KR20240005825A - 플라즈마 표면 처리를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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루드 요한네스 베스터바르
크리스티안 불스마
어르빈 보웬스
아드리아누스 야코부스 빗테브로트
에죠 조스트베르헌
제니퍼 롤스
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타타 스틸 네덜란드 테크날러지 베.뷔.
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Abstract

강 스트립의 표면을 처리하기 위한 방법으로서, 상기 방법이 강 스트립(5)을 제공하는 단계; 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1)로 상기 강 스트립을 플라즈마 처리하는 단계; 상기 플라즈마 처리된 강 스트립을 대기 조건에서 후속 처리 장치(35)로 30분 이내에 이송하는 단계; 및 상기 플라즈마 처리 후 상기 강 스트립을 후속 처리하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 후속 처리 장치(35)는 연속 용융 아연도금 장치인, 방법이 제공된다.

Description

플라즈마 표면 처리를 위한 시스템 및 방법
본 발명은 후속 처리를 진행하기 전에 플라즈마 표면 처리(plasma surface treatment)를 통해 강 스트립의 표면을 처리하는 방법에 관한 것이다. 추가적인 측면에서, 본 발명은 그러한 처리를 위한 시스템에 관한 것이다.
강 표면 위와 같은 재료 표면 위의 합금 산화물들 및 다른 오염 물질들은 차후의 후속 처리 단계와 관련하여 접착 문제들을 초래한다. 이러한 산화물들은 표면에 부착되거나 간섭성 억제 층을 형성하는 코팅 능력을 저해하기 때문에, 이러한 산화물들의 제거는 표면의 코팅성을 향상하는 데 유리하다. 구체적으로 이것은 고 합금 강들에 있어 문제이다. 이러한 산화물들 및/또는 오염 물질들을 강 표면에서 제거하기 위해, 화학적 및/또는 기계적 세정 단계를 포함하는 다양한 세정 방법들이 이용될 수 있다. 어닐링(annealing) 단계, 박막 증착 단계 또는 코팅 단계와 같은 후속 처리 단계가 요구되는 대부분의 적용들에 있어서, 단순한 기계적 및/또는 화학적 세정 방법들만을 이용하는 것은 종종 불충분하다. 하나 이상의 초기 세정 단계들을 수행한 후 후속 처리 단계를 수행하기 전에, 후속 또는 최종 세정 단계로 플라즈마 세정 단계가 수행될 수 있다. 플라즈마 세정 방법을 이용하는 것과 같은 물리적 방법은 산 세정 단계를 이용하는 것과 같은 화학적 세정 방법을 이용하는 것에 비해 매우 효과적인 표면 준비 방법이다. 이는, 플라즈마 세정에서는, 에너지 활성화 장벽에 도달될 때까지 산화물들이 제거되는데 반해, 화학적 공정에서는 반응 시간, 온도 및 농도들이 조절 변수들이라는 사실에 기인한다. 또 다른 이유는, 플라즈마 세정은 인-시투(in-situ)로 수행되는 데 반해, 화학적 공정에서는 후속되는 후속 처리 단계 이전의 산 세정 또는 에칭(etching) 단계 사이 시간 지연이 늘 존재한다는 것이다. 이러한 시간 지연은 더 많은 산화물들 및/또는 오염 물질들이 강 표면에 형성될 기회를 제공한다. 기판의 플라즈마 세정을 수행함으로써, 기판에 존재하는 잔여 오염 물질들 또는 산화물들이 제거될 수 있으며, 기판 표면이 활성화된다. 이러한 플라즈마 세정 단계 후에는, 기판에 추후에 도포되는 박막, 코팅 또는 도료 층의 접착력이 상당히 증가한다. 게다가, 플라즈마 세정 단계는, 잠재적 파쇄 경향이 있는 모든 분산 구역들의 형성을 피하도록, 후속 처리 단계 이전에 강 표면을 활성화시키는 데 이용될 수 있다.
후속 처리 장치가 플라즈마 세정 장치로부터 떨어져 있는 경우, 활성화된 표면에 산화물들 또는 오염 물질들의 형성을 감소시키거나 지연시키기 위해, 플라즈마 처리된 활성화 및/또는 세정 표면이 보호 환경에서 이송될 것이 자주 요구된다. 그러나, 보호 환경의 추가는 후속 공정 수행의 유연성을 제한하여, 제한된 시간 내에 그리고 플라즈마 세정 유닛의 제한된 인근 내에서 후속 공정이 진행되어야 한다. 추가적 보호 환경 이용은 또한 추가 설비를 필요로 하기 때문에, 전반적인 비용 및 결합 장치가 차지하는 공간을 증가시킨다.
US 특허 공개 제US9321077B2호는 하나 이상의 레이저 광 및 플라즈마로 조사한 후 고강도 강을 도금하는 방법 및 장치를 기술한다. 이는 강 표면으로부터 Si/Mn/Al 산화물들을 제거하여 아연 도금 공정과 같은 후속 공정에 적합하게 만들기 위해 수행된다. 표면 층의 탄화를 방지하기 위해, 강 시트는 레이저의 초점 크기가 1mm 이하인 대기 상태의 상온에서 레이저를 이용하여 조사 처리되거나, 이러한 처리가 질소 대기 내에서 수행된다. 따라서, US9321077B2는 레이저 빔이 대기 상태의 상온에서 공정을 수행해야 하는 강 스트립 표면에 대한 국부적 조사 처리를 기술한다.
유럽 특허 공개 제EP0506304B1호는 강 스트립을 연속 용융 도금하는 방법 및 장치를 기술한다. 강의 표면이 진공 챔버에서 스퍼터링-에칭(sputtering-etching)되어 활성화되며, 이후, 진공 챔버의 배출구가 용융 도금조에 담궈진 코팅 금속조로 직접 이동된다. EP0506304B1는 강을 용융 금속조로 이송시키기 위해 언제나 진공 유지 환경을 필요로 한다.
최신 기술의 해결책들(US9321077B2, EP0506304B1)은, 언제나 용융 아연 도금(hot dip galvanising, HDG) 단계와 같은 후속 처리 단계 직전에 위치하는 플라즈마 세정 단계를 기술한다. 게다가, 처리된 강 스트립은 언제나 보호 대기 하에 보관되거나 추가 장비를 필요로 한다. 이는 플라즈마 세정 단계의 적용성을 크게 제한한다. 이에 더해, 플라즈마 세정 장치를 연속 코팅 라인에 통합시키기 위해 특별한 조치들이 수행되어야 하기 때문에, 플라즈마 세정 구조를 복잡하게 만든다. 예를 들어, 플라즈마 세정 장치의 입구-출구 잠금장치들의 추가가 요구될 수도 있다. 이전에 보고된 플라즈마 세정 선택사항들은 또한 종종 국부 플라즈마 '분출'에 근거하는데, 이는 때때로 레이저 광과 결합되어 사용된다. 이러한 이유로, 이러한 선행 기술 공정들의 적용은 작은 표면 면적들에 제한되거나 더 큰 표면들에 대해 수행하기 위해서는 추가 장비를 필요로 한다. 이는 대규모의, 복잡하고 비용이 많이 드는 플라즈마 세정 공정으로 이어질 수 있다.
본 발명의 목적은 추가 보호 환경을 채용할 필요 없이 후속 처리 장치로부터 더 멀리 떨어지도록 플라즈마 세정 장치를 배치하는, 유연성을 향상시키는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 세정되고 및/또는 활성화 된 강 표면을 대기 조건에서 플라즈마 세정 장치로부터 후속 처리 장치로 이송시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 비용 효율적인 방법으로 추후 후속 처리 단계까지 강 표면의 습윤성을 향상시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비용 효율적인 방법으로 코팅 품질을 향상시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 넓은 표면 면적들에 대해 강 표면의 코팅 품질을 향상시키는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적들 중 하나 이상이 제1항 내지 제9항에 따른 방법 및 제10항 내지 제15항에 따른 코팅 장치들로 도달된다.
