專利名稱：用于在金屬帶上沉積合金涂層的工業(yè)蒸汽發(fā)生器(ii)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)蒸汽發(fā)生器，其用于在真空下連續(xù)地在運動中的基底上、特別是在金屬帶上利用金屬蒸汽進行涂布以在其表面上形成金屬合金層，從而保證其優(yōu)異的耐腐蝕性能同時保持良好的沖壓和焊接特性。
背景技術(shù)：
從20世紀80年代末就已知在鋼帶表面上沉積某些合金如ZnMg合金，具有保護鋼材的作用。ZnMg合金的優(yōu)異的耐腐蝕性能歸因于在帶表面上沿著起著隔離膜作用的極為致密層形成的腐蝕產(chǎn)物的性質(zhì)。這樣的合金沉積只是在某些組成限制中借助于傳統(tǒng)技術(shù)如電解沉積、浸鍍等通常才是可能的。因此，在大氣壓下，液態(tài)金屬浴可能會被空氣中的氧所污染，這種污染在金屬浴的表面上形成氧化物渣滓。如果希望得到很寬的厚度和組分范圍，唯一可能的出路常常是真空蒸發(fā)純態(tài)或合金形式的液態(tài)金屬(PVD技術(shù)，Pressure Vapor Deposition即壓力氣相沉積)。在該技術(shù)的范圍內(nèi)，已知將基底放入保持在低溫并容納有熔融金屬坩堝的真空圍腔中。因而在其溫度低于金屬蒸汽溫度的所有壁上進行沉積。為提高在基底上沉積的效率并且避免浪費，因此對圍腔壁加熱是有意義的。在文獻W0-A-97/47782中描述了對移動中的基底進行連續(xù)涂布的方法，其中在真空圍腔中通過感應(yīng)加熱裝有由涂覆金屬構(gòu)成的金屬浴的坩堝來產(chǎn)生金屬蒸汽。該蒸汽通過將蒸汽引向優(yōu)選經(jīng)過標定的出口孔的導(dǎo)管從坩堝引出，以形成朝向待涂布基底表面的射流。使用呈狹窄截面的縱向隙口狀的孔，能夠以沿著隙口(聲頸)呈恒定聲速來調(diào)節(jié)蒸汽的質(zhì)量流量，這樣帶來的好處是實現(xiàn)均勻沉積。下面使用縮寫詞“JVD”(Jet Vapor Deposition即噴射蒸汽沉積)表示該技術(shù)。但是該技術(shù)具有幾個缺點，其中特別是-液態(tài)金屬的持久供給意味著要在一個或幾個點上設(shè)有通往金屬槽中的回路；-液態(tài)金屬含有雜質(zhì)，隨著蒸發(fā)，這些雜質(zhì)會在金屬浴的表面濃縮，這降低流量。為達到均勻的沉積，金屬浴的均勻性是必需的。這涉及在一個地方引進冷涼液體，同時在另一個地方取出用過的液體。一種解決辦法就是從表面上撇去浮渣或者使物料再循環(huán)，但任何機械作業(yè)在真空下都很難進行的；-難以使蒸發(fā)隙口調(diào)整適配于可變的帶寬，這意味著需要在隙口兩側(cè)的遮擋部件， 和在真空和700°c下實現(xiàn)蒸汽密封性，這都是不容易實現(xiàn)的；-當(dāng)鋼帶移動停止時難以遮擋隙口，這意味著在通常為2米或者更長的長度上要有密封的線形閥；-系統(tǒng)有很大的熱慣性(至少幾分鐘)；-通過真空感應(yīng)實現(xiàn)的加熱必須使整個加熱電功率經(jīng)電連接器穿過真空密封壁， 而這并不便于設(shè)備的接近和維修。
另外，現(xiàn)有技術(shù)對于需要進行兩種不同金屬的共沉積沒有提供滿意的解決辦法， 這意味著要在兩種射流離開蒸發(fā)器時混合這兩種射流。使用帶有擋板的中間混合箱體不能提供任何有足夠說服力的結(jié)果。用于在帶上沉積合金涂層的第一種方式是首先例如通過浸鍍、電解或真空磁控管濺射來沉積第一金屬如鋅的層，然后例如在真空下沉積第二金屬如鋁的層，并且最后進行形成合金的擴散熱處理，例如在低溫下退火。此方法的優(yōu)點是其設(shè)計簡單，從而能夠一步步地進行調(diào)節(jié)。但是，第一缺點是增加了該方法的步驟，因而就提高了其成本。特別是擴散熱處理消耗了不可忽視的能量。例如，如果涂層的相對厚度是1%，那么應(yīng)對最終產(chǎn)品的整個厚度， 即100%的厚度提供所需能量，這對于一條工業(yè)生產(chǎn)線就相當(dāng)于幾兆瓦。因此，在文獻W0-A-02/14573中，描述了基于通過浸漬鍍鋅或電鍍鋅的傳統(tǒng)方法得到的鍍鋅基層，然后在真空下在該鍍鋅基層上鍍鎂來進行涂層加工。