RU2142519C1 - Installation for treating belts and foils - Google Patents
Installation for treating belts and foils Download PDFInfo
- Publication number
- RU2142519C1 RU2142519C1 RU98114461A RU98114461A RU2142519C1 RU 2142519 C1 RU2142519 C1 RU 2142519C1 RU 98114461 A RU98114461 A RU 98114461A RU 98114461 A RU98114461 A RU 98114461A RU 2142519 C1 RU2142519 C1 RU 2142519C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- foil
- plasma
- tape
- sources
- vacuum chamber
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Cleaning In General (AREA)
- Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемая установка относится к металлургии, в частности к устройствам для обработки лент и фольги различных типов. The proposed installation relates to metallurgy, in particular to devices for processing tapes and foils of various types.
Известны устройства для обработки фольги (авт. свид. СССР N 351.930, C 23 C 14/16, 1972; N 817.099. C 25 D 1/08, 1979; N 1.036.811, N 1.723.202, C 25 D 1/04, 1989; N 1.810.396, C 25 D 1/04, 1991; патент ФРГ N 4.007.727, B 21 B 45/04, 1990; патент Великобритании N 1.537.243, C 25 D 1/04, 1978; патент Франции N 2.664.510, B 21 B 37/08, 1992; патент США N 5.036.689, B 21 B 45/04, 1991; патент Японии N 58-122.112, B 21 B 43/06, 1983; Ярошинский И.С. и др. Метод отделения анодной пленки от поверхности алюминиевого сплава. Физико-химическая механика материалов. - М.; 1972, т. 8, N 2, c 112-114; Черняк С. Н. , Карасевич В.И., Коваленко П.А. Производство фольги. Под ред. Маленок Ф.Т. - М., 1968 и др.). Known devices for processing foil (ed. Certificate of the USSR N 351.930, C 23
Из известных устройств для обработки фольги наиболее близким к предлагаемому является "Схема дрессировки и зачистки лент и фольги" (Черняк С.Н., Карасевич В. И., Коваленко П.А. Производство фольги. Под ред. Маленок Ф.Т., М., 1968, с. 330, рис. 133), которая и выбрана в качестве прототипа. Of the known devices for processing foil, the closest to the proposed one is the "Scheme of training and stripping of tapes and foil" (Chernyak S.N., Karasevich V.I., Kovalenko P.A. Foil production. Edited by Malenok F.T., M., 1968, S. 330, Fig. 133), which is selected as a prototype.
Указанная схема обеспечивает зачистку одной или обеих поверхностей фольги с помощью металлических щеток. При зачистке снимается окисная пленка алюминия, оставшиеся следы невыгоревшей смазки и мелкие поверхностные дефекты, возникшие в процессе обработки фольги. This scheme provides for the cleaning of one or both surfaces of the foil using metal brushes. During cleaning, the aluminum oxide film is removed, the remaining traces of unburned grease and small surface defects that arose during the processing of the foil.
Однако известная схема характеризуется низкими производительностью, экономичностью и качеством очистки поверхности фольги от технологической смазки. Кроме того, она не обеспечивает стерилизации от возможно находящихся на поверхности фольги микроорганизмов и не позволяет наносить на нее декоративные и технологические покрытия. However, the known scheme is characterized by low productivity, economy and quality of cleaning the surface of the foil from technological lubricant. In addition, it does not provide sterilization from microorganisms possibly located on the surface of the foil and does not allow to apply decorative and technological coatings to it.
Цель изобретения - повышение производительности, экономичности и качества обработки поверхности лент и фольги, а также расширение функциональных возможностей за счет стерилизации от возможно находящихся на поверхности лент или фольги микроорганизмов и нанесения на нее ионноплазменных покрытий. The purpose of the invention is to increase the productivity, economy and quality of surface treatment of tapes and foils, as well as expanding the functionality due to sterilization from microorganisms possibly located on the surface of tapes or foil and applying ion-plasma coatings on it.