본 발명의 제1 측면에서, 강 스트립의 표면 처리 방법으로서: 강 스트립을 제공하는 단계; 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치로 상기 강 스트립을 플라즈마 처리하는 단계; 상기 플라즈마 처리된 강 스트립을 대기 조건에서 후속 처리 장치로 30분 이내에 이송하는 단계; 및 상기 플라즈마 처리 이후 상기 강 스트립을 후속 처리하는 단계를 포함하고, 상기 후속 처리 장치는 연속 용융 아연 도금(HDG) 장치인, 방법이 제공된다. 본 발명의 상기 방법은 강 스트립에 제한되지 않으며, 강 시트들 또는 강 블랭크들에도 적용될 수 있다. 본 설명에서 강 스트립이라는 용어는 강 블랭크, 강 시트 또는 강 기판과 교체 가능하다. 본 문맥에서 상기 강 표면은 강 스트립, 강 시트 또는 블랭크 또는 강 기판의 표면일 수 있다. 상기 플라즈마 처리는 인-시투(in-situ) 플라즈마 처리일 수 있다. 인-시투 플라즈마 처리라는 용어는 상기 플라즈마 처리가 후속 처리 단계 직전에 그리고 후속 처리 단계에 연결되어 수행된다는 것을 의미한다. 그러나, 본 방법은 인-시투에만 제한되지 않으며, 강 스트립을 후속 처리 단계로의 이동으로 이어지는 단일 독립 장치로서 적용될 수도 있다. 이동은 이동 장치를 통해 수행될 수 있다. 상기 플라즈마 처리는 인라인(in-line) 공정으로 또는 오프라인(off-line) 공정으로 수행될 수 있다.
상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치에 의한 강 스트립의 플라즈마 처리는 불활성 대기에서도 수행될 수 있다. 상기 불활성 대기는 질소 대기 또는 아르곤 대기를 이용하거나, 다른 불활성 기체를 이용하여 달성될 수 있다. 유리하게, 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치를 이용하여, 상기 강 스트립에 증가된 전자 밀도를 얻을 수 있으며, 이는, 부정적인 표면 영향들 없이, 활성화 된 강 스트립을 대기 조건을 통과하여 후속 처리 장치로 이송할 수 있게 한다. 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치는 통상적으로 하나 이상의 열로 제공되는 다수의 자석들을 포함한다. 이 자석들은 영구 자석들일 수 있다. 강 표면 근처에서 플라즈마 밀도를 증가시키기 위해, 상기 자석들은 전자들을 포획하는 데 이용되며 그렇게 함으로써 이온화 효율을 증가시킨다. 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치의 작동 동안, 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치의 용기 및 접지된 강 기판 사이에 유지되는 전압 차로 인해, 세정될 상기 강 기판을 향해 양이온들이 가속된다. 자석들 열은 세정될 강 시트의 측면에 배치될 수 있다. 이는, 강 시트의 두께가 스퍼터링 공정에 영향을 미치지 않는다는 중요한 이점을 갖는다. 특히 더 두꺼운 강 기판들의 경우 덜 효율적일 수 있지만, 자석들을 강 시트의 다른 측면에 배치하는 것도 가능하다.
플라즈마 세정은 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치를 포함하는 플라즈마 세정 기기로 강 표면들에 대해 수행된다. 본 설명에서, 플라즈마 세정이라는 용어는 플라즈마 스퍼터 세정 및 스퍼터 세정과 교체 가능하게 사용된다. 플라즈마 세정 기기에서, 가스는 이온화 챔버로 공급되며, 여기서 상기 가스는 이온화 챔버 및 기판 사이 전압 차로 인해 이온화 된다. 상기 기기 내 가스는 불활성이며, 바람직하게는, 높은 원자 질량 때문에, 아르곤 가스(Ar) 또는 아르곤 계열의 가스이다. 상기 스퍼터 세정 공정은 충전되는 가스 원자들의 충돌에 기초하며, 따라서, 무거운 Ar 가스를 사용하는 것은 명백하다. 그러나, 이는, 더 낮은 중량과 표면과의 잠재적 반응성 때문에 덜 효과적일 수 있지만, 더 저렴한 N2 가스로 대체될 수 있다. 게다가, 심지어 가스 혼합물에 수소를 첨가하여 환원 효과를 증가시키는 것도 고려할 수 있다. 다른 한 편으로, 수소는 수소 취성화(hydrogen embrittlement)를 유발하여, 상충(trade-off)이 있을 수 있고 가스 구성이 최적화될 수 있다. 통상적으로 플라즈마 표면 세정 처리의 경우, Ar 가스 또는 Ar 계열 가스가 이온화 챔버로 공급되고, 이온화 챔버에서는 이온화 챔버(양극)를 획정하는 용기 및 접지된 강 기판 사이 전압 차로 인해 가스가 플라즈마로 이온화되며, 이후, Ar 이온들이 전압 차로 인해 (접지된) 강 표면에 부딪힌다. 상기 전압 차는 예를 들어 대략 내부 단위 300-3000V일 수 있다. 효과적인 세정 작용을 구현하기 위해, Ar 가스 및 추후의 Ar 이온들이 세정될 표면 영역 전체에 고르게 분산되는 것이 바람직하다.
강 스트립의 HDG 코팅 품질에 대한 플라즈마 스퍼터 처리의 영향이 연구되었다. 플라즈마 스퍼터 처리는 어닐링 전 표면 처리 단계로 그리고 어닐링과 HDG 공정 사이 중간 단계로서 연구되었다. 플라즈마 스퍼터 강도, 스퍼터링과 용융 아연도금 사이 숙성 시간 및 어닐링과 스퍼터링 사이 시간이 연구되었다. 합금 원소들이 강으로부터, 선택적 산화 작용에 의해 산화물을 형성하는, 강의 표면을 향해 이동한다는 것을 발견했다. 이것이 HDG 코팅된 HSS의 잠재적 결점들에 대한 주요 이유들 중 하나이다. 플라즈마 스퍼터 처리를 적용하면 코팅 결함 퍼센티지를 상당히 감소시킴으로써 코팅 품질이 확실하게 향상될 것이다. 표면 산화물들을 제거하고 동시에 강 표면을 활성화 시킴으로써, 99 퍼센트 점까지의 향상을 얻을 수 있다.
상기 플라즈마 처리 이후, 상기 강 스트립은 대기 조건에서 용융 아연 도금 장치로 보내질 수 있다. 상기 코팅은 아연 코팅, 아연 계열 합금 또는 다층 구조이다.
이 경우 플라즈마 처리는 표면 활성화를 위해 이용되며, 이는 추후 후속 처리 단계에 유리하다. HDG는 강 공장들에서 통상적으로 이용되는, 널리 이용되는 아연 코팅 방법이며, 따라서, 라인 내에 통합될 수 있는 유연한 표면 처리 방법을 채용하는 것은 공장의 효율을 향상시키는 데 유리하다.
본 발명은 강 스트립을 대기 조건에서 플라즈마 세정 장치로부터 후속 처리 장치로 이송시키는 믿을 만한 해결책을 제공하려 한다. 이송을 대기 조건에서 수행하면, 두 단계 사이에 시간 지연들을 도입함으로써 후속 처리 단계 수행에 있어 유연성을 향상시킨다. 이송은 이송 장치를 통해 수행될 수 있다. 게다가, 이는 플라즈마 세정 장치를 후속 처리 장치 가까이에 배치해야 하는 요건을 완화시킨다. 달리 말해, 플라즈마 세정 장치를 후속 처리 장치 가까이에 배치하지 않을 수 있다.