通過感應(yīng)的迅速加熱能夠延遲熔融態(tài)的沉積層幾秒鐘，并在冷卻后在涂層的整個厚度上得到ZnMg合金相的很好的微結(jié)構(gòu)分布。在文獻FR 2 843 130 A中描述了金屬材料表面涂覆的方法，按照該方法-用金屬層或金屬合金層實現(xiàn)對所述材料的第一涂層，-借助于快速加熱部件對第一涂層進行熱處理，以將所述第一涂層的表面帶到低于該金屬材料熔融溫度的溫度，以及-利用一種金屬或金屬合金進行第二涂層的沉積。本申請人還提出過通過PVD方法(ΕΡ-Α-0 756 022)得到的工業(yè)的ZnMg合金/電鍍鋅雙層產(chǎn)物、以及利用紅外加熱系統(tǒng)改善該方法以實現(xiàn)鎂鋅合金以便盡可能減少形成脆弱的！^eZn中間相。第二缺點是，不是各種類型的鋼材都承受此種熱處理。例如，BH(bake hardening 即烘烤硬化)鋼材是韌性可變形的用于機動車的耐腐蝕鋼材，其具有在涂料固化時遷移的不穩(wěn)定性，這會引起板材硬化。因此，該產(chǎn)品具有與源于其再加熱而致硬化相關(guān)的困難。因此，合金的直接沉積能夠彌補這些缺點。因此，另一種加工方式是通過不進行熱處理而直接沉積合金，同時精確地控制坩堝中兩種金屬的濃度來實現(xiàn)涂覆金屬合金。例如，如果在坩堝中放入50%的鋅和50%的鎂，鑒于蒸發(fā)速度不同，因而就得到85%的鋅和15%鎂的合金。然而，鑒于要連續(xù)改變在坩堝中的濃度，使得這樣的控制意味著系統(tǒng)管理有很大的難度。特別是難于保證坩堝中的均勻性，特別是如果坩堝截面不是圓形的話就更是如此。例如POSCO (出版物《在POSCO的下一代汽車鋼材(Next Generation Automotive Steels at P0SC0)》，2008 年 1 月)提出了通過PVD以極高速度、高蒸汽效率以及高能效得到的涂層，特別是以利用單一的蒸汽源進行合金共沉積的形式。按照現(xiàn)有技術(shù)的另一種實施方式還在于使用兩個各產(chǎn)生一種蒸汽的坩堝，所產(chǎn)生的兩種蒸汽通過管道被引向混合器裝置，從該混合器裝置起將合金沉積在帶上。專利BE 1010720 A3描述了利用氣相金屬合金連續(xù)涂布移動中的基底的方法，在該方法中，在適當(dāng)?shù)牟煌羞M行合金的不同成分的蒸發(fā)，并將得到的不同金屬蒸汽導(dǎo)向要進行沉積的部位。來自含有金屬合金組分的金屬浴的蒸汽之一對于存在的其它金屬蒸汽起著推進元素的作用。在文獻W0-A-02/06558中，在真空下利用一個裝有鋅而另一個裝有鎂的兩個坩堝進行蒸發(fā)，而得到ZnMg涂層。在噴射到帶上之前，蒸汽在呈帶有孔或隙口的板狀的節(jié)流裝置中進行混合，其允許得到最大的蒸汽流量和聲速。但是，在混合以前的蒸汽的高速使得很難通過分子擴散而獲得均勻的混合物。在LBaptiste等人的《電磁懸浮在金屬帶上進行高速物理蒸汽沉積涂層的新技術(shù)(Electromagnetic levitation :A new technology for high rate physical vapour deposition of coatings onto metallic strip，Surface &Coatings Technology 202(2007) 1189-1193)))中，提出了基于導(dǎo)體材料在高頻電磁場中懸浮技術(shù)的方法。通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計感應(yīng)線圈，能夠得到高的功率密度，并能很容易地使低蒸汽壓的金屬如鋁、鎳或銅，甚至于它們的合金蒸發(fā)。通過專門設(shè)計的蒸汽分配系統(tǒng)將所產(chǎn)生的蒸汽導(dǎo)向基底，這允許得到均勻性良好的涂層和使蒸汽得到很好利用。文獻US-A-5，002, 837描述了以完全合金Zn2Mg或ai2Mg/ZnnM&相蒸發(fā)沉積Zn/ ZnMg雙層涂層的方法。屬于本申請人的申請EP-A-2 048 261公開了一種用于在鋼帶上沉積金屬涂層的蒸汽發(fā)生器，該發(fā)生器包括呈圍腔形式的真空室，呈圍腔形式的真空室配有用來保證其中相對外部環(huán)境處于減壓狀態(tài)的部件并配有允許帶出入的部件，同時相對于外部環(huán)境其基本是密封的。