Поставленная цель достигается тем, что установка для обработки лент и фольги, содержащая расположенные по ходу технологического процесса разматыватель, неподвижные и подвижные натяжные ролики и наматыватель, снабжена вакуумной камерой, состоящей из корпуса и крышки, источниками ионов, электронов или плазмы, источниками напряжения, механизмом протяжки, системой вакуумирования, системой подачи газа и пультом управления, причем расположенные по ходу технологического процесса разматыватель, неподвижные и подвижные натяжные ролики и наматыватель размещены в вакуумной камере с возможностью перемотки ленты и фольги в потоках зараженных частиц или плазмы источников заряженных частиц или плазменных источников, источники ионов, электронов или плазмы, корпус и крышка вакуумной камеры подключены к источникам электрического напряжения. This goal is achieved in that the installation for processing tapes and foils, containing located along the process unwinder, fixed and movable tension rollers and winder, is equipped with a vacuum chamber consisting of a housing and a cover, ion, electron or plasma sources, voltage sources, a mechanism broaches, a vacuum system, a gas supply system and a control panel, wherein the unwinder, stationary and movable tension rollers and a boom located along the process The launcher is placed in a vacuum chamber with the ability to rewind the tape and foil in streams of infected particles or plasma from sources of charged particles or plasma sources, sources of ions, electrons or plasma, the housing and cover of the vacuum chamber are connected to voltage sources.
Схема обработки лент и фольги в предлагаемой установке изображена на фиг. 1 (вид сбоку). Структурная схема установки представлена на фиг. 2. The processing scheme of tapes and foils in the proposed installation is shown in FIG. 1 (side view). The block diagram of the installation is shown in FIG. 2.
Установка для обработки лент и фольги содержит расположенные по ходу технологического процесса разматыватель 1, обрабатываемую ленту или фольгу 2, неподвижные натяжные ролики 3, подвижные натяжные ролики 4, прижимной ролик 9 и наматыватель 5, размещенные в вакуумной камере, состоящей из корпуса 6 и крышки 10, технологические люки 7, источники ионов, электронов или плазмы 8, 11 и 12, источники напряжения 13, систему вакуумирования 14, систему подачи газа 15, механизм протяжки 16 и пульт управления 17. The installation for processing tapes and foils comprises an unwinder 1 located in the process, a processed tape or foil 2, fixed tension rollers 3, movable tension rollers 4, a pressure roller 9 and a winder 5 placed in a vacuum chamber consisting of a
В процессе перемотки ленты или фольги производится ее плазменная обработка. Сущность обработки ленты или фольги состоит в ее очистке от технологической смазки, стерилизации от возможно находящихся на поверхности микроорганизмов и нанесения ионно-плазменных декоративных и технологических покрытий. Эти покрытия состоят из чистых металлов или их соединений (карбидов, нитридов, оксидов или их смесей). In the process of rewinding a tape or foil, it is plasma processed. The essence of processing a tape or foil is to clean it from technological lubricant, sterilize it from microorganisms that may be on the surface, and apply ion-plasma decorative and technological coatings. These coatings consist of pure metals or their compounds (carbides, nitrides, oxides or mixtures thereof).
Установка для обработки лент и фольги работает следующим образом. Разматыватель 1 с обрабатываемой фольгой 2 помещается в вакуумную камеру, фольга заправляется между неподвижными 3 и подвижными 4 натяжными роликами, прижимается роликом 9 к наматывателю 5 и закрепляется на нем. Откачка воздуха из вакуумной камеры осуществляется системой вакуумирования 14. Для очистки ленты или фольги от технологической смазки используются источники напряжений 13, с помощью которых заряженные частицы плазмы ( ⊖ электроны и ⊕ ионы) ускоряются под действием приложенного электрического поля от источников напряжений 13 и соударяются с поверхностью ленты или фольги, перемотка которой осуществляется одновременно с работой источников заряженных частиц или плазменных источников 11 и 12 в глубоком вакууме (10-3...10-5 мм рт.ст.). Под действием ускоряющего напряжения 1000.1500 вольт происходит очистка фольги. В зависимости от полярности потенциала на ленте или фольге очистка происходит с помощью бомбардирующих ионов или ускоренных электронов.Installation for processing tapes and foil works as follows. The unwinder 1 with the processed foil 2 is placed in a vacuum chamber, the foil is tucked between the stationary 3 and the movable 4 tension rollers, pressed by the roller 9 to the winder 5 and fixed on it. The air is evacuated from the vacuum chamber by a
Если на ленту или фольгу 2 подан положительный потенциал от источника напряжения 13, то на ленту или фольгу ускоряется электронная компонента плазмы, которая передает поверхности ленты или фольги приобретенную в ускоряющем поле энергию. При этом плотность передаваемой потоком электронов кинетической и потенциальной энергии равна:
qe= eneve+jeφe, (1)
где qe - тепловой поток, переносимый электронами на поверхность фольги;
ne - концентрация термоэлектронов в потоке;
e - заряд электронов;
ve - скорость электронов;
je - плотность тока электронов;
φe - работа выхода электронов поверхности фольги (4,25 эВ).If a positive potential is applied to the tape or foil 2 from the
q e = en e v e + j e φ e , (1)
where q e is the heat flux transferred by the electrons to the surface of the foil;
n e is the concentration of thermoelectrons in the flow;
e is the charge of electrons;
v e is the electron velocity;
j e is the electron current density;
φ e is the electron work function of the foil surface (4.25 eV).