강 스트립의 어닐링 및 처리 동안, 특히 더 높은 합금 유형의 강의 경우, 산화물들이 강 표면에 형성된다. 합금 원소들은 산화물들을 형성할 때 강 표면을 향해 확산되는 경향이 있다. 이러한 산화물들의 형성은 추후의 후속 처리 단계 동안 질 나쁜 습윤성, 미도금 영역들(bare spots)의 형성 및 결함들을 초래할 수 있다. 연속 용융 아연 도금 공정과 같은 후속 처리 단계 이전의 플라즈마 세정 단계는 이러한 표면 산화물들을 감소시키고, 동시에 표면 에너지를 증가시켜 그 결과 표면이 활성화된다. 이는, 플라즈마 처리되지 않은 표면과 비교할 때, 훨씬 양호한 코팅 품질로 이어진다. 따라서, 본 발명은 강 표면의 불량한 습윤성 및 코팅된 강의 미도금 영역들 문제를 해결하여, 특히 고강도 강들과 같이 더욱 코팅이 곤란한 유형의 강에 있어 전반적인 코팅 품질을 향상한다. 일 실시예에서는, 표면 산화물들/오염 물질들의 제거 및 강 표면 활성화를 위해, 어닐링 구간 이후 그리고 HDG 코팅 단계와 같은 후속 처리 단계 이전에 배치되는, (단기) 플라즈마 기반 표면 처리를 기술한다. 이 단계는 어닐링 단계 직후의 연속 인라인 단계일 수 있다. 상기 플라즈마 세정 단계 이후, 강 스트립은 대기 조건 하의 HDG 조로 들어간다. 이러한 공정들의 결합은 HDG 코팅들과 같은 코팅들의 표면 품질을 상당히 향상시킨다.
본 발명은 라인 사양들에 따라 플라즈마 세정 구조를 변경할 수 있게 하며, 이는 구성이 간단하며 레이저 광 조사와 같은 그 어떤 추가 공정들도 필요로 하지 않는다. 가장 중요하게, 본 발명은, 이러한 유형의 플라즈마 세정 기기를 이용함으로써, 플라즈마 처리 이후 강 스트립 표면을 보호 대기 하에 보관할 필요가 없다는 것을 보여준다. 처리 이후 최소 30분까지 (건조한) 대기 조건 하에서도 강 표면이 활성화 된 채로 남아 있기 때문이다. 이는 플라즈마 세정 공정을 유연하게 만들며, 일괄 지향 코팅 공정(batch oriented coating process)에서 라인 내 또는 심지어 오프라인 내 다른 위치들에 통합될 수 있게 한다.
본 발명은 또한, 추가 설비를 필요로 하지 않고 넓은 영역에 걸쳐 강 표면을 세정할 수 있게 한다. 본 방법은 HDG 코팅과 같은 후속 처리 이전의 강 표면 처리를 제공하여, 최종 코팅 품질을 향상시킨다.
본 발명에 따르면, 강 스트립의 표면 처리 방법은 제1항에 청구된 바와 같이 제공된다. 상기 방법은 강 스트립 제공 단계 및 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치로 상기 강 스트립을 플라즈마 처리하는 단계를 포함한다. 상기 플라즈마 처리는 인-시투 플라즈마 처리일 수 있다. 상기 방법은 플라즈마 처리된 상기 강 스트립을 대기 조건에서 후속 처리 장치로 30분 이내에 이송하고, 상기 플라즈마 처리 후 상기 강 스트립을 후속 처리하는 단계를 더 포함한다. 여기서, 상기 후속 처리 장치는 연속 용융 아연도금 장치이다. 상기 강 스트립 근처의 플라즈마는 자석들의 존재로 인해 밀도가 높아질 수 있다. 위에 기술된 바와 같은 방법 수행의 추가 이점은, 추가 보호 환경을 갖출 필요 없이, 후속 처리까지의 강 표면의 습윤성이 향상된다는 것이다. 이는 후속 처리 단계를 비용 효율적 방법으로 수행할 수 있게 한다. 마그네트론 스퍼터링 장치 내 플라즈마 환경은 플라즈마에 기초한 진공이거나 플라즈마에 기초한 대기일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치에 의한 강 스트립의 플라즈마 처리가 보호 대기 내에서 수행된다. 상기 보호 대기는 진공 상태의 대기일 수 있다. 상기 진공은 10-6 mbar - 1000 mbar 범위의 압력 이내일 수 있다. 이를 위해, 진공 펌프가 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치에 연결될 수 있다. 보호 대기를 위해 건조한 대기 또는 건조한 공기 대기가 이용될 수 있다. 그렇지 않으면, 대기에 기초하는 아르곤 또는 질소 또는 이들의 혼합물이 이용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는, 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치가, 강 스트립 표면 근처에서 플라즈마의 밀도를 높이기 위해, 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치의 동일 측면에 위치하는 다수의 자석을 포함한다. 자기장의 존재가 강 스트립 근처에서 플라즈마의 밀도를 높인다. 전자들이 자기장에 포획되며 이로 인해 더 많은 Ar 이온들을 만들게 된다. 이후, Ar 이온들이 강에 부딪히고, 이로 인해 표면 에너지가 증가한다. 즉, 표면이 활성화된다. 이는 또한 상기 강 스트립이 활성화된 상태로 남아있을 수 있게 하여, 대기 조건에서 후속 처리 장치까지의 이송을 가능하게 한다. 상기 이송은 이송 장치를 통해 이루어질 수 있다. 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치는 앞서 표시된 위치들에서 공정 내에 통합될 수 있다. 2차 전자 방출에 의해 강 기판으로부터 축출된 전자들 또한 자기장 내에 포획되며, 이는 전자들이 환경으로 또는 양극으로 사라지는 것을 방지한다. 전자들은 강 시트 표면을 따르는 방향으로 이동한다. 이러한 증가된 전자 밀도는 강 시트 가까이의 더 높은 Ar 이온 농도로 이어지며, 결국 증가된 스퍼터 강도로 이어진다. 본 발명의 추가 실시예에 따르면, 상기 방법은 다수의 자석들을 냉각시키는 단계를 포함한다. 냉각은 냉각 매체를 포함하는 냉각 튜브를 보유함으로써 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 플라즈마 세정 장치로부터 후속 처리 장치로의 플라즈마 처리된 강 스트립 이송이 20분 이내, 바람직하게는 10분 이내에 대기 조건에서 수행된다. 이는, 세정의 20분 이내, 바람직하게는 세정의 10분 이내에 대기 조건에서 플라즈마 세정 장치로부터 후속 처리 장치로의 활성화된 강 스트립의 이송을 가능하게 한다. 예를 들어, 상기 활성화된 강 스트립은 플라즈마 세정 장치로부터 HDG 장치로 대기 조건에서 세정의 10분 이내에 이송될 수 있다. 다른 예로서, 활성화된 강 스트립은 플라즈마 세정 장치로부터 HDG 장치로 대기 조건에서 세정의 3-4분 이내에 이송될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 환원 대기에서 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치 밖에서 플라즈마 처리된 강 스트립 이송의 수행에 관한 것이다. 달리 말해, 플라즈마 처리된 강 스트립의 이송이 환원 대기에서 수행된다. 상기 환원 대기는 0 - 20% 범위의 수소 농도를 갖는 HNX 혼합물을 이용해 얻어질 수 있다. 환원 혼합물 또는 기체들이 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치 외부와 후속 처리 장치 사이 이송 경로에 공급될 수 있다.