該圍腔包括被稱為噴射器的蒸汽沉積頭，其構(gòu)形成產(chǎn)生朝向帶表面的方向并與帶表面垂直的具有聲速的金屬蒸汽射流。該噴射器通過供給管與至少一個裝有液態(tài)涂覆金屬并位于真空室外的坩堝密封地相連通。該蒸汽發(fā)生器包括用于調(diào)節(jié)噴射器中金屬蒸汽的流量、壓力和/或速度的設(shè)備。該文獻EP-A-2 048 261屬于CBE第M條第3款的現(xiàn)有技術(shù)。屬于本申請人的以前申請EP-A-I 972 699公開了一種基底涂覆的方法和設(shè)備， 按照該方法和設(shè)備，借助于真空沉積設(shè)備，在所述基底上連續(xù)沉積包括至少兩種金屬元素的金屬合金層，該設(shè)備包括蒸汽射流涂布裝置，從而允許在基底上噴射以預(yù)先確定的和恒定的相對比例包含有不同金屬元素的蒸汽，該蒸汽被預(yù)先加速到聲速。該方法更具體地用于沉積ZnMg涂層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種能夠克服現(xiàn)有技術(shù)缺點的解決方案。本發(fā)明特別地旨在尤其達到如下目的-在真空圍腔中沒有用于沉積的液體源；-制造簡單；-非常顯著地縮短兩種或多種金屬蒸汽的混合長度；-能夠細微而迅速地可調(diào)節(jié)個體合金金屬的含量；-坩堝容易接近和維護；-蒸發(fā)的均勻性優(yōu)異，能夠適配在超過an的帶寬上的簡單機械；
-可使蒸汽流量實現(xiàn)最大化；-通過控制電功率和/或蒸發(fā)表面溫度很容易調(diào)節(jié)蒸汽流量；
-設(shè)計用于完全真空沉積合金的十分靈活的設(shè)備。本發(fā)明的主要特征要素本發(fā)明的首要目的涉及在基底上、優(yōu)選在連續(xù)行進的金屬帶上真空沉積金屬合金涂層的設(shè)備，所述設(shè)備配有蒸汽的發(fā)生器-混合器，該蒸汽的發(fā)生器-混合器包括呈圍腔形式的真空室，所述真空室配有用于保證其中相對于外部環(huán)境呈負壓狀態(tài)的部件并配有允許所述基底進入和排出的部件，同時所述真空室相對于外部環(huán)境基本密封，所述圍腔包括被稱為噴射器的蒸汽沉積頭，其被構(gòu)造成產(chǎn)生具有聲速的朝所述基底的表面的方向并垂直于該基底的表面的金屬合金蒸汽射流，所述噴射器與分開的混合器裝置密封地相連通，所述混合器裝置本身在上游分別連接到至少兩個裝有不同液態(tài)金屬Ml和M2的坩堝，每一個坩堝通過自有的管道連接至所述混合器。按照本發(fā)明的在基底上真空沉積金屬合金涂層的設(shè)備的一些優(yōu)選實施方式，該設(shè)備還包括一個或多個與該設(shè)備的基本特征相組合的如下特征-所述混合器包括圓柱形的殼罩，多個規(guī)則布置并在入口處連接至第一金屬蒸汽輸入管道的管子沿著該殼罩的軸線位于所述殼罩內(nèi)，第二金屬蒸汽輸入管道相對于所述圓柱形的殼罩側(cè)向地連接至所述管子之間的間隙空間中。所述管子和所述間隙空間具有全都通到能進行蒸汽混合的空間的出口孔；-所述混合器包括一系列允許分隔至少兩種進入蒸汽的隔離件，這些隔離件形成有允許排出兩種蒸汽以使它們在排出流的方向上以一種蒸汽與另一種蒸汽的交替層的形式進行混合的孔；-每一個所述管道包括一個可選地具有減壓裝置的比例閥；-該比例閥是蝶形閥；-所述噴射器包括在所述基底的整個寬度上延伸并起聲頸作用的排出蒸汽的縱向隙口、以及過濾介質(zhì)或壓降構(gòu)件，其用燒結(jié)材料制成、優(yōu)選用鈦制造或者呈燒結(jié)不銹鋼絲制的金屬網(wǎng)形式，以便均衡和調(diào)整從所述噴射器排出的蒸汽的速度向量；-所述設(shè)備包括用于使所述隙口的長度調(diào)適于所述基底的寬度的機構(gòu)；-所述機構(gòu)包括使所述噴射器圍繞其供給管道轉(zhuǎn)動的部件；-所述噴射器、所述混合器、所述管道和所述坩堝與外部環(huán)境是熱隔絕的并且通過輻射爐被加熱；-所述設(shè)備包括可選的真空圍腔加熱部件；-第一多孔表面位于所述混合器的所述管子的出口和/或第二多孔表面位于所述混合器的所述間隙空間的出口，以便平衡相應(yīng)兩種蒸汽的壓力；-補充管道分接安裝在把第一金屬Ml向所述混合器輸入的管道上，該輸入第一金屬Ml的管道具有隔離閥并通到所述真空室中于補充噴射器上，所述補充噴射器構(gòu)造成產(chǎn)生具有聲速并朝所述基底的表面的方向且垂直于該基底的表面的第一金屬Ml的蒸汽射流，通到所述混合器的所述輸入第一金屬Ml的管道的部分配有用于隔離所述第一坩堝與所述混合器的補充閥。