浄化を、通常費
用のかかる湿式化学的清浄化法を回避しながら簡単な方
法で被覆法で集積して実施することである。

問題を解決するための手段 本発明によれば、この課題は、１種類又はそれ以−トの
金属又は金属合金を第１過程で非酸化性ガスからの熱プ
ラズマ中で連続的に蒸発させ、それ自体を熱プラズマの
高度のイオン化状態に変換し、第２過程で外圧に比して
１００　Ｐａ〜５０００　Ｐａだけ高められた圧力でこ
のプラズマ中に存在する金属イオンを静電的にスチール
ベルトの表面上に付着させ、スチールベルトを被覆の間
均−な温度に保持し、４０ｍ１ｍ１ｎ〜６　Ｑ　Ｑ　ｍ
　／　ｍｉｎの速度で被覆することによって解決される
。

この場合、２つの処理過程、すなわち熱プラズマの高度
のイオン化状態への金属又は金属合金の変換及びこのプ
ラズマ中に存在する金属イオンの付着は、局部的に別個
に側次に実施される。

この場合、第１の処理過程は、有利に室の下半分中で実
施され、第２の処理過程は、室の中心部中で実施される
。こうして、−面で高度にイオン化されたプラズマ状態
への被覆金属の変換の局部的な分離が達成され、他面で
スチールベルト上での被覆金属の付着が達成され、した
がってこうしてスチールベルトの加熱は制御することが
できる。この局部的な分離は、なかんずく冷却しかつイ
オン中和によって再結合するプラズマ中で付着位置でな
お付着可能な金属イオンの十分量が存在する場合にのみ
運転することができた。

固着する被膜の装填に必要とされるスチールベルト表面
の清浄化は、本発明によれば、スチールベルトの表面を
第２の処理過程の範囲内で静電被覆前の処理区間内で熱
プラズマに暴露し、それによって清浄化することによっ
て達成される。

高い両値のある金属破膜をスチールベルト上にプラズマ
の使用のもとに連続的に製造する装置の１つの好ましい
実施態様は、中心に配置された導入口６ａ及び導出口３
ｂを有する、被覆すべきかないしは被覆されるスチール
ベルト１に対して十分に気密に施工された室６で導入Ｉ
」３ａの両側でガス導管５が室６中に案内され、ガス導
管５が室６内でガスイオン及び金属イオンからなる熱プ
ラズマの発生装置を有し、この発生装置とスチールベル
ト１０間に遮蔽板９が設けられ、室乙の中心部でスチー
ルベルト１から距離をもって両側で眠気的にプラスに帯
電された分離板１０が配置されていることを特徴とする
。

本発明による方法及び装置の他の好ましい実施態様及び
他の形成は、次の記載ならびに特許請求の範囲の記載か
ら明らかである。

公知技術水準の欠点を１５［１＋Ｊ二する、本発明によ
る方法及び装置の利点は、さらに金属イオンの静電的付
着によって層厚を良好に制御し、ベルト幅及びベルト速
度を適合させることができ、非酸化性ガスで充填された
室中での過圧を保持１−ることによって金属蒸気の暇化
を簡単な方法で阻止し、プラズマに供給される種々の金
属の財の割合を制御することによって同時の付着の際に
合金を製造することができ、その際この合金は、平衡状
態により溶融冶金法で製造することができず、多くの場
合には、金属の電解的接触序列の位置のために電気工学
的方法でも製造することができず、最後に第１の処理過
程での熱プラズマの成分としての金属又は金属合金から
のイオン発生の提案された分離によって及び第２の処理
過程での靜亀界による金属イオンの旬着によって被覆す
べきベルトの加熱を最適に制御することができることに
認めることができる。

前記方法を監視装置で試験する場合、固体の金属被膜は
、全ての酸素から隔離した場合にのみ得ることができる
。空気をプラズマガスとして使用する場合には、処理し
たスチールベルトは、激しく酸比された。更に、形成さ
れた酸化物層上には、金属被膜を全く形成することがで
きなかった。外気に相当する圧力で処理室を非酸化性ガ
ス、例えばアルゴンで充填することによって酸素から十
分に隔離することの場合には、スチールベルトの酸化は
、実際に金属被膜を付着させる場合に減少させることが
できた。しかし、スチールベルトの僅かな酸化は、この
手段によって必ずしも阻止することができなかった。こ
の手段は、ベルトの入口位置及び出口位置での空気酸素
の侵入を完全に阻止しなかったことは明らかである。付
着した被膜は、この場合固着しなかった。

しかし、意外なことに、固着する被膜は、処理室中で外
圧に比して１００　Ｐａよりも高い非酸化性ガスの僅か
な過圧を保持する場合に製造することができることが判
明した。監視試験の場合には、例えば処理室中で外圧に
叱して１１Ｑ　’Ｐａの不変の過圧に調節された。この
条件のもとで提案された方法を使用することによって固
着する金属被ｊ漠は、スチールベルト上に製造すること
ができた。

