WO2023174691A1

WO2023174691A1 - Verfahren zum beschichten eines substrats mit einer metalllegierungsbeschichtung, die wenigstens zwei metalle enthält

Info

Publication number: WO2023174691A1
Application number: PCT/EP2023/055156
Authority: WO
Inventors: Michael Strack; Christian Schwerdt; Stefan BIENHOLZ
Original assignee: Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Priority date: 2022-03-14
Filing date: 2023-03-01
Publication date: 2023-09-21
Also published as: DE102022105889A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats. Das Verfahren weist die nachfolgenden Schritte auf: A) Bereitstellen eines ersten Metalls und eines zweiten Metalls als Draht; B) Einführen des Drahts, C) Aufbereiten des als Draht vorliegenden Ausgangsmaterials, D) Führen des aufbereiteten Ausgangsmaterials in den Nachverdampfungsabschnitt und Nachverdampfen zum Überführen in die Gasphase, hiernach Auslassen des in Gasphase vorliegenden Materials zu dessen Ablagern auf dem Substrat.

Description

Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit einer Metalllegierungsbeschichtung , die wenigstens zwei Metalle enthält

Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit einer Metalllegierungsbeschichtung aus wenigstens einem ersten Metall und einem zweiten Metall mit einer Be schichtungs Vorrichtung .

Für die Beschichtung eines Substrats , beispielsweise von Band, insbesondere metallischem Band, wie beispielsweise einem Stahlband, können Verfahren genutzt werden, die auf dem Prinzip der sogenannten Gasphasenabscheidung basieren . Das Prinzip der Gasphasenabscheidung besteht darin, ein Ausgangsmaterial bereitzustellen und dieses in die Gasphase zu bringen . Die in Gasphase vorliegenden Bestandteile des Materials , insbesondere Atome und/oder Ionen, bewegen sich in einer Beschichtungskammer und werden auf einen Bereich gerichtet hingeführt , in welchem die Beschichtung stattfinden soll , der nachfolgend als Beschichtungs zone bezeichnet wird . Das Band wird durch die Beschichtungs zone hindurch transportiert , sodass die in Gasphase vorliegenden Bestandteile des Materials sich auf dem zu beschichtenden Band absetzen und dadurch eine Beschichtung ausbilden .

Ein Vorteil der Gasphasenabscheidung ist , dass mit guter Wirtschaftlichkeit Beschichtungen hergestellt werden können, deren Eigenschaften in hohem Maße und in weiten Eigenschafts fenstern gezielt beeinflusset werden können . Ein weiterer Vorteil ist , dass sich die Gasphasenabscheidung zur Herstellung von Beschichtungen vieler unterschiedlicher Materialien eignet . Die Gasphasenabscheidung eignet sich im Gegensatz zu manchen anderen Verfahren beispielsweise für die Herstellung von Beschichtungen mit einem hochschmel zenden Material oder von Beschichtungen mit in metastabiler Phase oder in metastabilen Phasen vorliegendem Material .

Üblich ist , dass die Beschichtung nicht nur aus einem Element bestehen soll , sondern dass sie aus einer Anzahl von zwei oder mehreren Elementen bestehen soll , beispielsweise aus zwei oder mehreren Metallen . Wenn eine Schicht als Legierungsschicht aus mehreren Metallen gebildet werden soll , ist in der Regel gewünscht , dass zum Einen eine hinsichtlich der Elementverteilung in der Beschichtung möglichst homogene Schicht gebildet wird und zum Anderen eine möglichst wirtschaftliche Lösung zur Schichtbildung ermöglicht wird .

Vor diesem Hintergrund ist die Aufgabe zu lösen, ein Substrat mit einer Metalllegierungsbeschichtung zu versehen, welche diese Anforderungen gut erfüllt .

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 .

Das Verfahren dient dem Zweck, eine Beschichtung auf dem Substrat zu bilden, die eine Legierung aus wenigstens zwei Metallen darstellt , also aus zumindest einem ersten Metall und einem zweiten Metall , gegebenenfalls darüber hinaus weiteren Metallen .

Die Beschichtungsvorrichtung weist zu diesem Zweck einen Verdampfungsabschnitt mit einem Vorverdampfungsabschnitt und einem bevorzugt als Tiegel ausgebildeten Nachverdampfungsabschnitt auf . In dem Verdampfungsabschnitt wird ein Ausgangsmaterial in eine Gasphase gebracht , in welcher das sodann in Gasphase vorliegende Material aus der Beschichtungsvorrichtung austreten kann, sich zu einem Substrat hin bewegen kann, um auf dem Substrat die Metalllegierungsbeschichtung zu bilden .

