KR20210009350A - 진공 디포지션 설비 및 기재를 코팅하는 방법 - Google Patents

진공 디포지션 설비 및 기재를 코팅하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진공 챔버를 포함하는 진공 디포지션 설비 내부에 적어도 하나의 금속으로 형성된 코팅을 주행 기재 상에 연속적으로 디포짓하는 방법에 관한 것이고; 적어도 하나의 금속으로 코팅된 코팅 기재 및 주행 기재 상에 연속적으로 디포짓하기 위한 방법을 위한 진공 디포지션 설비에 관한 것이다.

Description

진공 디포지션 설비 및 기재를 코팅하는 방법
본 발명은 금속 또는 금속 합금으로 형성된 코팅을 기재 상에 연속적으로 디포짓하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이 방법에 사용되는 진공 디포지션 설비에 관한 것이다.
강 스트립과 같은 기재 상에, 결국에 합금들로 구성된 금속 코팅들을 디포짓하기 위한 다양한 공정들이 공지되어 있다. 이들 중에서, 용융 코팅, 전착 및 또한 다양한 진공 디포지션 공정들, 예를 들면 진공 증발 및 마그네트론 스퍼터링을 언급할 수 있다.
500 m/s 보다 큰 속도로 추진되는 금속 증기 스프레이가 기재와 접촉하게 되는 강 기재의 연속적인 코팅을 위한 방법이 WO 97/47782 에 공지되어 있다. 디포지션 방법을 제트 기상 디포지션이라고 한다.
EP 2048261 에는 금속 기재 상에 코팅을 디포짓하기 위한 증기 발생기가 개시되어 있고, 이 증기 발생기는, 외부 환경에 대하여 함몰 상태를 보장하기 위한 유닛 및 기재의 유입 및 배출하도록 하는 유닛이 제공되는 인클로저 형태의 진공 챔버를 포함한다. 인클로저는 기상 디포지션용 헤드 및 기재 표면의 방향 및 수직 방향으로 음속으로 금속 증기 제트를 생성하기 위한 이젝터를 포함한다. 이젝터는 공급 파이프에 의해 도가니 (crucible) 에 연결된다. 도가니는, 액체 형태의 금속 혼합물을 포함하고, 진공 챔버 외부에 위치하며, 대기압에 배치된 용융로에서 얻은 용융물의 펌핑 또는 기압 효과 (barometric effect) 에 의해 공급된다. 이젝터에서 금속 증기의 유동, 압력 및/또는 속도를 조절하는 유닛이 배열된다. 조절 유닛은 파이프에 배열되는 버터플라이 유형 비례 밸브 및/또는 감압 장치를 포함한다. 이젝터는 기재의 전체 폭에 걸쳐 연장되는 증기 배출용 음파 칼라로서의 종방향 슬릿 및 이젝터에서 배출되는 증기의 속도를 표준화하고 보정하기 위한 소결된 필터 매체 또는 압력 손실 본체를 포함한다.
EP 2048261 에서, 바람직하게는, 발생기는 이젝터의 종방향 슬릿의 길이를 기재의 폭으로 조절하기 위한 수단을 포함한다. 특히, 축을 중심으로 하는 이젝터의 회전에 의해 증기 제트 슬롯을 스트립의 폭으로 조절하기 위한 간단한 시스템이 개시되어 있다. 따라서, 증기 제트의 가장자리와 기재의 가장자리는 동일한 평면내에 있고, 즉 증기 제트의 가장자리와 기재의 가장자리 사이의 거리는 0 mm 이다.
그럼에도 불구하고, 금속 증기가 스트립의 일 측면에만 디포짓되어야 하면, 이러한 증기가 또한 디포짓되는 경향이 있어서 스트립의 반대측을 오염시켜, 반대측 스트립의 디포지션 수율 및 표면 양태를 상당히 감소시키는 것으로 관찰되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 주행 기재 상에 코팅을 디포짓하는 방법을 제공하는 것이고, 금속 증기가 스트립의 일 측면상에만 디포짓되어야 할 때, 스트립의 반대쪽 노출측 (naked side) 상에 금속이 축적되는 것이 현저히 낮다.