しかし、処理室中での非酸化性ガスの圧力は高く調節す
る必要がないことも判明した。すなわち、５０００Ｐａ
よりも高い過圧の場合、プラズマ炎は不安定になり、ア
ーク類似の放電がスチールベルト１と分離板８の間で起
こり、スチールベルトの損傷が惹起される。

監視装置での他の試験により、固着する金属被膜は、ス
チールベルト上に電気的弧絡の発生及びそれから生じる
スチールベルトの損傷なしに、非酸化性ガスの過圧が１
　’００　Ｐａ−５００Ｑ　Ｐａの範囲にあるときに製
造することができることが判明した。

更に、試験を実施する場合、固着する金属被膜は、スチ
ールベルトの表面が例えば脂肪又は圧延エマルジョンに
よって汚染されているときには製造することもできない
ことが判明した。

しかし、意外なことに、この汚染は、本発明方法の場合
、スチールベルトを短時間でプラズマの流れに直接に暴
露することによって除去することができることが判明し
た。従って、固着する金属被膜は、表面が圧延エマルジ
ョンで湿っているスチールベルト上に、このスチールベ
ルトが固有の被覆前の第２の処理過程の範囲で約１０秒
間熱プラズマに暴露された場合に製造することができた
。このプラズマは、付加的なプラズマ−発生装置によっ
て得ることができるか又はそれは、第１の処理過程で発
生した、不活性ガスイオン及び金属イオンからなる熱プ
ラズマからの部分流として分岐させることができる。

実施例 高い価値のある金属被膜をスチールベルト上に製造する
装置の好ましい実施例は、図面に示しである。

第１図で、被覆すべきスチールベルト１、例えば冷間圧
延したベルトは、転向ロール２を介して入口開口３ａを
通じて十分に気密に施工された室６中に導入され、被覆
後に室３０反対１ｕｌｌで出口開口３ｂを通じて退出し
、もう１つの転向ロール４を介して、例えば図示してな
いスプールに供給され、そこで巻き取られる。

室３中に導入すべきスチールベルト１の両側に配置され
ている導管５を通じて、不活性又は還元し易い、すなわ
ち非酸化性ガスは、環境に比して特に約５００　Ｐａ〜
約１００’ＯＰａの過圧で室３中に導入される。この非
酸化性ガスは、付着すべき金属又は金属合金に対するキ
ャリヤーガスとして使用され、この金属又は金属合金を
微粒子状で含有する。金属又は金属合金としては、特に
アルミニウム、錫、亜鉛、クロム、ニッケル、銅及びそ
の合金がこれに該当する。

高周波電解６の誘導又は容量結合により、ガスから熱プ
ラズマ７は発生し、この熱プラズマ中で金属又は金属合
金はイオン化され、こうしてプラズマの成分を形成する
。同様に、プラズマは、アークによっても発生させるこ
とができる。ガスとしては、有利にアルゴン又はアルゴ
ン−水素混合物が使用される。

スチールベルト１とプラズマ７の間には、矢印８の方向
、すなわちベルトの走行方向及びベルトの走行方向と反
対方向に摺動可能な遮蔽板９が設けられ、この遮蔽板に
よりスチールベルト１に対するプラズマ７の直接の熱作
用は阻止される。遮蔽板９を摺動させることによってこ
の熱作用は制御することができ、したがってスチールベ
ルト１は、均一の温度で保持することができる。

室３の中心部でスチールベルト１から距離をもって両側
で分離板１０が配置され、この分離板は、スチールベル
ト１に比して電気的にプラスに帯電され、この分離板間
をスチールベルト１は貫通する。従って、プラズマ７が
らの電気的にプラスに帯電された金属イオンは、スチー
ルベルト１上に移動し、その表面上で範囲３゜で付着さ
れる。

分離板１０の帯電は、図示してない高圧直流発生器によ
り達成され、この高圧直流発生器は、電線路１１を介し
て分離板１ｏに接続している。

スチールベルトの種々の厚さの際に種々の被覆金属を、
所望の肉厚ならびに所望されるか又はなお許容されるス
チールベルトの加熱及び加熱速度、被覆金属の蒸発のそ
れぞれ必要とされる局部的な分離及びその表面上での付
着に適合させることは、分離板１０が矢印１２の方向に
摺動可能であることによって達成される。従って、固有
のプラズマ７に対してスチールベルト１上の分離場所６
０は、最適に変化させることができる。

再結合した、電拭的に中性の不活性がスは、室６を制御
ＭＩＯＴ能なガス排出弁１３を通じて去る。ガス出口な
いしは弁１３の位置に隣接して、圧力測定装置１４は設
けられ、圧力測定装置１４中で測定される室６内のガス
圧により、ガス排出弁１３の開閉は側脚され、実際にこ
うして室６中で非酸化性ガスの所定の過圧は、保持され
る。非酸化性ガスないしは保護ガスは著しく高価である
ので、ガスは、室６を去った後に、場合によっては恐ら
く吸収された酸素を除去することによる再処理後にプラ
ズマ燃料ガスとして再使用するためにガス導管５中に導
入される第２図で、第１図の場合と同じ参照符号は、そ
のまま当てはまるが、付加的にプラズマ発生器２０が示
され、このプラズマ発生器によって熱プラズマは発生さ
れる。この熱プラズマは、スチールベルトの表面に範囲
２１で衝突し、この表面を被覆前に有効に徹底的に清浄
化する。