Das Verdampfen des Ausgangsmaterials kann auf eine beliebige bekannte Weise erfolgen, beispielsweise mittels thermischen

Verdampfens , Lichtbogenverdampfens sowie weiterer und

Kombinationen aus den vorgenannten . Wesentlich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass nach Durchlaufen des Verdampfungsabschnitts das Material in Gasphase vorliegt und sodann, beispielsweise mittels eines Düsenabschnitts der Beschichtungsvorrichtung, zu der Substratoberfläche , bei der es sich beispielsweise um eine Bandoberfläche , beispielsweise eines Stahlbands , handelt , die beschichtet werden soll , hin gerichtet geführt wird und bei Erreichen der Bandoberfläche auf dieser kondensiert .

Im Rahmen der gesamten Beschreibung werden die Begri f fe der Gasphase und des Verdampfens verwendet , wie sie in Bereich der Gasphasenabscheidung nutzenden Technologien üblicherweise verwendet werden . Der Begri f f der Gasphase umfasst dabei , dass ein geringer Gewichtsanteil , beispielsweise bis zu 30 Gewichtsprozent , bevorzugt nicht mehr als 10 Gewichtsprozent , des in Gasphase vorliegenden Materials nicht in Gasphase in streng physikalischem Sinne vorliegt , sondern es stattdessen als Dampf , als Aerosol und/oder als Cluster vorliegt . 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 mit anderen Mechanismen erfolgt als Verdampfen in streng physikalischem Sinne , beispielsweise durch Sublimation . Der Begri f f des Verdampfens umfasst somit im Kontext des Sprachgebrauchs im Bereich der Gasphasenabscheidung und somit im Rahmen der vorliegenden Beschreibung zusätzlich zu einem Verdampfen im streng physikalischen Sinne , also einem Übergang flüssig

Gasphase , auch weitere Mechanismen, wie insbesondere die Sublimation . Gleichermaßen wird das in Gasphase vorliegende Material sodenn auch gleichbedeutend als Materialdampf bezeichnet .

Die Beschichtungsvorrichtung kann beispielsweise Bestandteil einer Beschichtungsanlage sein, die zum Beschichten von bandförmigen Substraten, beispielsweise Stahlband, ausgebildet ist . Die Beschichtungsanlage weist beispielsweise eine Beschichtungskammer auf . Die Beschichtungskammer weist einen Kammereingang und einen Kammerausgang auf , wobei das zu beschichtende Band mit einer konstanten oder veränderlichen Bandtransportgeschwindigkeit in den Kammereingang hinein, durch die Kammer hindurch und aus dem Kammerausgang wieder herausgeführt wird . Die Beschichtungskammer ist typischerweise eine weitgehend geschlossene Kammer, in welcher bevorzugt ein technisches Vakuum bereitgestellt werden kann, beispielsweise zwischen 10 <~^{3 )} mbar und 100 mbar, bevorzugt mit weniger als 20 mbar . Die Beschichtungskammer weist dann beispielsweise die Beschichtungsvorrichtung auf . Die Beschichtungsvorrichtung umfasst den Verdampfungsabschnitt , in welchem das ursprünglich als Ausgangsmaterial bereitgestellte Material in die Gasphase hinein verdampft wird sowie bevorzugt einen Düsenabschnitt , mit welchem das sodann in Gasphase vorliegende Material in Richtung der zu beschichtenden Bandoberfläche hin gerichtet wird, sodass die aus einem Düsenausgang des Düsenabschnitts strömenden Teilchen der Gasphase zu der Beschichtungs zone hin strömen .

Das Verfahren weist die nachfolgenden Schritte auf :

A) Bereitstellen des wenigstens ersten Metalls und zweiten Metalls als Ausgangsmaterial , wobei das Ausgangsmaterial als Draht bereitgestellt wird;

B ) Einführen des als Draht vorliegenden Ausgangsmaterials in den Vorverdampfungsabschnitt ,

C ) Aufbereiten des als Draht vorliegenden Ausgangsmaterials in dem Vorverdampfungsabschnitt zum nachfolgenden Führen in den Nachverdampfungsabschnitt . Mit dem Aufbereiten erfolgt ein Verbrauch von Draht , der gemäß dem Verbrauch des Drahts während der Beschichtung, insbesondere kontinuierlich, zu einer Aufbereitungs zone nachgeführt wird; es erfolgt also ein, insbesondere kontinuierliches , Nachführen des Drahts in die Aufbereitungs zone hin;