이는 청구항 1 에 따른 주행 기재 상에 코팅을 디포짓하는 방법을 제공함으로써 달성된다. 이 방법은 또한 청구항 2 내지 청구항 10 의 어떠한 특징들을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 청구항 11 내지 청구항 13 에 따른 코팅된 기재를 포함한다.
본 발명은 또한 청구항 14 또는 청구항 15 에 따른 진공 설비를 포함한다.
본 발명을 설명하기 위해, 비한정적인 예들의 다양한 실시형태들 및 시도들이 특히 다음의 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 진공 디포지션 설비 내부의 적어도 하나의 증기 이젝터로 코팅된 기재의 평면도를 도시한다.
도 2 는 선행 기술에 따른 진공 디포지션 설비 내부의 적어도 하나의 증기 이젝터로 코팅된 기재의 평면도를 도시한다.
도 3 은 본 발명에 따른 진공 디포지션 설비 내부의 적어도 하나의 금속으로 코팅된 기재의 평면도를 도시한다.
도 4 는 본 발명에 따른 금속 증기를 배출하는 증기 이젝터의 예를 도시한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 이하의 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 진공 디포지션 설비 내부에 적어도 하나의 금속으로 형성된 코팅을 주행 기재 상에 연속적으로 디포짓하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은:
- 적어도 하나의 증기 이젝터를 통하여 주행 기재의 일 측면 (S1) 을 향해 금속 증기가 배출되고 적어도 하나의 금속 층이 배출된 증기의 응축에 의해 상기 측면에 형성되는 단계를 포함하고, 적어도 하나의 증기 이젝터는 상기 증기 이젝터와 상기 기재의 주행 방향에 수직인 축 (A) 사이의 각도 α 로 위치하며, 상기 축은 기재의 평면내에 있으며, α 는 다음 식을 만족하고:
Figure pct00001
α 는 절대값으로 0° 초과이고,
D1 및 D2 는 이젝터와 각각의 기재 가장자리 사이의 축 (A) 을 따른 거리이고, Ws 는 기재 폭이며, D1 및 D2 는 0 mm 초과이고,
- 상기 증기 이젝터는 세장형 형상을 가지고 슬롯을 포함하며 슬롯 길이 Le, 슬롯 폭 We 에 의해 규정된다.
어떠한 이론에도 구속되지 않고, 본 발명에 따른 방법에 의하여, 금속 기재 (S2) 의 반대측에 있는 금속 증기의 오염을 방지할 수 있다고 여겨진다. 실제로, 본 발명자들은 금속 증기가 거의 손실없이 배출되도록 증기 이젝터를 특정 각도 α 로 위치해야 한다는 것을 발견하였다. α 가 상기 식을 만족하면, 금속 증기의 궤적을 제어하기 때문에, 주행 기재의 일 측면에 디포짓된 금속 증기의 수율이 크게 향상된다. 따라서, 기재의 반대측의 금속 증기의 축적이 상당히 낮다.
도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 설비 (1) 는 우선 진공 챔버 (2) 및 챔버를 통해 기재를 주행시키기 위한 수단을 포함한다. 이러한 진공 챔버 (2) 는, 바람직하게는 10-8 ~ 10-3 bar 의 압력으로 유지되는 기밀-밀봉가능한 박스이다. 이 진공 챔버는 진입 로크 및 배출 로크 (이들은 도시 생략됨) 를 가지고, 진입 로크와 배출 로크 사이에서, 예를 들면 강 스트립과 같은 기재 (S) 가 주행 방향으로 주어진 경로 (P) 를 따라 주행할 수 있다.
적어도 하나의 증기 이젝터 (3) 는 주행 기재의 일 측면 (S1) 에서 음속으로 금속 증기를 배출한다. 적어도 하나의 증기 이젝터는 증기 이젝터와 기재의 주행 방향에 수직인 축 (A) 사이의 각도 α 로 위치하고, 축은 기재의 평면내에 있으며, α 는 다음 식을 만족한다:
Figure pct00002
.