Из (1) видно, что плотность энергии, передаваемой электронами в ленту или фольгу, зависит от концентрации электронов и величины ускоряющего поля (оно определяет скорость Ve электронов). В случае использования в качестве источников электронов термокатодов, концентрация термоэлектронов определяется плотностью тока термоэмиссии из прямонакального катода и определяется уравнением Ричардсона-Дешмана:
где A - константа;
Tk - температура катода (вольфрам);
φe - работа выхода электронов вольфрамового катода (4,52 эВ);
Из (2) видно, что плотность электронного тока зависит от работы выхода электронов поверхности и температуры катода, а следовательно, не могут быть регулируемыми в широких пределах. Поэтому основным механизмом управления температурой ленты или фольги является управление величиной тянущего поля. Иными словами, регулируя напряжение на выходе источника напряжения 13 можно плавно и в широких пределах задавать температуру поверхности фольги. Такая регулировка температуры поверхности ленты или фольги малоинерционна и очень просто поддается управлению от микропроцессора.From (1) it is seen that the density of energy transmitted by electrons to a tape or foil depends on the concentration of electrons and the magnitude of the accelerating field (it determines the speed V e of the electrons). If thermocathodes are used as electron sources, the concentration of thermoelectrons is determined by the current density of thermionic emission from the direct-heating cathode and is determined by the Richardson-Deshman equation:
where A is a constant;
T k is the cathode temperature (tungsten);
φ e is the electron work function of the tungsten cathode (4.52 eV);
From (2) it is seen that the electron current density depends on the work function of the surface electrons and the cathode temperature, and therefore, cannot be controlled over a wide range. Therefore, the main mechanism for controlling the temperature of the tape or foil is to control the magnitude of the pulling field. In other words, by adjusting the voltage at the output of the
Если на ленту или фольгу подан отрицательный потенциал, то энергию поверхности ленты или фольги передают ионы плазмы. Ускоренные ионы бомбардируют поверхность ленты или фольги, передавая при этом энергию ускорившего их электрического поля с плотностью, равной выражению
qi= enivi+ji(vi-φe), (3)
где qi - плотность тепловой энергии, передаваемой ионами поверхности ленты или фольги при неупругом ударе;
e - заряд электрона;
ni - концентрация ионов в ускоренном потоке;
vi - скорость неупругого соударения ионов с поверхностью ленты или фольги;
ji - плотность ионного тока в ленту или фольгу;
φe - работа выхода электронов с поверхности ленты или фольги.If a negative potential is applied to the tape or foil, plasma ions transfer the surface energy of the tape or foil. Accelerated ions bombard the surface of the tape or foil, while transmitting the energy of the electric field accelerating them with a density equal to the expression
q i = en i v i + j i (v i -φ e ), (3)
where q i is the density of thermal energy transferred by the ions of the surface of the tape or foil during inelastic impact;
e is the electron charge;
n i is the concentration of ions in the accelerated flow;
v i is the rate of inelastic collision of ions with the surface of the tape or foil;
j i is the ion current density in the tape or foil;
φ e is the work function of the electrons from the surface of the tape or foil.
Ускорение ионного потока происходит с помощью источника напряжения 13. Именно мощностью источника питания 13 и плотностью плазмы определяется суммарное количество энергии, которое передается поверхности ленты или фольги и идет на ее нагрев. Кроме механизма испарения и возгонки в данном случае очистка поверхности ленты или фольги происходит и за счет соударения "тяжелых" ионов с адсорбированными на поверхности ленты или фольги частицами смазки и микроорганизмами. The ion flow is accelerated using a
Этот механизм очистки ионной бомбардировки поверхности ленты или фольги настолько эффективен, что он позволяет испарить поверхностный слой на глубину нескольких микрон или, напротив, покрыть его дополнительным слоем металла или соединениями металлов. This mechanism of cleaning the ion bombardment of the surface of a tape or foil is so effective that it allows you to vaporize the surface layer to a depth of several microns or, conversely, cover it with an additional layer of metal or metal compounds.