本發(fā)明的第二個目的涉及到利用如上所述的設(shè)備，在基底上優(yōu)選在連續(xù)行進的金屬帶上沉積金屬合金涂層的方法，其特征在于-在混合器的入口調(diào)節(jié)每一種金屬蒸汽的流速，使得在所述混合器入口處的所述蒸汽的流速比聲速低了 9/10，優(yōu)選低了 49/50 ；-當(dāng)將待沉積在所述基底上的蒸汽進行混合時，獨立地調(diào)節(jié)每一種金屬的濃度。有利地，實施本方法以便流速小于100m/S、優(yōu)選在5m/s到50m/s。也是有利的是，按照本發(fā)明的方法，其應(yīng)用前述的在基底上、優(yōu)選在連續(xù)行進的金屬帶上真空沉積金屬合金涂層的設(shè)備，所述補充閥閉合，而所述隔離閥開啟，可在真空室中在所述基底上相繼地于所述補充噴射器處沉積第一金屬Ml和于所述噴射器處沉積第二金屬M2。也是有利的是，按照該方法，其應(yīng)用前述的在基底上、優(yōu)選在連續(xù)行進的金屬帶上真空沉積金屬合金涂層的設(shè)備，所述補充閥開啟而所述隔離閥閉合，在所述真空室中于所述噴射器處直接沉積M1+M2合金在所述基底上?？偸怯欣氖牵凑赵摲椒?，其應(yīng)用前述的在基底上、優(yōu)選在連續(xù)行進的金屬帶上真空沉積金屬合金涂層的設(shè)備，所述補充閥和所述隔離閥同樣都開啟，在所述真空室中在所述基底上相繼地在所述補充噴射器處沉積第一金屬Ml和在所述噴射器處直接沉積 M1+M2合金。有利的是，按照上述方法，在進行金屬沉積或合金沉積之后，進行熱處理。


圖1示意性地表示按照本發(fā)明的帶有混合器的蒸汽發(fā)生器，其允許在基底上沉積兩種純金屬的合金；圖2A至2C表示按照本發(fā)明的一優(yōu)選實施方式的金屬蒸汽混合器的細部圖；圖3A和:3B分別示意性地表示按照本發(fā)明的一優(yōu)選實施方式的完全雙模式設(shè)備的平面視圖和正視圖，該設(shè)備或可用于在金屬帶上沉積兩種不同的金屬種類，或可用于通過使用上述混合器直接沉積合金；圖4還表示按照圖3A和;3B的設(shè)備的管道的透視圖；圖5表示在中試生產(chǎn)線(ligne pilote)上實施本發(fā)明時用輝光放電光發(fā)射譜儀 (GDOES)分析ZnMg涂層的結(jié)果，其用在被涂布的帶的整個寬度上于不同點上得到的鋅和鎂的重量值(目標公稱值的％，I/In)來表示；圖6表示ZnMg型合金的組成以及在JVD設(shè)備的閥開啟時刻得到的層的重量變化 (沿著金屬帶進行的ICP分析)。
具體實施例方式按照本發(fā)明提出的解決方案在于使用外置的蒸發(fā)坩堝，即它與用于輸出蒸汽的具有縱向隙口或標定孔的下文稱為噴射器的JVD蒸發(fā)頭分離。在單一種類待沉積蒸汽的情況下，這種具有外置坩堝的裝置的一般原理在申請EP-A-2 048 261中有詳細的描述。本專利申請的重點是合金涂層的沉積，因此至少需要使用兩種不同的金屬蒸汽源。在希望混合兩種不同涂覆金屬的蒸汽的情況下，如在圖1中所示，分別裝有兩種不同的純金屬(例如鋅和鎂)的兩個熔融腔或稱坩堝11、12，各自通過配有閥5、5’的管道 4、4’連接于與噴射器3對接的混合室14。一方面借助于所提供的能量和另一方面借助于
8相應(yīng)比例閥5、5’來調(diào)節(jié)混合物中這兩種金屬的濃度，這就簡化了管理的問題。有利地減小了該系統(tǒng)的外形尺寸(參見下文)。由于有閥，該裝置能夠精密而快速地調(diào)節(jié)蒸汽流量。為此，選擇圓柱狀的管道能夠獲得良好的高溫真空密封性，還能夠使用比例閥5，例如在市場上能夠獲得的蝶形閥，并且必要時具有減壓裝置5A，用來調(diào)節(jié)蒸汽流量。沉積的厚度取決于金屬蒸汽的流量，而流量本身與所提供的有效功率成比例。當(dāng)改變功率時，就能夠同時改變閥的位置，以使壓降適應(yīng)于新的運行點。質(zhì)量流量也瞬間改變，這就造成在改變閥位置時幾乎不存在的瞬間變化。噴射器3是長度大于待涂布帶寬度的箱體。該裝置具有過濾介質(zhì)或產(chǎn)生壓降的構(gòu)件(未顯示)，用以保證在整個箱體長度上蒸汽流量的均勻性。