이젝터는 직사각형 형상 또는 사다리꼴 형상과 같은 상이한 형상들을 가질 수 있다. 도 1 에 도시된 바와 같이, D1 및 D2 의 상이한 거리값이 가능하다. 바람직하게는, D1 및 D2 는 축 (A) 을 따라 이젝터 가장자리들과 기재 가장자리들 사이의 최저 거리를 나타낸다.
본 발명에 따라서, D1 및 D2 는 0 mm 초과이고, 즉 이젝터 가장자리들은 기재 가장자리들을 넘어가지 않는다. 어떠한 이론에도 구속되지 않고, D1 및 D2 가 0 mm 이하이면, 적어도 하나의 증기 이젝터을 통하여 배출되는 금속 증기의 궤적이 제어되지 않아 기재의 반대측 (S2) 의 중대한 오염을 유도할 위험이 있다고 여겨진다. D1 및 D2 가 0 미만이면, 증기 이젝터의 가장자리들이 도 2 에 도시된 바와 같이 기재 가장자리들을 넘어 연장된다는 것을 의미한다.
바람직하게는, D1 및 D2 는 서로 독립적이고 1 mm 초과, 유리하게는 5 ~ 100 mm, 보다 바람직하게는 30 ~ 70 mm 이다.
바람직한 실시형태에서, D1 은 D2 와 동일하다.
바람직하게는, 이젝터 슬릿 길이 Le 는 5 ~ 50 mm 이다.
바람직하게는, 기재 폭 (Ws) 은 최대 2200 mm 이다. 유리하게는, Ws 는 최소 200 mm 이다. 예를 들어, Ws 는 1000 ~ 1500 mm 이다.
바람직하게는, We 는 최대 2400 mm 이다. 유리하게는, We 는 최소 400 mm 이다.
바람직한 실시형태에서, Ws 는 We 와 동일하거나 그 보다 작다.
바람직하게는, α 는 절대값에서 0° 초과, 보다 바람직하게는 절대항에서 5 ~ 80°, 유리하게는 20 ~ 60°, 예를 들어 절대항에서 35 ~ 55° 이다.
진공 챔버는 주행 기재의 동일 측면 (S1) 에 모두 위치한 2 개 또는 여러 개의 증기 이젝터들을 포함할 수 있다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 기재 (S) 는 상기 기재의 성질 및 형상에 따라 임의의 적합한 수단에 의해 주행되도록 될 수 있다. 강 스트립이 지지되는 회전 지지 롤러 (4) 가 특히 사용될 수 있다.
도 4 를 참조하면, 본 발명에 따른 적어도 증기 이젝터 (3) 는 주행 기재 (비도시) 상에 금속 증기 제트 (5) 를 배출한다. 적어도 증기 이젝터는 세장형 형상을 가지고 슬롯을 포함하며 슬롯 길이 Le, 슬롯 폭 We 에 의해 규정된다.
특히, 본 발명에 따른 방법에 의하여, 기재의 일 측면 (S1) 에 적어도 하나의 금속으로 코팅된 금속 기재를 얻을 수 있고, 다른 기재 측면 (S2) 은 가장자리들상에서 2.0 ㎛ 의 상기 금속의 최대 축적을 포함한다. 바람직하게는, 최대 축적은 1 ㎛ 이고, 유리하게는 기재 반대측상에 금속이 축적되지 않는다.
본 발명에서, 적어도 하나의 금속은 바람직하게는 아연, 크롬, 니켈, 티타늄, 망간, 마그네슘, 규소, 알루미늄 또는 이들의 혼합물 중에서 선택된다. 바람직하게는, 금속은 선택적으로 마그네슘과 함께 아연이다.
바람직하게는, 금속 기재는 강 기재이다. 실제로, 어떠한 이론에도 구속되지 않고, 강 기재를 사용할 때 평탄도가 더욱 향상된다고 여겨진다.