D) Führen des aufbereiteten Ausgangsmaterials in den

Nachverdampfungsabschnitt und Nachverdampfen zum hiernach erfolgenden, bevorzugt vollständigen weiteren, Überführen in die Gasphase , hiernach Auslassen des in Gasphase vorliegenden Materials aus der Beschichtungsvorrichtung hinaus zu dessen Ablagern auf dem Substrat . Das in Gasphase vorliegende Material wird beispielsweise aus einem innerhalb einer Beschichtungskammer befindlichen Düsenausgang der Beschichtungsvorrichtung ausgelassen und bewegt sich in der Beschichtungskammer, wobei das Substrat für die Beschichtung in einen Bereich, der als Beschichtungs zone bezeichnet werden kann, geführt wird, an den das in Gasphase vorliegende Material gelangt , sich dort auf dem Substrat ablagert und eine Beschichtung bildet .

Das bedeutet , dass in dem Nachverdampfungsabschnitt noch nicht in Gasphase vorliegende Bestandteile in die Gasphase übergehen . Bevorzugt ist die Dimensionierung, beispielsweise hinsichtlich Temperatur und Verweildauer des Materials derart ausgelegt , dass in dem Nachverdampfungsabschnitt das gesamte oder zumindest nahezu gesamte eintretende Material in die Gasphase übergeht . Die Beschichtung erfolgt also mittels einer Gasphasenabscheidung der Stof fe , welche die Beschichtung bilden sollen, also des wenigstens ersten Metalls und des zweiten Metalls .

Bevorzugt besteht der Draht aus einer Legierung aus dem wenigstens ersten Metall und zweiten Metall , besonders bevorzugt aus einer Legierung aus den Metallen, welche die Metalllegierungsbeschichtung bilden sollen . Wenn also die Metalllegierungsbeschichtung aus einem ersten Metall und einem zweiten Metall bestehen soll , besteht der Draht aus einer Legierung aus dem ersten Metall und dem zweiten Metall .

Die Bereitstellung von Ausgangsmaterial als Draht , bestehend aus einer Metalllegierung, ist im Bereich der Gasphasenabscheidung der oben genannten Arten bisher völlig unüblich . Üblicherweise werden die beteiligten Elemente in elementaren Ausgangsmaterialien in separaten Zuführungen bereitgestellt oder alternativ ein Ausgangsmaterial eines ersten Elements durch Einarbeitung eines zweiten und gegebenenfalls weiterer Elemente präpariert , beispielsweise durch Einsetzen eines Drahts aus einem ersten Element , wobei der Draht einen Hohlraum aufweist , der mit einem zweiten Element gefüllt ist ; in dieser Aus führung wird der präparierte Draht gelegentlich auch als sogenannter Fülldraht bezeichnet . Die oben beschriebene neue Vorgehensweise ist geeignet , bisher übliche Vorgehensweisen zu ersetzen .

Das Bereitstellen des Drahts als ein aus einer Legierung bestehender Draht hat den Vorteil , dass die Durchführung des Beschichtungsverfahrens selbst in unaufwändiger Weise möglich wird; denn es ist für die Bereitstellung von einer mehrkomponentigen Beschichtung nur ein Ausgangsmaterial erforderlich, nämlich der aus der Metalllegierung bestehende Draht , welcher sämtliche Komponenten aufweist , aus welcher die zu bildende Metalllegierungsbeschichtung sich zusammensetzen soll . Der gegenüber der bisher üblichen Verwendung von Fülldraht aufgrund der erforderlichen Herstellung der Legierung erhöhte Aufwand wird dadurch gerechtfertigt , dass sich überraschenderweise gezeigt hat , dass eine Nutzung von einem Legierungsdraht eine verbesserte Prozesstabilität zur Folge hat . Bei einer Viel zahl von Materialien zeigt sich bei der Verwendung von Legierungsdraht zudem der Vorteil , dass gegenüber dem Fülldraht eine verringerte Anfälligkeit des Ausgangsmaterials für Oxidbildung vorliegt , was die Erfinder sich dadurch erklären, dass im Inneren des Fülldrahts eine Füllung des zweiten Elements eingebracht wurde , die in der Regel in Gestalt kleiner Partikel , beispielsweise in Form eines Pulvers , vorliegt und dadurch eine hohe Materialoberfläche aufweist .