바람직한 일 실시예에서는, 강 스트립이 플라즈마 처리 이전에 전처리된다. 전처리 단계는 일괄 어닐링 단계(batch annealing step) 또는 연속 어닐링 단계(continuous annealing step)와 같은 어닐링 단계일 수 있다. 플라즈마 세정 단계는 어닐링 단계 이전 또는 HDG 단계 이전 또는 어닐링과 HDG 단계 사이에 배치될 수 있다. 플라즈마 처리 단계는 열 처리 단계 이후에 수행될 수 있다. 전처리 단계들 뿐만 아니라 후속 처리 단계들 선택의 다양한 가능성들을 고려하여, 여러 시나리오들이 예상되며, 타당하고 비제한적 시나리오들 중 일부가 아래에서 논의된다.
일 시나리오에서는, 강 스트립이 우선 냉간 압연 장치를 통과하고, 이후, 일괄 어닐링 단계나 연속 어닐링 단계를 통해 어닐링 될 수 있다. 플라즈마 세정 단계는 상기 어닐링 단계 이후 수행될 수 있다. 플라즈마 세정 단계 후, 강 스트립은 HDG 장치와 같은 후속 처리 장치로 이송될 수 있으며, 플라즈마 처리된 강 스트립의 이송은 상기 후속 처리 장치까지 대기 조건에서 수행된다. 제2 시나리오에서는, 강 스트립이 코팅 사이클(coat cycle)까지 열 처리될 수 있다. 열 처리로 이어지는 플라즈마 세정 단계는, 강 스트립이 HDG 장치와 같은 후속 처리 장치로 이송될 수 있는 위치에서부터 수행될 수 있다. 플라즈마 처리된 강 스트립의 후속 처리 장치로의 이송은 대기 조건에서 수행된다. 상기 이송은 이송 장치를 통해 수행될 수 있다. 다른 시나리오에서는, 강 스트립이 우선 냉간 압연 장치를 통과한 후, 플라즈마 처리를 수행하도록 플라즈마 세정 장치로 보내질 수 있다. 플라즈마 세정 장치로부터, 강 스트립은 대기 조건에서 후속 처리 장치로 이송된다. 다른 일 실시예에서, 강 스트립은 우선 어닐링 공정에 의해 어닐링 된다. 상기 어닐링 공정은 일괄 어닐링 공정 또는 연속 어닐링 공정일 수 있다. 어닐링 된 강 스트립은 HDG 장치와 같은 추가 처리 장치로 보내질 수 있다. 상기 추가 처리장치로부터, 상기 강 스트립은 대기 조건에서 플라즈마 세정 장치로 보내져 플라즈마 처리가 수행된다. 후속 처리 장치는 강 스트립들을 도색하는 데 이용되는 도색 장치(painting unit)를 추가로 포함할 수 있다. 강 스트립의 후속 처리는 연속 인라인 용융 아연도금 장치에서 수행될 수 있다.
바람직한 일 실시에에서, 강 스트립은 고 강도 강일 수 있다. 고 강도 강은 최소 500 MPa, 바람직하게는 최소 800 MPa, 더욱 바람직하게는 최소 1000 MPa의 인장 강도를 갖는다. 상기 고강도 강은 2상, 마르텐자이트 등을 갖는 강일 수 있다. 강 스트립의 일 예는 DP800HpF 또는 DP1000이다. 이러한 특정 등급 강의 합금 원소들은 표면으로 분산되어 산화물들을 형성할 수 있다. 이 산화물들은 통상적으로 실리콘, 알루미늄 및 망간으로 구성되며, 그들의 혼합물일 수 있으며, 다른 합금 원소들을 포함할 수도 있다.
추가적 측면에서 본 발명은 위에 기술된 바와 같은 방법으로 얻어지는 강 스트립, 시트 또는 블랭크에 관한 것이며, 상기 강 스트립은 100% 미만의 표면 산화물들을 포함한다. 표면 산화물들의 낮은 농도는 100% 미만의 표면 산화물들, 바람직하게는 50% 미만의 표면 산화물들, 그리고 더욱 바람직하게는 25% 미만의 표면 산화물들의 농도이다. 표면 산화물들의 낮은 농도는, 100% 표면 산화물 범위가 사전에 환원/처리되지 않을 때인, 어닐링/환원 구역에서 비롯된다. 비환원 표면은, 표면의 모든 것이 산화물들인, 100%까지의 표면 산화물 농도를 가질 것이다. 그러나, 어닐링 또는 환원 단계 이후에는, Fe이 환원될 것이다. 그때까지도, 강 내 합금 원소들의 존재 때문에 선택적 퍼센티지의 표면 산화가 존재할 수 있다. 합금 원소들에 기인하는 이 산화물들은 환원되지 않을 것이며, 따라서, 이는 강의 유형, 합금 원소들의 농도, 그들의 표면 확산 및 어떻게 산화물 농도의 최종 퍼센티지가 표면에 존재하는가에 대한 산화 반응속도에 좌우된다.
추가적 측면에서 본 발명은 강 스트립을 코팅하는 코팅 장치에 관한 것이며, 상기 코팅 장치는 강 스트립을 플라즈마 처리하는 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치 및 상기 강 스트립을 코팅하는 후속 처리 장치를 포함한다. 상기 후속 처리 장치는 연속 용융 아연도금 장치이다. 상기 코팅 장치는 상기 강 스트립을 대기 조건에서 30분 이내에 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치로부터 후속 처리 장치로 이송하도록 구성된다. 상기 이송은 이송 장치를 통해 수행될 수 있으며, 상기 이송 장치는 대기 조건 내에 있다. 상기 이송 장치는 플라즈마 세정 장치와 후속 처리 장치 사이에 배치될 수 있다. 상기 이송 장치는 고정 장치이거나 임시 장치일 수 있으며, 상기 플라즈마 세정 장치의 제한된 근접 거리 이내에 배치될 수 있다. 따라서, 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치로부터 후속 처리 장치로 플라즈마 처리된 강 스트립의 대기 조건에서 이송이 이송 장치를 통해서 수행될 수 있다. 달리 말해서, 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치로부터 연속 용융 아연도금 장치로 플라즈마 처리된 강 스트립의 대기 조건에서 이송이 이송 장치를 통해서 수행될 수 있다. 이 이송 장치는 대기 조건에서 30분 이내에 플라즈마 처리된 강 스트립을 이송하도록 배치될 수 있다. 플라즈마 처리는 후속되는 처리 단계 직전에 인라인으로 처리하는 인-시투 플라즈마 처리일 수 있다. 그러나, 플라즈마 처리는, 다음 처리 단계로 강 스트립을 운송할 수 있는, 독립형일 수도 있다. 상기 후속 처리 장치는 용융 아연도금 장치이다. 추가 일 실시예에서, 상기 후속 처리 장치는 연속 인라인 용융 아연도금 장치이다. 본 발명은 HDG 코팅 강의 불량한 습윤성 및 미도금 영역들과 관련된 문제들을 해결하며 코팅의 전체 품질을 향상시킨다.
본 발명의 다른 실시예는 코팅 장치에 관한 것이며, 상기 코팅 장치는 어닐링 장치를 포함한다. 상기 어닐링 장치는 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치 이전 또는 이후에 추가로 배치된다. 본 발명의 또 다른 실시예는 코팅 장치에 관한 것으로, 상기 코팅 장치는 강 스트립을 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치로부터 후속 처리 장치까지 이송 장치를 통해 대기 조건에서 이송하도록 구성된다. 상기 후속 처리 장치는 도색 장치 또한 포함할 수 있다. 상기 도색 장치는 플라즈마 처리되고 코팅된 강 스트립을 도색하는 데 이용되며, 플라즈마 처리로 인해 도료의 부착이 상당히 향상된다. 본 발명의 다른 실시예는 코팅 장치에 관한 것으로, 여기서 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치가, 강 스트립 표면 근처에서 플라즈마의 밀도를 높이기 위해, 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치의 동일 측면에 위치하는 다수의 자석들을 포함한다.