噴射器3被加熱到高于金屬蒸汽溫度的溫度，并且在外部是絕熱的。標定隙口或者一系列的孔保證使金屬蒸汽以聲速噴射到帶7上。根據(jù)金屬的密度，得到通常從500m/s到800m/s的速度。在整個隙口長度上的聲頸很有效地補充過濾介質(zhì)以保證帶上沉積均勻性。隙口或孔的尺寸S規(guī)定了體積流量(kXvs。nXS，k 0.8)。在噴射器中于隙口或孔的出口處達到聲速vs。n。由于在管道中減壓件(閥幻的存在，因而能調(diào)節(jié)蒸汽流量，賦予其較小的初始壓力。在現(xiàn)有技術(shù)中(參見W0-A-02/06558)，噴射器的兩根供給管配有呈標定孔形式的限流元件。因而正是在此處得到聲速(幾百m/s)。如果把得到完全混合物的混合時間設(shè)為、，繼而如果在這些標定孔出口蒸汽速度為Vtl，那么混合器的長度應(yīng)該為ν(ιΧ、。例如， 如果ν。= 500m/s, t0 = 0. 2s，那么VciXtci就等于IOOm ！因此得出，利用這樣的原理，沉積的混合物實際上是絕不會完全的。因此就產(chǎn)生了涂層均勻性的問題。相反地，在圖1中描述的按照本發(fā)明的裝置，由于在系統(tǒng)中裝入了諸如閥的減壓元件，而允許這次以低速混合蒸汽。在具有在混合器入口通常在5m/s到50m/s之間的被調(diào)節(jié)流速(因此，這些流速因而比聲速低了至少9/10，優(yōu)選低了 49/50)的蒸汽之間進行混合， 這允許使均勻度長度減小到1/10至1/100(因此一般是幾米)。例如，在本申請人的JVD中試生產(chǎn)線上進行的實驗已允許生產(chǎn)具有的鎂含量在 Owt% (重量百分比) 15. 6wt%之間的涂層。借助這些實驗基于對制備的涂層進行的化學(xué)分析已驗證了鎂和鋅的局部壓力。 在鋅的坩堝中得到的壓力介于1956 8736 之間，而在鎂的坩堝中得到的壓力為 241Pa 1467Pa。在進行這些相同實驗時所得到的混合器中的總壓力(ai+Mg)為MlPa 1440Pa。 基于這些實驗數(shù)據(jù)計算出的混合器中的金屬蒸汽速度在9. 81m/s 22. 7m/s之間，即在 0. 02Mach 0. 04Mach之間(因此明顯低于聲速)。另外，相同化學(xué)分析已可顯示出利用如在本發(fā)明中所述的設(shè)備進行的蒸汽混合， 已允許制備出在帶的整個寬度上其組成都是均勻的沉積層。例如圖5顯示出通過在利用該方法涂布的整個帶寬度上于不同點進行分析而得到的鋅和鎂的重量(目標公稱值以％表示)°最后，圖6表示合金類型的組成的變化以及從JVD設(shè)備的閥開啟時刻得到的涂層重量的變化情況。為此，該極端的實施例顯示出按照本發(fā)明實施的系統(tǒng)能夠管理工業(yè)生產(chǎn)線的瞬變過程(停止、速度改變、規(guī)格改變等)，因為從打開閥時就達到了追求的目標并且該目標在后面整個生產(chǎn)期都保持穩(wěn)定。
再有，在混合器的情況下，已認識到如果交替地使兩種氣體A和B的多個層接觸而不是只使一個A層和一個B層接觸，則分子擴散就會增大的原理。在擴散器中的分隔壁的數(shù)量允許仍顯著縮短擴散長度和混合時間。在如上所述類型的混合器中應(yīng)用該原理，允許將混合長度縮短到幾厘米，因此允許設(shè)計出小尺寸的混合器，考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性(噴射器在真空、高溫下)這是一個優(yōu)勢。利用數(shù)字模擬已研究了這種使用低速金屬蒸汽并交替分配的混合器的可行性。結(jié)果導(dǎo)致了在圖2A至圖2C上所示的按照本發(fā)明的混合器的一優(yōu)選實施方式的設(shè)計。按照該優(yōu)選的實施方式，混合裝置14具有圓柱形殼罩14C的形式，其內(nèi)部包括按該圓柱的軸線規(guī)則排列和連接至輸入第一金屬蒸汽Ml的管道4’的多個管子14A。輸入第二金屬蒸汽M2的管道4側(cè)向于圓柱形的殼罩地連接至間隙空間14B中，間隙空間14B在管子14A之間，位于所述圓柱形殼罩14C的內(nèi)部。管子14A被保持并固定在凸緣16上。管子 14A和間隙空間14B在出口處全都通到嚴格意義上的混合空間15。為混合裝置設(shè)計而選擇圓柱形對稱體，當(dāng)然是與其良好的抗壓強度有關(guān)。