Возможен и другой вариант ионной очистки поверхности ленты или фольги, а именно очистки от смазки и микроорганизмов за счет использования химически активных и высокоэнергетичных ионов, например ионов кислорода. При этом очистка поверхности ленты или фольги происходит не только за счет "теплового" эффекта и непосредственного соударения ионов с частицами смазки, но и за счет более эффективного, а именно химического эффекта. При соударении химически активных ионов с поверхностью ленты или фольги они вступают в химическую реакцию с атомами смазки (углеродом, водородом, кислородом) с образованием высоколетучих химических соединений типа CO2, H2O и других, которые из-за их ничтожного содержания не влияют на экологическую напряженность.Another variant of ionic cleaning of the surface of the tape or foil is possible, namely cleaning from grease and microorganisms through the use of chemically active and high-energy ions, for example oxygen ions. In this case, the cleaning of the surface of the tape or foil occurs not only due to the "thermal" effect and direct collision of the ions with the particles of the lubricant, but also due to a more effective, namely the chemical effect. When chemically active ions collide with the surface of a tape or foil, they react chemically with lubricant atoms (carbon, hydrogen, oxygen) to form highly volatile chemical compounds such as CO 2 , H 2 O and others, which, due to their negligible content, do not affect environmental tension.
Кроме электронной и ионной очистки в предлагаемой установке реализован и другой механизм очистки - резистивный. В этом случае нагрев ленты или фольги происходит за счет пропускания тока большой силы непосредственно через обрабатываемую ленту или фольгу. В результате резистивного нагрева в ленте или фольге выделяется энергия, мощность которой равна
N = I2R,
где I - ток, пропускаемый по ленте или фольге (50...1500 А);
R - сопротивление участка ленты или фольги и рулона.In addition to electronic and ionic cleaning, the proposed installation also implements another cleaning mechanism - resistive. In this case, the heating of the tape or foil occurs due to the passage of a large current directly through the processed tape or foil. As a result of resistive heating, energy is emitted in the tape or foil, the power of which is equal to
N = I 2 R,
where I is the current passed through the tape or foil (50 ... 1500 A);
R is the resistance of the tape or foil section and the roll.
Резистивный механизм нагрева ленты или фольги хорошо применим для прогрева ленты или фольги непосредственно в рулоне. The resistive mechanism for heating the tape or foil is well suited for heating the tape or foil directly on the roll.
В предлагаемой установке в процессе нанесения покрытий на поверхности ленты или фольги реализуется плазмохимическая реакция соединения металлических ионов, ускоряемых плазменными источниками 11 и 12 с торцов ленты или фольги, которая в процессе работы плазменных источников перематывается. В этом случае на ленту или фольгу 2 подается отрицательной потенциал 100...200 В, а на корпус 6 вакуумной камеры подается положительный потенциал. Для получения того или иного химического соединения на поверхности ленты или фольги (от этого зависит цвет фольги) в вакуумную камеру с помощью системы 15 напускается газ. In the proposed installation, during the coating process on the surface of the tape or foil, a plasma-chemical reaction of the compound of metal ions is realized, accelerated by
В зависимости от состава газа на ленте или фольге посредством плазмохимической реакции синтезируется то или иное покрытие. В качестве газа используется аммиак, кислород, азот или смеси других газов. Так, при напуске азота на поверхности фольги синтезируется нитрид титана, который имеет цвет, близко напоминающий цвет сусального золота. При напуске кислорода на поверхности ленты или фольги синтезируется пленка оксида титана. В зависимости от ее толщины цвет может быть от голубого до фиолетового. Следовательно, цвет фольги или ленты задается составом газа и временем нанесения покрытия, а также составом ионов плазмы. Depending on the composition of the gas on the tape or foil, a coating is synthesized by means of a plasma-chemical reaction. The gas used is ammonia, oxygen, nitrogen, or mixtures of other gases. So, when nitrogen is admitted on the surface of the foil, titanium nitride is synthesized, which has a color that closely resembles the color of gold leaf. When oxygen is poured on the surface of the tape or foil, a titanium oxide film is synthesized. Depending on its thickness, the color can be from blue to purple. Therefore, the color of the foil or tape is determined by the composition of the gas and the time of coating, as well as the composition of the plasma ions.