Das Bereitstellen des Ausgangsmaterials als Draht in Schritt A) umfasst bevorzugt die nachfolgenden Schritte :

Al ) Bereitstellen des wenigstens ersten Metalls und zweiten

Metalls in einem wenigstens ersten Vormaterial und zweiten

Vormaterial , sodass die Gesamtheit des wenigstens ersten Vormaterials und des zweiten Vormaterials das wenigstens erste Metall und zweite Metall in den Gewichtsanteilen des zur Herstellung beabsichtigten Drahts bereitstellt ,

A2 ) Aufschmel zen des ersten Vormaterials ,

A3 ) Zulegieren des restlichen Vormaterials zum Herbei führen einer Metallschmel ze mit den Elementanteilen des zur Herstellung beabsichtigten Drahts ,

A4 ) Herstellen des Drahts aus der Metallschmel ze .

Bevorzugt ist , dass die Schritte Al ) bis A4 ) in der Reihenfolge ihrer Nummerierung sequentiell durchgeführt werden .

Besonders bevorzugt erfolgen die Schritte Al ) bis A4 durch die Bereitstellung der Vormaterialien als elementare Vormaterialien, also als reine Metalle :

Al ) Bereitstellen des wenigstens ersten Metalls und zweiten Metalls j eweils als abgesehen von Verunreinigungen reine Metalle , wobei das erste Metall das Metall mit dem höchsten Gewichtsanteil an dem zur Herstellung beabsichtigten Draht ist ,

A2 ) Aufschmel zen des ersten Metalls ,

A3 ) Zulegieren des restlichen Metalls zum Herbei führen einer Metallschmel ze mit den Elementanteilen des zur Herstellung beabsichtigten Drahts ,

A4 ) Herstellen des Drahts aus der Metallschmel ze .

Das bedeutet , dass bevorzugt die Herstellung des Drahts in der oben beschriebenen Weise eine vorgelagerte Prozessstufe ist , die Bestandteil des Verfahrensschritts A) ist oder den Verfahrensschritt A) darstellt als solcher Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist .

Das Bereitstellen eines Drahts in der oben beschriebenen Weise , das bedeutet insbesondere : das Herstellen eines Drahts ausgehend vom Aufschmel zen des Metalls , welches die höchsten Gewichtsanteile in der herzustellenden Metalllegierungsbeschichtung aufweist , mit nachfolgendem Zulegieren des weiteren Metalls oder der weiteren Metalle , weist den Vorteil auf , dass in reproduzierbare Weise ein Ausgangsmaterial erhalten werden kann, mit dem Metalllegierungsbeschichtungen mit bekannten Eigenschaften unaufwändig mit hoher Toleranz in der Prozess führung hergestellt werden können . Zusätzlich ist durch diese Vorgehensweise eine hohe Flexibilität in der Zusammensetzung der Metalllegierungsschicht gewährleistet .

Das Herstellen des Drahts kann die Schritte

A4a ) Gießen und

A4b ) ein nach dem Gießen statt findendes Formen umfassen .

Das Gießen kann beispielsweise als Stranggießen oder als Blockgießen ausgebildet sein . Das Formen kann ein Wal zen oder ein Ziehen sein oder eine Kombination aus beiden, mit oder ohne eventuelle weitere dem Fachmann bekannte Arten des Formens .

Besonders bevorzugt ist , dass als erstes Metall Zn eingesetzt wird . Als weitere Metalle wird bevorzugt ein oder mehrere der Metalle Cu, Mn, Ni und/oder Ce eingesetzt . Besonders bevorzugt hat das erste Metall Zn den höchsten Gewichtsanteil an dem bereitgestellten Draht .

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Draht Zn und Mn aufweisend hergestellt , besonders bevorzugt wird er aus Zn und Mn bestehend hergestellt . In einer vorteilhaften Aus führungs form beträgt der Mn-Gehalt des Drahts zwischen 35 und 45 Gewichtsprozent , kurz : Gew . -% , bevorzugt zwischen 38 und 42 Gew . -% . Alternativ oder zusätzlich beträgt der Mn-Gehalt in dem Draht einen um 0 bis 15 Gew . -% , bevorzugt 0 bis 10 Gew . -% , höheren Wert als der Sollgehalt an Mn in der fertiggestellten Metalllegierungsbeschichtung es ist , wobei der Sollgehalt einen tolerierte Mindestgehalt an Mn bezeichnet . Überraschenderweise hat sich in Versuchen gezeigt , dass mit einem Draht , der mit der oben genannten Legierungsvorschri ft bereitgestellt wird, Metalllegierungsbeschichtungen erhalten werden können, die auch bei zeitweise beträchtlichen Schwankungen in der Prozess führung, insbesondere hinsichtlich der Stabilität des Lichtbogens , stets innerhalb der Toleranzen der Elementzusammensetzung vorlagen . Soweit der Prozess stabil ist , entspricht die Zusammensetzung der Metalllegierungsbeschichtung derj enigen des Ausgangsstof fs , also des Drahts beziehungsweise der Drähte , oder weicht allenfalls geringfügig davon ab ; bei instabilem Prozess sinkt der Mn-Gehalt laut Beobachtungen nicht unter den Sollgehalt . Die optional mögliche Bereitstellung von Draht mit einem Mn-Gehalt , der oberhalb des Sollgehalts in der fertiggestellten Metalllegierungsbeschichtung liegt , wurde von den Entwicklern empirisch gefunden, da die erhaltenen Schichten gleichermaßen gute Produkteigenschaften zur Folge hatten und gleichzeitig sichergestellt bleibt , dass die Schmel ztemperatur der Beschichtung nicht unterhalb ein tolerables Maß fällt .