본 발명의 다른 추가적인 실시예는 코팅 장치에 관한 것으로, 여기서는 진공 챔버가 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치 주위에 배치된다. 상기 진공 챔버는 Ar 이온들까지의 더 긴 평균 자유 경로(mean free path)를 가능하게 하여, 강 표면에 부딪혀 표면에 대한 에너지 충격을 극대화 하도록 한다. 본 발명의 추가적인 실시예는 코팅 장치에 관한 것으로, 상기 코팅 장치는 다수의 자석들 주위 비자성 재료의 차폐물을 포함한다. 상기 차폐물은 알루미늄 또는 구리로 만들어질 수 있다. 상기 차폐물은 회전 가능할 수 있다. 다수의 자석들 주위에 비자성 재료의 차폐물을 제공함으로써, 철 잔해들로 인한 자기장 차폐 효과가 강하게 감소된다.
본 발명의 실시예들은 더 넓은 면적의 강 표면에 걸친 플라즈마 세정 공정 수행을 가능하게 하며, 이러한 목적을 위해 추가 레이저 광의 사용과 같은 추가 설비를 필요로 하지 않는다. 게다가. 본 발명은, 공기 중과 같은 대기 조건 하에서 심지어 30분까지 플라즈마 처리된 강 표면이 활성화 된 채 남아있을 수 있게 한다. 이는, 플라즈마 처리 없이 수행된 코팅들과 비교해 HDG 코팅의 경우에서와 같은 더 나은 코팅 품질을 갖는 강 스트립들을 생산하는 방법을 제공하기 때문에 유리하다. 몇몇 경우들에서는 플라즈마 처리와, 코팅 단계와 같은, 후속 처리 단계 사이의 산화 효과를 최소화 하기 위해 보호 대기가 이용되지만, 필수적이지는 않다. 보호 대기 사용을 피하면 코팅 공정의 배치 선택에서 유연성이 증가한다.
이제 본 발명은 다음의 비제한적 도면들을 이용해 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 장치의 개략도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치의 개략적 단면을 보여준다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치의 개략적 단면을 보여준다.
도 4는 (b) 플라즈마 세정 단계 후 그리고 (a) 플라즈마 세정 단계 없이 촬영된 강 기판의 이미지를 보여준다.
도 5는 플라즈마 세정 장치 배치에 대한 상이한 시나리오들을 기술하는 개략적 묘사를 보여준다.
도 6은 노출 시간과 개선 사이 관계를 보여주는 그래프 묘사를 보여준다.
앞서 설명한 바와 같이, 강 스트립(5)에 코팅 또는 도색을 적용시키기 전에, 양호한 재료 부착성을 얻기 위해 강 표면은 완전히 세정되고 탈산화되고 활성화되어야 한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치인 플라즈마 스퍼터 장치를 이용하는 방법이 제공된다. 장치와 강 스트립 간의 인가 전압 차에 의해 (부분적으로) 이온화된 아르곤(Ar) 가스가 이 장치에 공급된다. Ar 이온들은 상기 강 스트립의 표면에 부딪혀 오염 물질들, 산화물들 및 표면 강화제들을 제거하며 동시에 표면을 활성화 시킨다. 이후, 어닐링 단계 및/또는 용융 아연도금 단계와 같은 코팅 또는 도색을 적용하는 단계와 같은 후속 처리 단계가 효율적인 방식으로 세정된 및/또는 활성화된 강 표면에 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1) 또는 플라즈마 세정 기기(1)를 포함하는 코팅 장치(30)를 보여준다. 강 스트립(5)이 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1)의 양측에 배치되는 진공 잠금장치들(31)을 통해 우선 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1)를 통과한다. 진공 펌프(32)가 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1)에 연결되어 그 압력을 감소시킨다. 상기 강 스트립(5)은 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1)에서 플라즈마 세정되고, 대기 조건(33)을 통해 후속 처리 장치(35)로 이송된다. 상기 코팅 장치(30)는 상기 강 스트립을 대기 조건에서 30분 이내에 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1)로부터 상기 후속 처리 장치(35)로 이송하도록 구성된다. 본 실시예에서 상기 후속 처리 장치(35)는 HDG 장치이다. 선택적으로, 상기 강 스트립이 후속 처리 장치(35)로 진입하기 전에, 전자기 브레이크들(electromagnetic brakes)(34)이 상기 강 스트립에 적용될 수 있다. 용융 아연도금 된 상기 강 스트립(5)은 용융 아연도금 단계를 수행한 이후 후속 처리 장치(35) 밖으로 나오게 된다. 상기 코팅 장치(3)는 상기 강 스트립(5)을 대기 조건에서 이송 장치를 통해 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1)로부터 상기 후속 처리 장치(35)로 이송하도록 구성된다.
도 2에는, Ar 가스가 플라즈마로 이온화되는 이온화 챔버(2)를 포함하는 마그네트론 스퍼터 장치(1) 또는 플라즈마 세정 기기(1)가 도시된다. 상기 이온화 챔버(2)는, 강 스트립(5)이 이온화 챔버(2) 위로 유도되는 측에 개구부(4)를 갖는 컨테이너(3)를 포함한다. 강 시트(5)는 롤들(6)에 의해 지지되며, 이 롤들은 강 스트립을 상기 플라즈마 세정 장치(1) 위로 운송하는 운송 롤들로도 사용될 수 있다. 상기 이온화 챔버(2)의 컨테이너(3)는 차폐 컨테이너(7) 안에 위치하며, 상기 차폐 컨테이너는, 예를 들어, 도면에 도시되지 않은 도전성 간격 수단들에 의해, 상기 컨테이너(3)로부터 좀 떨어져 있으며 접촉되지 않는다. 상기 차폐 컨테이너(7)는 접지되는 데 반해, 상기 이온화 챔버(2)의 컨테이너(3)는 이온화 챔버(2) 내 이온화 및 플라즈마 형성을 위해 상기 강 스트립(5)에 대해 일정 전압을 유지한다. 상기 전압은, 상기 차폐 컨테이너(7)를 통해 절연되도록 유도되고 상기 컨테이너(3)에 연결되는, 전기 연결부(9)에 의해 컨테이너(3)로 인가된다.
상기 이온화 챔버(2) 내부에는, 다수의 영구 자석들(10)이 하나 이상의 열로 제공된다. 도 2의 예에서, 상기 자석들(10)은 비자성 재료로 만들어진 중공 차폐물(hollow shielding)(11) 내부에 있으며, 상기 차폐물은 컨테이너(7) 외부까지 연장되는 중공 피벗 축(hollow pivot axis)(12)을 보유하며 상기 이온화 챔버(2)의 컨테이너(3)로부터 절연된다. 상기 피벗 축(12)은 상기 컨테이너들(3, 7)의 외부로부터 상기 중공 차폐물(11)이 회전될 수 있게 한다. 상기 자석들(10)은 별개의 튜브(13) 내부에 장착되며, 상기 튜브(13)는 유입 및 배출 라인들(14, 15)을 보유한다. 상기 유입 및 배출 라인들은 상기 피벗 축(12)과 동축이며 피벗 축 외부까지 연장되어 냉각 매체 시스템까지 연결된다. 이러한 구성으로 인해, 상기 자석들(10)과 세정될 기판 사이에서 상기 차폐물(11)이 그 위의 잔해 양에 따라 회전될 때, 상기 자석들(10)이 위치를 유지할 수 있다. 상기 차폐물(11) 내 자석들(10)의 방향에 따라, 즉, 상기 차폐물(11)의 회전이 자기장의 방향에 차이를 만드는지 여부에 따라, 상기 차폐물(11)은 영구 자석들(10)을 위치에 고정시키는 데 이용될 수 있으며 냉각 튜브로 이용될 수 있다. 여기서, 상기 중공 피벗 축(12)은 영구 자석들(10)을 냉각시키는 냉각액 공급 시스템에 연결된다. 상기 차폐 컨테이너(7)는 상기 이온화 챔버(2) 컨테이너(3)의 개구부(4)와 맞춰진 개구부(19)를 보유한다.