Таким образом, предлагаемая установка для обработки лент и фольги по сравнению с прототипом и другими аналогичными устройствами обеспечивает повышение производительности, экономичности и качества обработки лент и фольги. Процесс очистки от технологической смазки, стерилизация от возможно находящихся на поверхности ленты или фольги микроорганизмов и нанесение на нее ионно-плазменных декоративных или технологических покрытий проводится экологически чисто, с малыми энергозатратами, с высокой производительностью и КПД, с широким диапазоном реализуемых параметров по степени отжига, с высокой точностью выдержки этих параметров. За счет стерилизации и нанесения ионно-плазменных покрытий функциональные возможности установки значительно расширены. Thus, the proposed installation for processing tapes and foils in comparison with the prototype and other similar devices provides increased productivity, economy and quality of processing tapes and foils. The process of cleaning technological grease, sterilizing microorganisms possibly located on the surface of the tape or foil, and applying ion-plasma decorative or technological coatings on it is carried out environmentally friendly, with low energy consumption, high productivity and efficiency, with a wide range of parameters for annealing, with high precision exposure of these parameters. Due to sterilization and deposition of ion-plasma coatings, the installation functionality has been significantly expanded.
Предлагаемая установка для обработки лент и фольги относится к категории наукоемких технологий, в которых воплощены последние достижения в области вакуумной и плазменной техники. The proposed installation for processing tapes and foils belongs to the category of high technology, which embodies the latest achievements in the field of vacuum and plasma technology.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98114461A RU2142519C1 (en) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | Installation for treating belts and foils |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98114461A RU2142519C1 (en) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | Installation for treating belts and foils |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2142519C1 true RU2142519C1 (en) | 1999-12-10 |
Family
ID=20209002
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98114461A RU2142519C1 (en) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | Installation for treating belts and foils |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2142519C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2449050C1 (en) * | 2008-04-14 | 2012-04-27 | Улвак, Инк. | Winding-type vacuum deposition plant |
RU2556433C1 (en) * | 2013-12-26 | 2015-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью ООО "Инновационно-промышленный комплекс "Беседы" | Method of reactive magnetron application of nano-sized oxide layer on substrate |
-
1998
- 1998-07-13 RU RU98114461A patent/RU2142519C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Черняк С.Н. и др. Схема дрессировки и зачистки фольги. Производство фольги./Под ред.Маленок Ф.Т. - М., 1968, с.330. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2449050C1 (en) * | 2008-04-14 | 2012-04-27 | Улвак, Инк. | Winding-type vacuum deposition plant |
RU2556433C1 (en) * | 2013-12-26 | 2015-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью ООО "Инновационно-промышленный комплекс "Беседы" | Method of reactive magnetron application of nano-sized oxide layer on substrate |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5294322A (en) | Electric arc coating device having an additional ionization anode | |
US5580429A (en) | Method for the deposition and modification of thin films using a combination of vacuum arcs and plasma immersion ion implantation | |
US6919107B2 (en) | Method and device for treating surfaces using a glow discharge plasma | |
Grigoriev et al. | Plasma-and beam-assisted deposition methods | |
JP2005146401A (en) | Coiling type vacuum vapor deposition method and coiling type vacuum vapor deposition apparatus | |
JP2575653B2 (en) | Method for forming a thin film on the inner surface of a metal cylindrical coated material | |
US5650201A (en) | Method for producing carbon nitride films | |
Leonhardt et al. | Applications of electron-beam generated plasmas to materials processing | |
RU2142519C1 (en) | Installation for treating belts and foils | |
JPH0863746A (en) | Production of apparatus for production of magnetic recording medium | |
JP2004047610A (en) | Method of surface treatment for substrate | |
KR100375333B1 (en) | Apparatus and Method for Coating And Surface Modification Using Single Source | |
US20030077401A1 (en) | System and method for deposition of coatings on a substrate | |
JP2004353023A (en) | Arc discharge type ion plating apparatus | |
JPS6320447A (en) | Method and apparatus for continuous coating of metallic strip with ceramics | |
JPS6320464A (en) | Vacuum deposition device | |
KR20090123445A (en) | Functional silver nano-coating method of wet type polyurethane dressing material | |
JP2003239064A (en) | Method for forming film coated with porous titanium oxide thin film | |
KR20130025224A (en) | Sputtering equipment using high density plasma and method thereof | |
JP3788632B2 (en) | Continuous ion plating equipment | |
JP3464998B2 (en) | Ion plating apparatus and method for controlling thickness and composition distribution of deposited film by ion plating | |
JPH06264225A (en) | Ion plating device | |
JP2603919B2 (en) | Method for producing boron nitride film containing cubic boron nitride crystal grains | |
JPS59153880A (en) | Method for carrying out continuous vapor deposition on beltlike metallic body | |
JPH04191364A (en) | Method and device for ion plating |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20091030 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160714 |