Insbesondere bei Zn-Mn-Metalllegierungsbeschichtungen hat die Nutzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bereitstellung von Zn-Mn-Draht Vorteile in Verfahrens führung und den erhaltenen Ergebnissen gezeigt .

In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Vorverdampfungsabschnitt einen Spritzkopf zum Aufbereiten des als Ausgangsmaterial vorliegenden Beschichtungsmaterials und ein Inj ektorrohr auf . Das Inj ektorrohr ist ausgebildet , das in dem Spritzkopf aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Nachverdampfungsabschnitt zu leiten und das aufbereitete Beschichtungsmaterials in den Nachverdampfungsabschnitt hinein zu bringen, um es dort in die Gasphase zu wandeln .

Bevorzugt ist der Spritzkopf eine Drahtspritze für das Lichtbogenschmel zen und/oder Lichtbogenverdampfen von in die Drahtspritze eingeführtem Ausgangsmaterial . Der Begri f f der Drahtspritze definiert , dass das Ausgangsmaterial als Draht oder Band vorliegt und mittels Lichtbogenschmel zens und/oder Lichtbogenverdampfens aufbereitet wird . Das zur Ausbildung der j eweiligen Beschichtung eingesetzte Material liegt drahtförmig vor . Das Ausgangsmaterial wird in den Einflussbereich eines elektrischen Lichtbogens gebracht , wobei vorzugsweise zwei Drähte des Ausgangsmaterials vorliegen, von denen einer als Kathode und einer als Anode mit einer elektrischen Gleichspannungsquelle geschaltet wird und mit der Gleichspannungsquelle eine zur Bildung eines Lichtbogens ausreichende Spannung eingestellt wird . Das mittels der Energie des Lichtbogens geschmol zene und/oder verdampfte Material strömt mittels eines Gasstroms von einem Gas oder einem Gasgemisch in das Innere einer auf eine Temperatur, die mindestens der Verdampfungstemperatur des mindestens einen zur Beschichtung eingesetzten Materials oder des Materials mit der j eweils höchsten Verdampfungstemperatur entspricht , erhitzten Kammer, dem sogenannten Tiegel , durch einen Einlass ein . Dabei verdampf t/verdampf en das/die Material/ ien in dem Tiegel vollständig und tritt/treten durch eine an dem Tiegel vorhandene Öf fnung aus . Das/die verdampfte/n Material/ ien tri f f t/tref f en auf die zu beschichtende Oberfläche des Bauteils des bandförmigen Materials oder Werkstücks zur Ausbildung der j eweiligen Beschichtung auf . Eine solche Aus führungs form ist beispielsweise der WO 2016/ 042 079 Al zu entnehmen . Die WO 2016/ 042 079 Al ist ein Beispiel für ein Aufbereiten des Ausgangsmaterials als Draht oder Band mittels Lichtbogenschmel zens und/oder Lichtbogenverdampfens und damit ein Beispiel für eine Drahtspritze gemäß Definition auch dieser Anmeldung .

Das Schmel zen/Verdampf en ist bei Aus führung des Vorverdampfungsabschnitts als Drahtspritze die Aus führung des oben eingeführten Begri f fs des Aufbereitens .

Besonders bevorzugt erfolgt das Aufbereiten mittels Lichtbogenschmel zens und/oder Lichtbogenverdampfens von genau zwei Drähten, die die gleiche Legierungs zusammensetzung aufweisen .