아르곤 가스 또는 아르곤계 가스를 위한 공급 라인(16)이 제공되며, 공급 라인은, 이온화 챔버(2)의 적어도 일부에 걸쳐 뻗어있고 이온화 챔버(2) 전체에 Ar 가스를 분포시키는 다수의 노즐들(23)을 보유하는, 이온화 챔버(2) 내부 가스 튜브(22)에 연결된다. 상기 공급 라인(16)은 차폐 컨테이너(7) 및 컨테이너(3)로부터 절연된다. 상기 가스 튜브(22)는 상기 차폐물(11)에 평행하게 또는 대략 평행하게 배치되며, 그 결과, 가스가 세정될 기판(5)의 방향으로 차폐물(11) 주위로 흐른다. 외부 차폐 컨테이너(7)에는, Ar 가스가 플라즈마 세정에 의해 강 시트(5)로부터 제거된 잔해를 싣고 이온화 챔버(2)로부터 흘러나가도록, 유출 개구부들(17)이 제공된다. 상기 유출 개구부들(17)은 슬릿(slit) 또는 그리드(grid) 형태이며, 컨테이너(7) 둘레의 적어도 일부를 따라, 그리고 통상적으로, 컨테이너(7)의 거의 모든 또는 심지어 모든 측면들을 따라 세정될 기판(5) 가까이에 및/또는 인접하여 제공된다. 도면에 도시된 상기 유출 개구부들(17) 슬린 형태이며, 상기 슬릿들은, 차폐 컨테이너(7)의 측면들에 일정 각도를 이루며 그리고 세정될 기판(5)에 평행하게 또는 대략 평행하게, 작동된다. 상기 슬릿들은 차폐 컨테이너(7)에 의해 지지되는 재료의 평행한 스트립들(18), 예를 들어 강 스트립들에 의해 획정된다. 상기 차폐 컨테이너는 접지되며, 만약 도전성 재료로 만들어졌다면, 상기 평행 스트립들(18) 또한 접지된다. 도면에 도시된 실시예에서, 상기 기판(5)은 최종의 가장 외부 스트립(18)에 매우 가까우며, 이와 더불어, 슬릿 형태의 유출 개구부가 상기 최종 스트립(18)과 상기 기판(5) 사이에 획정된다. 상기 스트립들(18)이 기판(5)처럼 접지되거나 비도전성이므로, 상기 최종 스트립은 강 시트(5)와 같은 기판(5)의 지지체 역할도 할 수 있다. 그러나, 강 스트립(5)의 경우에, 바람직한 선택 사항은 롤들(6)을 이용하고 상기 강 스트립(5)과 상기 유출 개구부들(17)의 최종 스트립(18) 사이에 일정 거리를 유지하는 것이다. 이를 위해, 상기 마그네트론 스퍼터 장치(1)는 거리 제어 시스템(20)을 보유하여, 상기 장치(1)를 상기 강 스트립(5)을 향해, 그리고 상기 강 스트립(5)으로부터 이동시켜 상기 장치가 상기 강 스트립(5)으로부터 일정 거리를 유지하도록 한다.
작동 시, 양이온들이 컨테이너(3)와 접지된 기판 사이 전압차로 인해 세정될 상기 강 기판(5)을 향해 가속된다. 강 표면 근처 플라즈마(21)의 밀도를 증가시키기 위해, 상기 자석들(10)이 전자들을 포획하는 데 이용되어 그들의 이온화 효율을 증가시킨다. 자석(10) 열은 상기 이온화 챔버(2) 내부의 세정될 강 시트(5) 측인 강 시트의 앞측에 위치한다. 이는, 강 시트(5)의 두께가 스퍼터링 공정에 영향을 미치지 않는다는 중요한 장점을 갖는다. 반대로, 자석들(10)을 상기 강 시트(5)의 다른 측면에 위치시키면, 강자성 강이 자기장 일부를 단락시켜, 특히 더 두꺼운 기판들에 대한 효율을 감소시킬 것이다. 하지만, 강 시트(5)의 앞측에서는, 상기 자석들(10)은 상기 강 시트(5)의 앞측에서 제거된 표면 물질들로 오염될 것이다.
오염 문제는 개별적으로 또는 결합하여 사용되어 상기 플라즈마 스퍼터 장치(1)의 작동 시간을 향상시키는 두 가지 특징들을 제공함으로써 해결되거나 감소된다. 코팅 공정 이전에 플라즈마 전처리를 수행하면, 표면 물질이 제거되고, 이어서, 상기 이온화 챔버(2) 내부에 재침전될 것이다. 이는 자기장을 낮춰서 상기 강 시트(5) 표면 처리에 있어서 단락 효과들, 오염 문제들 및 효율 감소를 야기한다. 플라즈마를 위한 Ar 공급 유량을 이용하고 최적화하면, 제거된 표면 물질이 대부분은 스퍼터 장치(1) 밖으로 유도될 수 있다. 이는 잔해의 증가를 상당히 방지한다.
하나 이상의 자석(10) 열들은 상기 강 시트(5) 표면 근처에서 플라즈마(21)의 밀도를 높이는 데 이용된다. 제거되고 재침전된 표면 물질(Fe)은 부분적으로 또는 전체적으로 자석들(10)의 상부에 도달하여 자기장 감소를 초래하고, 이로 인해 플라즈마 스퍼터링 효과가 감소한다. 상기 자석들(10) 주위에 비장성 물질, 예를 들어 알루미늄 또는 구리로 된 회전 가능한 차폐물(11)을 제공하면, 철 잔해로 인한 자기장 차폐 효과가 매우 감소된다.
세 번째 특징은 상기 자석들(10)을 냉각시키도록 제공되는 냉각 시스템이다. 상기 자석들(10)은 스퍼터링에 따라 뜨거워지는 상기 강 스트립(5)과 가깝기 때문에, 상기 자석들(10)은 그들의 자기적 특성들을 유지하기 위해서 냉각되어야 한다. 상기 자석들(10)은 높은 양전압 하에 있는(강 스트립은 접지됨) 이온화 챔버(2) 및 컨테이너(3) 내부에 있기 때문에, 상기 냉각 시스템은 컨테이너(3)로부터 전기적으로 절연된다.
플라즈마 표면 전처리는 공급 라인(16) 및 가스 튜브(22)를 통해 이온화 챔버(2) 내부로 공급되는 Ar계 가스로 구성된다. 이온화 챔버(2)의 컨테이너(3)와 강 스트립(5) 사이 전압차(내부 단위 300-3000V)는, 이후 전압차로 인해 (접지된) 강 표면에 부딪히는, Ar 이온들을 발생시킨다. 사용되는 Ar 가스 유량 및 전력은 강 표면의 요구되는 스퍼터링 속도에 따라 조절된다. 이를 위해, 이온화 챔버(2) 내에서 가스 튜브(22)의 위치가 조절 가능하다. 즉, 공급 라인(16) 및 이와 함께 가스 튜브(22)가 이동되어 자석들(10) 및 차폐물(11)에 대한 가스 튜브(22), 노즐들(23)의 거리가 변경될 수 있다. 통상적으로, 사용되는 Ar 유량은 35cm×21cm×12cm의 치수를 갖는 스퍼터 장치의 경우 60-650 sccm 범위이다. 전력 공급은 30 내지 250kHz 사이의 통상적 주파수를 갖는 DC 또는 펄스 DC이다. 이는, 통상적으로 10-4 내지 10-2 mbar 사이의 진공 챔버 내 진공 배경 압력으로 이어진다. 통상적으로, DC는 전도성 표면들용으로 이용되는 반면, RF(radio frequency, 무선 주파수) 전력 공급원들은 비전도성 표면들용으로 이용된다. 스퍼터 장치 내부 압력은 통상적으로 약 10-10-2 mbar이다. PVD 코팅들의 경우 양호한 접착력을 얻기 위한 플라즈마 처리의 요구되는 스퍼터 에너지 밀도는 그 범위가 90 kJ/m2(연강 0.2mm + IR 가열)로부터, 100-200 kJ/m2(연강 0.2mm - 플라즈마만), DP800/CP800 강(0.2mm)의 경우 400 kJ/m2, DP800HpF(1.1mm) 및 DP1000(1.8mm)의 경우 1008 kJ/m2, 고규소 강(0.2mm)의 경우 1400 kJ/m2, M1400(2mm)의 경우 1800 kJ/m2, DP800 강들 중 일정 유형들의 경우 2400 kJ/m2까지 이른다.