利用具有蒸汽混合器的借助外部調(diào)節(jié)閥的低速外置系統(tǒng)的使用，與現(xiàn)有技術(shù)中已知的共蒸發(fā)技術(shù)相比具有一定優(yōu)勢。實際上，更加容易借助對于每種蒸汽的相應(yīng)的單獨閥和功率的組合作用，調(diào)節(jié)對每一種金屬所需的蒸汽含量。功率允許調(diào)節(jié)混合數(shù)量，而閥允許迅速地固定和改變作業(yè)點。事實上，由于閥的壓降，能夠改變壓力而不會改變閥后面的溫度。與此相反，按照現(xiàn)有技術(shù)，壓力的改變總是從屬于溫度變化，因此從屬于加熱狀態(tài)的改變，并且會產(chǎn)生慣性和瞬變過程。所需的壓力對于兩種金屬Ml和M2是不同的(例如Tevap(Zn) = 600°C，而Tevap(Mg) =700°C )，因為它們不具有相同的密度，也不具有相同的物理特性。在這些條件下，可通過在回路中加入兩種呈多孔表面形式(未顯示)的附加壓降元件來平衡兩種相應(yīng)氣體的不同壓力。第一多孔表面位于管子14A的出口(金屬Ml)，第二多孔表面則位于間隔氣體的出口(M2)。在此情況下，通過摩擦，即通過熱量傳遞來實現(xiàn)壓力或速度的再平衡，并因此避免了會導(dǎo)致再凝聚的氣體絕熱膨脹(沒有熱量傳遞)。在該方面本發(fā)明的優(yōu)點是能夠?qū)υ谌肟诰哂胁煌臏囟然驂毫Φ臍怏w進行管理， 因為利用了閥形式的減壓裝置，其與能源結(jié)合允許調(diào)節(jié)兩種金屬蒸汽的含量。本發(fā)明的另一目的是提供一種如在圖3A、;3B和圖4中所示的“雙模式”真空沉積設(shè)備，該設(shè)備允許如下的沉積模式-沉積Ml，然后沉積M2，這兩種沉積都在真空下進行；-以如上所述獲得的混合物的形式沉積M1+M2，在真空下進行合金沉積；-以如上所述獲得的混合物的形式沉積M1+(M1+M2)，在真空下進行復(fù)合的合金沉積。如在圖中能夠看到的，從坩堝11提供金屬M2的設(shè)備的部分配有混合器14。該設(shè)備能夠獨立地運行，如果Ml沒有與M2混合，即如果閥5B在將Ml輸送到混合器中(當(dāng)閥5B 開啟時)的管道4’的部分中閉合，則用于在真空室6中于噴射器3’處在金屬帶上沉積Ml。 同樣，在閥5B閉合的情況下，從坩堝11提供M2的設(shè)備部分能夠自主運行，并允許在真空室 6中，例如在已沉積的Ml層之上(對于圖3A上從左向右的帶的行進方向)，沉積M2。相反地，如果上述閥5B是開啟的，在混合器14中將進行M1+M2的混合，在真空室6中于噴射器
103處將M1+M2混合物沉積在帶上。利用該設(shè)備可設(shè)想沉積合金的其它可能性，如在噴射器 3’處沉積M1，隨后在噴射器3處進行M1+M2混合物的后繼沉積。因此，可以有利的是在延展性比較好的鋅底層上沉積鋅和鎂的合金，以避免涂層粉化。在圖3A中，比例閥5、5’在相應(yīng)坩堝的出口處又分接有閥5C、5C’。出于如下的理由，本發(fā)明屬于朝向“全PVD”發(fā)展的本技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展背景中-在電解沉積中，帶速度的增加意味著所需電流也要增加(幾百萬安培)，因此耗電增加(數(shù)兆瓦)，從能耗的觀點來看，這是不允許的；再有，該技術(shù)會產(chǎn)生金屬濺沫，這就將最大帶速限制為大約160m/min (米/分鐘)；-用于沉積第一鋅層的浸鍍遇到與離心分離(essorage)有關(guān)的物理限制，在高速時，離心分離效率降低；可容許的帶速極限為大約ISOm/min ；-在真空沉積的情況下，該160m/min至ISOm/min的限制消失，因為不再有會造成損失的液相的存在。金屬蒸汽在沉積圍腔中具有聲速，因此不再有化學(xué)、電學(xué)或物理的限制。因此，在未來，借助于本發(fā)明的技術(shù)，可有望達到200 220m/min，甚至于300m/min。本發(fā)明的優(yōu)點按照本發(fā)明的系統(tǒng)允許得到沉積蒸汽的速度和溫度的非常好的均勻度，同時是可靠和可接受的并且具有極短的響應(yīng)時間。因此本發(fā)明很好地滿足了對該方法的工業(yè)化的要求。另一方面，按照本發(fā)明的外置裝置特別適合于通過蒸汽混合沉積合金，因為它能夠調(diào)節(jié)所沉積的化學(xué)成分，而無須改變液態(tài)合金的組成。與現(xiàn)有技術(shù)相反地，如此在管道中以極低流速進行蒸汽混合。另一個重要的優(yōu)點是能夠借助于如上所述類型的混合器，得到直至達到如 300mm 600mm的小數(shù)值的混合長度，鑒于減小了必需的外形尺寸，此優(yōu)點是特別具有決定性的，知曉的是適合在大約750°C的溫度于真空下保持這樣的裝置。