Der Einflussbereich des Lichtbogens ist die oben eingeführte

Aufbereitungs zone . Der mit dem Schmel zen/Verdampf en erfolgende

Abtrag des Drahts wird durch das dem Abtrag des Drahts entsprechende Nachführen von Draht in den Einflussbereich des Lichtbogens , also in die Aufbereitungs zone , kompensiert . In einem Fall , dass bei kontinuierlichem Betrieb eines Lichtbogens ein kontinuierlicher Abtrag von Draht erfolgt , erfolgt entsprechend ein kontinuierliches Nachführen von Draht in die Aufbereitungs zone .

An den Nachverdampfungsabschnitt schließt bevorzugt ein mit diesem gekoppelter Düsenabschnitt an, der den Düsenausgang aufweist und mit diesem endet .

Besonders bevorzugt werden zwei Drähte gleicher Legierung verwendet , zwischen denen ein Lichtbogen erzeugt und betrieben wird zum Lichtbogenschmel zen und/oder Lichtbogenverdampfen . Das Verwenden zweier Drähte gleicher Legierung hat den Vorteil , dass der Lichtbogenprozess stabiler ist , das bedeutet , dass die Ausbildung des Lichtbogens geringeren empirisch beobachtbaren Schwankungen unterlegen ist , wodurch in der Folge eine örtlich gleichmäßigere Elementverteilung der in dem Draht enthaltenen Metallelemente in der fertig gestellten Metalllegierungsbeschichtung erhalten wird . Ein weiterer Vorteil einer Verwendung von zwei Drähten gleicher Legierung ist , dass der Aufwand zum Betrieb des Verfahrens geringer ist , da eine Zuordnung eines bestimmten Drahts zu einer Einführungsposition nicht erforderlich ist .

Während des Beschichtens weichen in einer vorteilhaften Aus führung eine Geschwindigkeit des Nachführens des ersten Drahts und eine Geschwindigkeit des Nachführens des zweiten Drahts , zeitweise oder dauerhaft , bevorzugt bis zu 25 Prozent , aber nicht mehr als 25 Prozent , der j eweils größeren Geschwindigkeit voneinander ab . Das bedeutet mit anderen Worten, dass insbesondere Schwankungen in der Geschwindigkeit des Nachführens des ersten Drahts und des Nachführens des zweiten Drahts zugelassen werden, solange diese Schwankungen eine

Abweichung von 25 % nicht übersteigen . Besonders bevorzugt ist dies derart realisiert , dass der erste Draht und der zweite Draht mit einer gleichen Sollgeschwindigkeit in die Verdampfungs zone nachgeführt werden, wobei eine Abweichung der Geschwindigkeit , in welcher der erste Draht nachgeführt wird, und eine Abweichung der Geschwindigkeit , in welcher der zweite Draht nach geführt wird, j eweils von der Sollgeschwindigkeit in ihrer prozentualen Abweichung von der Sollgeschwindigkeit nur so groß sind, dass die Abweichung der Geschwindigkeit des ersten Drahts von der Sollgeschwindigkeit und die Abweichung der Geschwindigkeit des zweiten Drahts von der Sollgeschwindigkeit in der Summe 25 % der Sollgeschwindigkeit nicht überschreiten .

Während des Beschichtens weichen in einer besonders bevorzugten Weiterbildung eine Geschwindigkeit des Nachführens des ersten Drahts und eine Geschwindigkeit des Nachführens des zweiten Drahts , zeitweise oder dauerhaft , bis zu 10 Prozent , aber nicht mehr als 10 Prozent , der j eweils größeren Geschwindigkeit voneinander ab . Das bedeutet mit anderen Worten, dass insbesondere Schwankungen in der Geschwindigkeit des Nachführens des ersten Drahts und des Nachführens des zweiten Drahts zugelassen werden, solange diese Schwankungen eine Abweichung von 10 % nicht übersteigen .

Alternativ oder zusätzlich können bevorzugt außerdem eine Geschwindigkeit des Nachführens des ersten Drahts und eine Geschwindigkeit des Nachführens des zweiten Drahts wenigstens 1 Prozent , bevorzugt wenigstens 5 Prozent , der j eweils größeren der beiden Geschwindigkeiten voneinander abweichen . Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt , dass bei einer gewissen, nicht zu hohen, Abweichung der Geschwindigkeiten eine erhöhte Lichtbogenstabilität und damit ein verbessertes Abbrandverhalten beobachtet werden konnte , was insbesondere zu vorteilhaften Folgen in der Qualität der auf dem Substrat gebildeten Beschichtung führt , beispielsweise eine hohe Homogenität in der Ortsabhängigkeit der Element zusammenset zung und eine geringe Defektdichte . Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Geschwindigkeit des Nachführens des ersten Drahts und die Geschwindigkeit des Nachführens des zweiten Drahts wenigstens 1 Prozent , bevorzugt wenigstens 5 Prozent , der j eweils größeren der beiden Geschwindigkeiten voneinander abweichen, und dabei sowohl die Geschwindigkeit des Nachführens des ersten Drahts als auch die Geschwindigkeit des Nachführens des zweiten Drahts während eines zeitlichen Beschichtungsabschnitts , also während eines Zeitabschnitts der Beschichtung, des Verfahrens , bevorzugt während des gesamten Beschichtens des Substrats , konstant sind . Konstante Drahtgeschwindigkeiten haben den Vorteil zur Folge , dass die Element zusammenset zung der auf dem Substrat gebildeten Beschichtung ein hohes Maß an lateraler Homogenität aufweist .