이 모든 치수들은, 플라즈마 세정 기기(1)가 오랫동안 잔해로부터 충분히 깨끗하게 유지되면서도, 후속 처리 전 표면 물질을 제거하고 강 표면을 활성화시키기 위한 것이다. 이것은 양호한 코팅 부착성들을 얻기 위한 주요 단계이다. 잘 규정된 Ar가 스퍼터 장치로 유입되게 하면, 제거된 표면 물질은 상기 스퍼터 장치의 중요한 위치들에서 벗어나도록 강제되거나/유도될 수 있다.
이온화 챔버(2) 내부에 자석(10) 열들을 갖는 플라즈마 세정 기기(1)는 기판(5)의 다른 측면 그리고 제1 세정 기기(1)의 반대측에 제2 세정 기기(1)를 가질 수 있다. 이러한 구성을 통해, 기판(5)의 양 측면이 동시에 플라즈마 세정될 수 있다. 게다가, 상기 기판(5)의 양 측면을 동시에 세정하기 위한 이러한 구성을 통해서, 상대적으로 작은 크기의 플라즈마 세정 시설이 구현될 수 있다. 도 3은 세정될 기판(5)의 반대 측면들에 위치하는 제1 플라즈마 세정 기기(1)와 제2 플라즈마 세정 기기(1')를 포함하는 플라즈마 세정 기기(1100)의 개략적 단면도를 보여준다. 이온화 챔버(2) 내부에 자석들(10)로, 제1 플라즈마 세정 기기(1) 및 제2 플라즈마 세정 기기(1')는 상기 기판(5)이 정반대 측면들에서 동시에 플라즈마 세정될 수 있다는 이점을 갖는다. 컨테이너(3) 및 차폐 컨테이너(7)는 조정되어 자석(10) 열들의 차폐물(11)로부터 떨어지는 잔해를 수용하는 용기를 형성한다. 제1 플라즈마 세정 기기(1) 및 제2 플라즈마 세정 기기(1')의 모든 다른 부품들은, 적절한 경우, 도 2 참조 번호들과 동일한 번호들을 갖는다.
예시적 일 실시예에서는, 플라즈마 처리가 0.05m2의 강 표면에 대해 200W에서 8분 동안 수행된다. 본 예시에서, 진공 챔버를 열고 샘플들을 포장하는 데 걸린 시간은 공기 중에서 2-3분이다. Ar 보호 대기 하에서, HDAS(HDG) 코팅기인, 후속 처리 장치로 샘플을 이송하는 시간은 10분이다. 상기 샘플을 HDAS로 삽입하기 위한 준비 시간은 공기 중에서 5분이다. 플라즈마 처리 이후, 모두 합쳐 강 표면은 후속 처리 장치로 삽입되기 전에 대기 조건에서 18분 동안 있었다. 이 경우에도 용융 아연도금은 강 표면에 대해 양호한 접착 특성들을 보였다.
도 4는 이미지 (a) 및 이미지 (b)를 포함하는 이미지를 보여준다. 이미지 (a)는 플라즈마 세정 단계를 수행하지 않고 코팅이 수행된, HDG 코팅된 DP800HpF 강 기판(50)을 보여준다. 이미지 (b)는 플라즈마 세정 단계 후 코팅이 수행된 동일한 강 기판(60)을 보여준다. 이미지 (b)의 아연 도금은 이미지 (a)의 플라즈마 처리되지 않은 표면과 비교할 때 훨씬 균일하다. 플라즈마 비처리 아연 도금 강 기판(50)은 넓은 부분들의 비코팅 재질들을 보여준다. 본 단계에 이용된 예시적 플라즈마 처리 설정은 총 처리 표면 면적이 0.05m2이고, 200와트의 전력과 8분의 스퍼터링 시간을 가지며, 아르곤계 플라즈마를 이용하는 것을 포함한다. 상기 실험의 설정은 1×10-4 mbar의 챔버 압력을 갖는 금속 스트립 코팅 장치를 사용한다. 명확히 보이는 바와 같이, HDG 코팅 단계 이전에 플라즈마 세정 단계를 도입하면 더 나은 접착 특성들을 제공하여, 더 나은 코팅을 제공한다.
도 5는 통상적 유동 라인에서 플라즈마 세정 장치(1) 배치에 대한 상이한 시나리오들을 보여주는 개략적 묘사를 보여준다. 선처리 단계들 및 후속 처리 단계들의 다양한 가능성들을 고려하여, 여러 시나리오들이 예상된다. 아래 제공된 바와 같이 다양한 단계들이 설명될 수 있다.
도 5의 예시 1에서는, 강 스트립(5)이 우선 냉간 압연 장치(70)를 통과하고, 이후, 어닐링 장치로 보내진다. 상기 어닐링 장치는 일괄 어닐링 장치(80)이다. 플라즈마 세정 단계는 상기 일괄 어닐링 단계 이후 이어지는 마그네트론 스퍼터 장치(90)에서 수행되며, 여기서 상기 강 스트립(5)은 후속 처리 장치로 이송된다. 상기 후속 처리 장치는 HDG 장치(100)이다. 상기 HDG 장치(100)로의 플라즈마 처리된 강스트립의 이송은 대기 조건에서 수행된다.
도 5의 예시 2에서는, 강 스트립(5)이 우선 냉간 압연 장치(70)를 통과하고, 이후, 어닐링 장치로 보내진다. 상기 어닐링 장치는 연속 어닐링 장치(110)이다. 플라즈마 세정 단계는 상기 어닐링 단계 이후 이어지는 마그네트론 스퍼터 장치(90)에서 수행되며, 여기서 상기 강 스트립(5)은 후속 처리 장치로 이송된다. 상기 후속 처리 장치는 HDG 장치(100)이다. 상기 HDG 장치(100)로의 플라즈마 처리된 강스트립의 이송은 대기 조건에서 수행된다.
도 5의 예시 3에서는, 강 스트립(5)이 열 처리 장치(120)에서 코팅 사이클까지 열 처리된다. 상기 열 처리로 이어지는, 플라즈마 세정 단계가 수행된다. 상기 플라즈마 세정 단계는 마그네트론 스퍼터 장치(90)에서 수행되며, 여기서 상기 강 스트립(5)은 후속 처리 장치로 이송된다. 상기 후속 처리 장치는 HDG 장치(100)이다. 상기 HDG 장치(100)로의 플라즈마 처리된 강스트립의 이송은 대기 조건에서 수행된다.