1權(quán)利要求
1.在基底(7)上真空沉積金屬合金涂層的設(shè)備，所述設(shè)備配有蒸汽的發(fā)生器-混合器， 該蒸汽的發(fā)生器-混合器包括呈圍腔形式的真空室(6)，所述真空室配有用于保證其中相對于外部環(huán)境呈負壓狀態(tài)的部件并配有允許所述基底(7)進入和排出的部件，同時所述真空室相對于外部環(huán)境基本密封，所述圍腔包括被稱為噴射器(3)的蒸汽沉積頭，其被構(gòu)造成產(chǎn)生具有聲速的朝所述基底(7)的表面的方向并垂直于該基底的表面的金屬合金蒸汽射流，所述噴射器C3)與分開的混合器裝置(14)密封地相連通，所述混合器裝置本身在上游分別連接到至少兩個裝有不同液態(tài)金屬Ml和M2的坩堝(11、12)，每一個坩堝(11、12)通過自有的管道(4、4’ )連接至所述混合器(14)。
2.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述混合器(14)包括圓柱形的殼罩 (14C)，多個規(guī)則布置并在入口處連接至第一金屬蒸汽輸入管道(4)的管子(14A)沿著該殼罩的軸線位于所述殼罩內(nèi)，第二金屬蒸汽輸入管道(4’ )相對于所述圓柱形的殼罩側(cè)向地連接至所述管子(14A)之間的間隙空間(14B)，所述管子(14A)和所述間隙空間(14B)具有全都通到能進行蒸汽混合的空間(15)的出口孔。
3.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述混合器(14)包括一系列允許分隔至少兩種進入蒸汽的隔離件，這些隔離件形成有允許排出兩種蒸汽以使它們在排出流的方向上以一種蒸汽與另一種蒸汽的交替層的形式進行混合的孔。
4.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，每一個所述管道G、4’)包括一個可選地具有減壓裝置(5A)的比例閥(5、5，)。
5.按照權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述比例閥(5、5’)是蝶形閥。
6.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述噴射器(3)包括在所述基底的整個寬度上延伸并起聲頸作用的排出蒸汽的縱向隙口以及過濾介質(zhì)或壓降構(gòu)件(3A)，其用燒結(jié)材料制成、優(yōu)選以鈦制造或者呈燒結(jié)不銹鋼絲制的金屬網(wǎng)形式，以便均衡和調(diào)整從所述噴射器(3)排出的蒸汽的速度向量。
7.按照權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于使所述隙口的長度調(diào)適于所述基底的寬度的機構(gòu)。
8.按照權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述機構(gòu)包括使所述噴射器(3)圍繞其供給管道(4)轉(zhuǎn)動的部件。
9.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述噴射器(3)、所述混合器(14)、所述管道(4、4’ )和所述坩堝(11、12)與外部環(huán)境是熱隔絕的并且通過輻射爐被加熱。
10.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括可選的真空圍腔(6)加熱部件。
11.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，第一多孔表面位于所述管子(14A)的出口和/或第二多孔表面位于所述間隙空間(14B)的出口，以便平衡相應(yīng)兩種蒸汽的壓力。