Besonders bevorzugt sind zumindest während eines zeitlichen Beschichtungsabschnitts sowohl die Geschwindigkeit des Nachführens des ersten Drahts als auch die Geschwindigkeit des Nachführens des zweiten Drahts sowie außerdem eine Transportgeschwindigkeit des Substrats konstant . Diese Vorgehensweise geht mit dem Vorteil einher, dass keine Regelung der Geschwindigkeit des Nachführens des ersten und/oder Drahts sowie der Transportgeschwindigkeit des Substrats erforderlich ist .

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Beschichtungsvorrichtung eine in den Verdampfungsabschnitt weisende Trägergasstromzufuhr aufweist zum Zuführen eines Trägergasstroms eines Trägergases in den Verdampfungsabschnitt und durch diesen hindurch zum Mitführen in Schritt C ) aufbereiteten Ausgangsmaterials im Schritt D) . Das Verwenden einer Trägergasstromzufuhr, welche das im Lichtbogen verdampf te/geschmol zene Ausgangsmaterial in den Nachverdampfungsabschnitt führt , trägt zu einer Erhöhung des Durchsatzes bei gleichzeitiger Stabilisierung des Prozesses bei .

In einem durchgeführten Versuch wurde als erstes Metall Zn und als zweites Metall Mn verwendet . Es wurde eine Schmel ze hergestellt , die zu 70

Gewichtsprozent , kurz : Gew . -% , aus Zn und zu 30 Gew . -% aus Mn bestand .

Aus der Schmel ze wurde mittels Gießens ein Gussblock hergestellt .

Nach dem Gießen wurde aus dem Gussblock ein Draht geformt .

Das Formen des Drahts umfasste folgende Schritte :

1 . Wiedererhitzen des Gussblocks und hiernach Warmwal zen des Gussblocks zu einem Vordraht ,

2 . Ziehen des Vordrahts zu einem Fertigdraht mit 2 , 5 mm .

Ein erster Abschnitt des Fertigdrahts und ein zweiter Abschnitt des Fertigdrahts wurden in eine Drahtspritze eingesetzt und zwischen den beiden Drahtabschnitten wurde ein Lichtbogen gezündet zum Lichtbogenverdampfen und nachfolgenden Führen des verdampften Materials in den Nachverdampfungsabschnitt und Auslassen des so hergestellten Materialdampfes innerhalb einer Beschichtungskammer zu einer Bandoberfläche eines durch eine in der Beschichtungskammer befindlichen Beschichtungs zone geführten Stahlbands .

Die Geschwindigkeit der Drähte wurde derart kontrolliert , dass während des Beschichtens eine Geschwindigkeit des Nachführens des ersten Drahts und eine Geschwindigkeit des Nachführens des zweiten Drahts bis zu 10 Prozent , aber nicht mehr als 10 Prozent , der j eweils größeren Geschwindigkeit voneinander abwichen . Die Geschwindigkeitskontrolle in diesem Ausmaß war ausreichend genau, um zu gewährleisten, dass auf dem Stahlband ein hochschmel zender Zn-Legierungsüberzug mit sehr guten Eigenschaften gebildet wurde .

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit einer Metalllegierungsbeschichtung aus wenigstens einem ersten Metall und einem zweiten Metall mit einer Be schichtungs Vorrichtung, wobei die Beschichtungsvorrichtung einen Verdampfungsabschnitt mit einem Vorverdampfungsabschnitt und einen bevorzugt als Tiegel ausgebildeten Nachverdampfungsabschnitt aufweist zum Überführen eines Ausgangsmaterials in eine Gasphase und zum Ablagern des sodann in Gasphase vorliegenden Materials , das aus der Beschichtungsvorrichtung austritt , und zu dem Substrat hin gelangt zum Bilden der Metalllegierungsbeschichtung, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte aufweist :

C ) Aufbereiten des als Draht vorliegenden Ausgangsmaterials in dem Vorverdampfungsabschnitt zum nachfolgenden Führen in den Nachverdampfungsabschnitt ,

D) Führen des aufbereiteten Ausgangsmaterials in den Nachverdampfungsabschnitt und Nachverdampfen zum, bevorzugt vollständigen weiteren, Überführen in die Gasphase , hiernach Auslassen des in Gasphase vorliegenden Materials zu dessen Ablagern auf dem Substrat .