付加的に静電偏向板２２は、この場合に清浄化に対して
定められたプラズマの流れを均一にベルト幅にわたって
分布させることができる。板２２は、遮蔽板８と同一で
あることができる。

しかし、本発明による清浄化は、第１図に示した装置を
用いて、すなわち付加的なプラズマ発生器２０なしに、
電気的にプラスに帯電された分離板１０によって不活性
ガスプラズマの選択的偏向を、この不活性ガスプラズマ
が金属イオンの前でスチールベルト表面に達するような
程度に行なう場合に可能でもある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、既に清浄化した（例えば光沢焼鈍又は酸洗し
た）スチールベルトを被覆する装置を示す略図であり、
第２図は、第２の処理過程の範囲で被覆前のスチールベ
ルト表面を熱い熱プラズマにより清浄化する部材を有す
る装置を示す略図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 土　高い価値のある金属被膜をスチールベルト上にフ０
   ラズマの使用のもとに連続的に製造する方法において、
   １種類又はそれ以上の金属又は金属合金を第１過程で非
   酸化性ガスからの熱プラズマ中で連続的に蒸発させ、そ
   れ自体を熱プラズマの高度のイオン化状態に変換し、第
   ２過程で外圧に比して１００Ｐａ〜５０　０　０　Ｐａ
   だけ高められた圧力でこのプラズマ中に存在する金属イ
   オンを静電的にスチールベルトの表面上に付着させ、ス
   チールベルトを被覆の間均−な温度に保持し、４０ｍ／
   ｍｉｎ〜６　０　０　ｍ　／　ｍｉｎの速度で被覆し、
   その際第１過程、すなわち高度のイオン化状態への金属
   又は金属合金の変換及び第２過程、すなわち金属イオン
   の付着を局部的ｒｃ別個に順次に実施することを特徴と
   ′１−る、高い価値のある金属被膜を連続的に製造する
   方法。 ２、非酸化性ガス及び被覆金属又は被覆金属合金からの
   プラズマを誘導結合によって発生させる、特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ろ、非酸化性ガス及び被覆金属又は被覆金属合金からの
   プラズマを容量結合によって発生させる、特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ４、非酸化性ガス及び被覆金属又は被覆金属合金からの
   プラズマをアークによって発生さぜる、特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ５、　スチールベルトの表面を第２処理過程の範囲内で
   静電被覆前の処理区間で熱プラズマ（・こ暴露し、それ
   によって清浄化する、特許請求の範囲第１項から第４項
   までのいずれか１項に記載の方法。 ６、　スチールベルトを６　０　ｍ　／　ｍｉｎ　〜３
   　６　０　ｍ／　ｍｉｎの速度で被覆する、特許請求の
   範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記載の方法
   。 Ｚ　使用された非酸化性ガスを場合によっては恐らく吸
   収された酸素を除去するための再処理後に再び使用する
   、特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項
   に記載の方法８、　高い価値のある金属被膜をスチール
   ベルト上にプラズマの使用のもとに連続的に製造する装
   置において、中心に配置された導入口（３ａ）及び導出
   口（３ｂ）を有する、被覆すべきかないしは被覆される
   スチールベルト（１）に対して十分に気密に施工された
   室（３）で導入口（３ａ）の両側でガス導管（５）が室
   （３）中に案内され、ガス導管（５）が室（３）内でが
   スイオン及び金属イオンからなる熱プラズマの発生装置
   を有し、この発生装置とスチールベルト（１）の間に遮
   蔽板（９）が設けられ、室（３）の中心部でスチールベ
   ルト（１）から距離をもって両側で電気的にグラスに帯
   電された分離板（１０）が配置されていることを特徴と
   する、高い価値のある金属被膜を連続的に製造する装置
   。 ２　それぞれ室（６）の入口開口及び出口間１コの前に
   転向ロール（２，４）が配置されている、特許請求の範
   囲第８項記載の装置。 １０、室（６）の上部に圧力測定装置によって制御され
   るガス排出弁（１６）が設けられている、特許請求の範
   囲第８項又は第９項に記載の装置。 １１、分離板（１０）が高圧直流発生器に接続されてい
   る、特許請求の範囲第８項記載の装置１２、遮蔽板（９
   ）及び分離板（１０）がスチールベルト（１）と平行に
   摺動可能に形成されている、特許請求の範囲第８項から
   第１１項までのいずれか１項に記載の装置。 １３、付加的なプラズマ発生器（２ｏ）がスチールベル
   ト表面上に衝突するプラズマの流れを発生させるために
   配置されている、特許請求の範囲第８項から第１２項ま
   でのいずれが１項に記載の装置。 １４、清浄化に使用されるプラズマの流れの強さ及び方
   向を制御する付加的な静電偏向板（２２）が存在する、
   特許請求の範囲第８項から給１６項までのいずれか１項
   に記載の装置。