도 5의 예시 4에서는, 강 스트립(5)이 우선 냉간 압연 장치(70)를 통과한다. 플라즈마 세정 단계는 냉간 압연 단계 이후 이어지는 마그네트론 스퍼터 장치(90)에서 수행된다. 플라즈마 세정 이후, 상기 강 스트립(5)은 후속 처리 장치로 이송된다. 상기 후속 처리 장치는 연속 어닐링 장치(110)이며, 상기 강 스트립(5)은 상기 연속 어닐링 장치로부터 HDG 장치(100)로 이송된다. 플라즈마 처리된 강스트립의 상기 마그네트론 스퍼터 장치(90)으로부터 상기 연속 어닐링 장치(110)로의 이송은 대기 조건에서 수행된다.
도 5의 예시 5에서는, 강 스트립(5)이 우선 냉간 압연 장치(70)를 통과한다. 플라즈마 세정 단계는 냉간 압연 단계 이후 이어지는 마그네트론 스퍼터 장치(90)에서 수행된다. 플라즈마 세정 이후, 상기 강 스트립(5)은 후속 처리 장치로 이송된다. 상기 후속 처리 장치는 일괄 어닐링 장치(80)이며, 상기 강 스트립(5)은 상기 일괄 어닐링 장치로부터 HDG 장치(100)로 이송된다. 플라즈마 처리된 강스트립의 상기 마그네트론 스퍼터 장치(90)으로부터 상기 일괄 어닐링 장치(80)로의 이송은 대기 조건에서 수행된다.
도 5의 예시 6에서는, 강 스트립(5)이 우선 어닐링 장치에서 어닐링된다. 상기 어닐링 장치는 연속 어닐링 장치(110)이다. 연속 어닐링 된 강 스트립(5)은 HDG 장치(100)와 같은 처리 장치로 보내진다. 용융 아연 도금으로 이어지는, 상기 강 스트립의 플라즈마 처리는 상기 강 스트립을 마그네트론 스퍼터 장치(90)로 보냄으로써 수행된다. 상기 마그네트론 스퍼터 장치(90)로부터, 상기 강 스트립(5)은 대기 조건에서 후속 처리 장치로 이송된다. 상기 후속 처리 장치는 상기 강 스트립(5)을 도색하는 데 이용되는 도색 장치(130)이다.
도 5의 예시 7에서는, 강 스트립(5)이 우선 어닐링 장치에 의해 어닐링 된다. 상기 어닐링 장치는 일괄 어닐링 장치(80)이다. 일괄 어닐링 된 강 스트립(5)은 이후 HDG 장치(100)와 같은 후속 처리 장치로 보내진다. 용융 아연 도금으로 이어지는, 플라즈마 처리는 상기 강 스트립을 마그네트론 스퍼터 장치(90)으로 보냄으로써 수행된다. 상기 마그네트론 스퍼터 장치(90)로부터, 상기 강 스트립(5)은 대기 조건에서 후속 처리 장치로 이송된다. 상기 후속 처리 장치는 상기 강 스트립(5)을 도색하는 데 이용되는 도색 장치(130)이다.
결함들을 유효하게 감소시키기 위한 예시적 일 실험에서, 샘플은 ~200 kJ/m2의 강도로 앞면이 스퍼터링 된다. 표면 재산화 및 비활성화를 위한 시간인 숙성 시간을 200 kJ/m2의 강도로 기판을 플라즈마 처리를 통해 연구하였고, 이후, HDG 공정을 통해 코팅하기 전 샘플들을 상이한 시간 간격 동안 환경(22.8℃ 및 49%의 RH)에 노출시켰다. 도 6에 나타난 바와 같이, 0 내지 30분 사이 노출 시간 동안, 후면과 비교할 때, 감소하는 선형 추세(R2 = 0.9344)를 따라 개선됨이 확인되었다. 여기서, 후면은 상기 샘플의 스퍼터링 되지 않은 측면이다. 이런 식으로, 상기 후면은 상기 샘플의 스퍼터링 된 앞면에 대한 기준 역할을 하며, 따라서, 결함 퍼센티지 차이가 플라즈마 스퍼터 처리에 의해 유발되는 개선으로 여겨질 수 있다. Y 축에서의 데이터 포인트(data point) 100은 측정된 데이터 포인트가 아니라, 노출 없이 달성 가능한 개선인 이론상의 최고치이며 적합성을 위해서만 이용된다.
본 발명이 도면에 나타난 바와 같은 다수의 예시적 실시예들을 참조로 기술되었다. 본 발명에 의해 기술된 상기 실시예들은 위에 제공된 예시들에 제한되지 않는다. 일부 부분들 또는 요소들의 수정들 및 대체적 시행들이 가능하며, 이들은 첨부된 청구항들에서 규정되는 바와 같은 보호 범위 내에 포함된다.

Claims (15)

  1. 강 스트립의 표면을 처리하기 위한 방법으로서,
    상기 방법은:
    강 스트립(5)을 제공하는 단계;
    마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1)로 상기 강 스트립을 플라즈마 처리하는 단계;
    상기 플라즈마 처리된 강 스트립을 대기 조건에서 30분 이내에 후속 처리 장치(35)로 이송하는 단계; 및
    상기 플라즈마 처리 후 상기 강 스트립을 후속 처리하는 단계를 포함하고,
    여기서 상기 후속 처리 장치(35)는 연속 용융 아연도금 장치인, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1)에 의한 상기 강 스트립의 플라즈마 처리는 보호 대기에서 수행되는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 강 스트립 표면 근처에서 플라즈마의 밀도를 높이기 위해, 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1)는 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1)의 동일한 측면에 위치한 다수의 자석을 포함하는, 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 방법은 상기 다수의 자석을 냉각하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 항에 있어서,
    플라즈마 처리된 강 스트립을 이송하는 상기 단계는 대기 조건에서 20분 이내, 바람직하게는 10분 이내에 수행되는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 항에 있어서,
    플라즈마 처리된 강 스트립을 이송하는 상기 단계는 환원 대기에서 수행되는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 항에 있어서,
    상기 강 스트립이 상기 플라즈마 처리 이전에 전처리되는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 항에 있어서,
    상기 강 스트립의 후속 처리가 연속 인라인 용융 아연도금 장치에서 수행되는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 항에 있어서,
    상기 강 스트립은 고강도 강인, 방법.
  10. 강 스트립(5)을 코팅하기 위한 코팅 장치(30)로서,
    상기 코팅 장치(30)는:
    강 스트립(5)을 플라즈마 처리하는 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1)와,
    상기 강 스트립(5)을 코팅하는 후속 처리 장치(35)를 포함하며,
    여기서 상기 후속 처리 장치(35)는 연속 용융 아연도금 장치이고,
    상기 코팅 장치(30)는 상기 강 스트립(5)을 대기 조건에서 30분 이내에 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1)로부터 상기 후속 처리 장치(35)로 이송하도록 구성되는, 코팅 장치(30).
  11. 제10항에 있어서,
    상기 후속 처리 장치(35)는 연속 인라인 용융 아연도금 장치인, 코팅 장치(30).
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 코팅 장치(30)는 어닐링 장치를 더 포함하며,
    상기 어닐링 장치는 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1) 이전 또는 이후에 추가로 배치되는, 코팅 장치(30).
  13. 제10항 내지 제12항에 있어서,
    상기 코팅 장치(30)는 대기 조건에서 상기 강 스트립(5)을 이송 장치를 통해 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1)로부터 상기 후속 처리 장치(35)까지 이송하도록 구성되는, 코팅 장치(30).
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 항에 있어서,
    상기 강 스트립 표면 근처에서 플라즈마의 밀도를 높이기 위해, 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1)는 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1)의 동일 측면에 위치한 다수의 자석을 포함하는, 코팅 장치(30).
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 항에 있어서,
    진공 챔버가 상기 마그네트론 플라즈마 스퍼터 장치(1) 주위에 배치되는, 코팅 장치(30).
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