2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Draht aus einer Legierung aus dem wenigstens ersten Metall und zweiten Metall besteht.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen des Ausgangsmaterials als Draht in Schritt A) die nachfolgenden Schritte umfasst:

Al) Bereitstellen des wenigstens ersten Metalls und zweiten Metalls in einem wenigstens ersten Vormaterial und zweiten Vormaterial, sodass die Gesamtheit des wenigstens ersten Vormaterials und des zweiten Vormaterials das wenigstens erste Metall und zweite Metall in den Gewichtsanteilen des zur Herstellung beabsichtigten Drahts bereitstellt,

A2 ) Aufschmelzen des ersten Vormaterials,

A3) Zulegieren des restlichen Vormaterials zum Herbeiführen einer Metallschmelze mit den Elementanteilen des zur Herstellung beabsichtigten Drahts,

A4) Herstellen des Drahts aus der Metallschmelze.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Herstellen des Drahts umfasst die Schritte

A4a) Gießen und nach dem Gießen

A4b) Formen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Gießen ein Stranggießen oder Blockgießen ist und/ oder wobei das Formen ein Walzen und/oder Ziehen umfasst.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Metall Zn ist und das wenigstens zweite Metall Cu, Mn, Ni und/oder Ce ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Draht Zn und Mn aufweist, bevorzugt aus Zn und Mn besteht, wobei der Mn-Gehalt des Drahts zwischen 35 und 45 Gewichtsprozent, kurz: Gew.-%, ist, bevorzugt zwischen 38 und 42 Gew.-% und/oder wobei der Mn-Gehalt in dem Draht um 0 bis 15 Gew.-%, bevorzugt um 0 bis 10 Gew.-% höher ist als der Sollgehalt an Mn in der fertiggestellten Metalllegierungsbeschichtung.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vorverdampfungsabschnitt einen Spritzkopf zum Aufbereiten des Ausgangsmaterials aufweist und ein Injektorrohr aufweist, wobei das Injektorrohr das in dem Spritzkopf aufbereitete Ausgangsmaterial in den Nachverdampfungsabschnitt leitend ausgebildet und mit dem Nachverdampfungsabschnitt gekoppelt ist zum Führen des aufbereiteten Ausgangsmaterials in den Nachverdampfungsabschnitt hinein .

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Spritzkopf eine Drahtspritze ist für ein Lichtbogenschmelzen und/oder Lichtbogenverdampfen von in die Drahtspritze eingeführtem Draht .

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei zwei Drähte gleicher Legierung verwendet werden, zwischen denen ein Lichtbogen erzeugt und betrieben wird zum Lichtbogenschmelzen und/oder Lichtbogenverdampfen .

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei während des Beschichtens eine Geschwindigkeit des Nachführens des ersten Drahts und eine Geschwindigkeit des Nachführens des zweiten

Drahts bis zu 25 Prozent , bevorzugt bis zu 10 Prozent , voneinander abweichen, und/oder eine Geschwindigkeit des Nachführens des ersten Drahts und eine Geschwindigkeit des Nachführens des zweiten Drahts wenigstens 1 Prozent , bevorzugt wenigstens 5 Prozent , voneinander abweichen .

12 . Verfahren nach Anspruch 11 , wobei sowohl die Geschwindigkeit des Nachführens des ersten Drahts als auch die Geschwindigkeit des Nachführens des zweiten Drahts während eines zeitlichen Beschichtungsabschnitts des Verfahrens , bevorzugt während des gesamten Beschichtens des Substrats , konstant sind, bevorzugt bei konstanter Bandgeschwindigkeit während des selben zeitlichen Beschichtungsabschnitts .

13 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei die Beschichtungsvorrichtung eine in den Verdampfungsabschnitt weisende Trägergasstromzufuhr aufweist zum Zuführen eines Trägergasstroms eines Trägergases in den Verdampfungsabschnitt und durch diesen hindurch zum Mitführen in Schritt C ) aufbereiteten Ausgangsmaterials .