12.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述基底(7)是連續(xù)行進的金屬帶。
13.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其允許通過具有聲速的蒸汽射流，直接在所述基底 (7)上沉積第一金屬Ml和第二金屬M2的合金，其特征在于，補充管道G”)分接安裝在向所述混合器(14)輸入第一金屬Ml的管道(4’ )上，該輸入第一金屬Ml的管道具有隔離閥 (5，)并通到所述真空室(6)中于補充噴射器(3’)，所述補充噴射器(3’)構(gòu)造成產(chǎn)生具有聲速并朝所述基底(7)的表面的方向且垂直于該基底的表面的第一金屬Ml的蒸汽射流，通到所述混合器(14)的所述輸入第一金屬Ml的管道(4’ )的部分配有用于隔離所述第一坩堝(12)與所述混合器(14)的補充閥(5B)。
14.通過使用按照上述權(quán)利要求中任一項的設(shè)備在基底(7)上、優(yōu)選在連續(xù)行進的金屬帶上沉積金屬合金涂層的方法，其特征在于-在混合器(14)的入口調(diào)節(jié)每一種金屬蒸汽的流速，使得在所述混合器入口處的所述蒸汽的流速比聲速低了 9/10、優(yōu)選低了 49/50 ；-當(dāng)將待沉積在所述基底(7)上的蒸汽進行混合時，獨立地調(diào)節(jié)每一種金屬的濃度。
15.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述流速低于100m/S，優(yōu)選為5m/s至 50m/so
16.按照權(quán)利要求14或15所述的方法，其應(yīng)用按照權(quán)利要求13所述的在基底(7)上、 優(yōu)選在連續(xù)行進的金屬帶上真空沉積金屬合金涂層的設(shè)備，其特征在于，所述補充閥(5B) 閉合而所述隔離閥(5，)開啟，在真空室(6)中在所述基底(7)上相繼地于所述補充噴射器 (3’ )處沉積第一金屬Ml和于所述噴射器( 處沉積第二金屬M2。
17.按照權(quán)利要求14或15所述的方法，其應(yīng)用按照權(quán)利要求13所述的在基底(7)上、 優(yōu)選在連續(xù)行進的金屬帶上真空沉積金屬合金涂層的設(shè)備，其特征在于，所述補充閥(5B) 開啟而所述隔離閥(5，)閉合，在所述真空室(6)中于所述噴射器(3)處直接沉積M1+M2合金在所述基底(7)上。
18.按照權(quán)利要求14或15所述的方法，其應(yīng)用按照權(quán)利要求13所述的在基底(7)上、 優(yōu)選在連續(xù)行進的金屬帶上真空沉積金屬合金涂層的設(shè)備，其特征在于，所述補充閥(5B) 和所述隔離閥(5，)同樣都開啟，在所述真空室(6)中在所述基底(7)上相繼地于所述補充噴射器(3，)處沉積第一金屬Ml和于所述噴射器( 處直接沉積M1+M2合金。
19.按照權(quán)利要求14至18中任一項所述的方法，其特征在于，在進行金屬或合金的沉積后，進行熱處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及在基底(7)上真空沉積金屬合金涂層的設(shè)備，設(shè)備配有蒸汽的發(fā)生器-混合器，該蒸汽的發(fā)生器-混合器包括呈圍腔形式的真空室(6)，真空室配有用于保證其中相對于外部環(huán)境呈負壓狀態(tài)的部件并配有允許基底(7)進入和排出的部件，同時真空室相對于外部環(huán)境基本密封，圍腔包括被稱為噴射器(3)的蒸汽沉積頭，其被構(gòu)造成產(chǎn)生具有聲速的朝基底(7)的表面的方向并垂直于該基底(7)的表面的金屬合金蒸汽射流，噴射器(3)與分開的混合器裝置(14)密封地相連通，混合器裝置本身在上游分別連接到至少兩個裝有不同液態(tài)金屬M1和M2的坩堝(11、12)，每一個坩堝(11、12)通過自有的管道(4、4’)連接至混合器(14)。
文檔編號C23C14/24GK102257175SQ200980150715
公開日2011年11月23日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者B·施米茨, E·西爾伯貝格, L·瓦埃, M·莫努瓦耶 申請人:安賽樂米塔爾法國公司