코팅의 두께는 바람직하게 0.1 ~ 20 ㎛ 이다. 한편으로는, 0.1 ㎛ 미만에서는 기재의 내부식성이 불충분할 위험이 있다. 다른 한편으로는, 특히 자동차 또는 건설 분야에서 요구되는 내부식성의 레벨을 갖도록 20 ㎛ 초과로 될 필요가 없다. 일반적으로, 두께는 자동차 적용을 위해 10 ㎛ 로 제한될 수 있다.
마지막으로, 본 발명은, 적어도 하나의 금속으로 형성된 코팅을 주행 기재 상에 연속적으로 디포짓하기 위한 본 발명에 따른 방법을 위한 진공 디포지션 설비에 관한 것이고, 상기 설비는 기재가 주어진 경로를 따라 주행할 수 있는 진공 챔버를 포함하며, 상기 진공 챔버는:
- 적어도 하나의 증기 이젝터를 더 포함하고, 상기 증기 이젝터는 증기 이젝터와 기재의 주행 방향에 수직인 축 (A) 사이의 각도 α 로 위치하고, 축은 기재의 평면내에 있으며, α 는 다음 식을 만족하고:
Figure pct00003
α 는 절대값으로 0° 초과이고,
D1 및 D2 는 이젝터와 축 (A) 을 따른 각각의 기재 가장자리들 사이의 최저 거리이고, Ws 는 기재 폭이며, D1 및 D2 는 0 mm 초과이고,
- 상기 적어도 하나의 증기 이젝터는 세장형 형상을 가지고 슬롯을 포함하며, 이러한 증기 이젝터는 슬롯 길이 Le 및 슬롯 폭 We 에 의해 규정된다.
바람직한 실시형태에서, 적어도 하나의 증기 제트 코팅기는 α 가 조절되도록 증기 공급원에 연결된 공급 파이프 주위를 회전할 수 있도록 장착된다.
실시예들
본 방법의 효율을 평가하기 위해 아연 증기를 배출하는 하나의 제트 증기 이젝터를 포함하는 진공 디포지션 설비에서 시험을 수행하였다.
Le = 24 mm, We = 1750 mm 를 갖는 적어도 하나의 이젝터를 포함하는 진공 챔버에서 1200 mm 의 폭 Ws 을 가진 강 기재의 일 측면 (S1) 상에 아연 증기가 디포짓되었다. 시도들에 대해서, D1 및 D2 는 동일하였고 -10 mm ~ +20 mm 사이로 고정되었다. -10 mm 는 증기 이젝터의 가장자리들이 기재의 가장자리들을 넘어 10 mm 연장됨을 의미한다. α 는 각 시도들에 대해 본 발명에 따른 식으로 산출되었다. 진공 압력은 10-1 mBar 이었다. 강 기재의 반대측 (S2) 상의 금속 축적은 X-선 형광 분광법에 의해 측정되었다. 그 결과는 하기 표 1 과 같다:
Figure pct00004
시도 1 및 시도 2 에 대해서 강 기재의 반대측 (S2) 상의 금속 축적이 높았다. 반대로, 시도 3 및 시도 4 에 도시된 바와 같이, D1 및 D2 는 0 mm 초과이고, α 가 본 발명에 따른 식을 만족할 때, 금속 축적이 현저히 낮다.

Claims (15)

  1. 진공 챔버 (2) 를 포함하는 진공 디포지션 설비 (1) 내부에서 적어도 하나의 금속으로 형성된 코팅들을 주행 기재 (running substrate; S) 상에 연속적으로 디포짓하는 방법으로서,
    상기 방법은:
    - 상기 진공 챔버내에서, 적어도 하나의 증기 이젝터 (3) 를 통하여 상기 주행 기재의 일 측면 (S1) 을 향해 금속 증기가 배출되고 배출된 증기의 응축에 의해 상기 측면에 적어도 하나의 금속 층이 형성되는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 증기 이젝터는 상기 증기 이젝터와 상기 기재의 주행 방향에 수직인 축 (A) 사이의 각도 α 로 위치하며, 상기 축은 상기 기재의 평면내에 있으며, α 는 다음 식을 만족하고:
    Figure pct00005

    α 는 절대값으로 0° 초과이며,
    - D1 및 D2 는 상기 이젝터와 각각의 기재 가장자리들 사이의 상기 축 (A) 을 따른 더 낮은 거리이고, Ws 는 기재 폭이며, D1 및 D2 는 0 mm 초과이고, 즉 이젝터 가장자리들은 상기 기재 가장자리들을 넘어가지 않으며, 상기 증기 이젝터는 세장형 형상을 가지고 슬롯을 포함하며 슬롯 길이 Le 및 슬롯 폭 We 에 의해 규정되는, 코팅들을 주행 기재 (S) 상에 연속적으로 디포짓하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    D1 및 D2 는 서로 독립적으로 1 mm 초과인, 코팅들을 주행 기재 (S) 상에 연속적으로 디포짓하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기재의 폭 (Ws) 은 최대 2200 mm 인, 코팅들을 주행 기재 (S) 상에 연속적으로 디포짓하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Ws 는 최소 200 mm 인, 코팅들을 주행 기재 (S) 상에 연속적으로 디포짓하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    α 는 절대항으로 5 ~ 80° 인, 코팅들을 주행 기재 (S) 상에 연속적으로 디포짓하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    α 는 절대항으로 20 ~ 60° 인, 코팅들을 주행 기재 (S) 상에 연속적으로 디포짓하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    α 는 절대항으로 35 ~ 55° 인, 코팅들을 주행 기재 (S) 상에 연속적으로 디포짓하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이젝터 슬릿 길이 Le 는 5 ~ 50 mm 인, 코팅들을 주행 기재 (S) 상에 연속적으로 디포짓하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이젝터는 직사각형 형상 또는 사다리꼴 형상을 가지는, 코팅들을 주행 기재 (S) 상에 연속적으로 디포짓하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    D1 은 D2 와 동일한, 코팅들을 주행 기재 (S) 상에 연속적으로 디포짓하는 방법.
  11. 기재의 일 측면 (S1) 상에 적어도 하나의 금속으로 코팅된 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법으로부터 얻을 수 있는 금속 기재로서,
    다른 기재 측면 (S2) 은 가장자리들상에서 2.0 ㎛ 의 상기 금속의 최대 축적을 포함하는, 금속 기재.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 금속은 아연, 크롬, 니켈, 티타늄, 망간, 마그네슘, 규소 및 알루미늄 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는, 금속 기재.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 금속 기재는 강 기재인, 금속 기재.
  14. 적어도 하나의 금속으로 형성된 코팅들을 주행 기재 (S) 상에 연속적으로 디포짓하기 위한 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 위한 진공 디포지션 설비로서,
    상기 설비 (1) 는 상기 기재가 주어진 경로를 따라 주행할 수 있는 진공 챔버 (2) 를 포함하며, 상기 진공 챔버는,
    - 적어도 하나의 증기 이젝터 (3) 를 더 포함하고, 상기 증기 이젝터는 상기 증기 이젝터와 상기 기재의 상기 주행 방향에 수직인 축 (A) 사이의 각도 α 로 위치하고, 상기 축은 상기 기재의 평면내에 있으며, α 는 다음 식을 만족하고:
    Figure pct00006

    α 는 절대값으로 0° 초과이며,
    D1 및 D2 는 상기 이젝터와 상기 축 (A) 을 따른 각각의 기재 가장자리들 사이의 최저 거리이고, Ws 는 기재 폭이며, D1 및 D2 는 0 mm 초과이고, 즉 이젝터 가장자리들은 상기 기재 가장자리들을 넘어가지 않으며,
    - 상기 적어도 하나의 증기 이젝터는 세장형 형상을 가지고 슬롯을 포함하며, 이러한 증기 이젝터는 슬롯 길이 Le 및 슬롯 폭 We 에 의해 규정되는, 진공 디포지션 설비.
  15. 제 14 항에 있어서,
    적어도 하나의 증기 제트 코팅기는 α 가 조절되도록 증기 공급원에 연결된 공급 파이프 주위를 회전할 수 있도록 장착되는, 진공 디포지션 설비.
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