[发明专利]用于在金属带上沉积合金镀膜的工业蒸汽发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业蒸汽发生器，用以借助金属蒸汽，连续地真空镀涂运动中的基材、尤其金属带，以便在其表面上形成金属层、优选金属合金层，从而保证其优异的耐腐蚀性并同时保持良好的冲压和可焊接的特性。

背景技术

从二十世纪八十年代末就已经知道，在钢带表面淀积某些合金例如ZnMg具有保护钢的作用。合金ZnMg的优异的耐腐蚀性归因于在钢带表面按具有阻挡膜作用的极致密层形成的腐蚀产物的性质。

这种合金沉积通常不可能借助常规技术如电解淀积、浸镀等进行。因此，在大气压力下进行浸泡时，可能发生液态金属浴被空气中的氧污染，从而在金属浴的表面形成氧化物。

因此，唯一可能的方法经常是在真空下蒸发纯的或呈合金形式的液态金属(PVD(Pressure Vapor Deposition)技术，即压力气相沉积技术)。

在该技术的范围内，已知将基材放置在保持于低温并容纳熔融金属坩埚的真空围腔中。因而沉积在温度低于金属蒸汽温度的所有壁上进行。为了提高在基材上沉积的效率并避免浪费，对围腔的壁进行加热因而是有意义的。

文献US-A-5,002,837描述了通过蒸发沉积具有Zn₂Mg或Zn₂Mg/Zn₁₁Mg₂完全合金相的双层Zn/ZnMg式的镀膜层。

在文献EP-A-0730045中，描述了一种钢带镀层，其利用真空沉积的3层或5层ZnMg合金层淀积而成，保证了很好的耐腐蚀性并在冲压时产生尽可能少的粉末。

在文献WO-A-02/06558(或EP-A-1174526)中，在真空下通过从两个坩埚进行的共蒸发得到ZnMg镀膜，两个坩埚其中之一装有锌而另一个坩埚中则装有镁。在被溅射到带上之前，在一个喷射器中将蒸汽混合，每一蒸汽管道都具有一个呈板状的收缩装置或约束装置，板设有不同形状的孔或缝隙，从而允许得到以声速的蒸汽射流并且在喷射器中最大的蒸汽流量。通过打开具有“开/闭”双位的、或者全开或全闭式阀(机械快门)，进行蒸汽从坩埚中经由喷射器进入到真空室中，所述阀分别在系统启动时开放而在系统停止时关闭。使用这些阀门给解决启动或停止时的加热或冷却的问题提供了潜在的解决方案。如果需要以受控方式加热蒸汽以消除重新冷凝的危险，则建议使用在蒸汽通过的管道中感应加热的、如导体多孔过滤器的换热器。

在文献WO-A-02/14573中描述了进行这样的镀覆：从由电镀锌或浸镀锌的传统工艺得到的镀锌基镀层出发，然后基镀层本身再在真空下被涂覆以镁。感应快速加热允许在几秒钟内实现熔融沉积，并允许在冷却之后在整个层厚中实现ZnMg合金相的有利微结构分布。

本申请人另外还提出了一种通过PVD方法(EP-A-0756022)得到的电镀锌/ZnMg合金双层式工业产品、以及利用红外加热系统对工艺进行的改进，用以实现镁与锌的合金化，以便尽可能减少脆性FeZn金属间相的形成。

在文献WO-A-97/47782中，描述了一种用于连续镀覆运动中的基材的方法，其中，通过在真空围腔中对装有由涂层金属构成的金属浴的坩埚进行感应加热而产生金属蒸汽。蒸汽通过将其带往优选标定口径的出口孔的导管，从坩埚中排出，以形成引导向待镀覆基材表面的射流。使用呈狭窄截面的纵向缝隙形式的孔口，允许沿着该缝隙(音颈)以恒定声速调节蒸汽的质量流量，其优点是得到均匀的沉积层。后面将使用首字母缩略词“JVD(即Jet Vapor Deposition)(喷射蒸汽沉积)”来表示该技术。

但是，该技术具有多个缺陷，其中特别是：

-液态金属持续的供给意味着要在一个或几个位点考虑其回到槽；

-液态金属含有杂质，蒸发后这些杂质在金属浴表面上会集聚，这就减小了流量。一种解决的办法是从表面撇去浮渣或者使物料再循环，但是整个机械操作在真空下是难以进行的；

-难以使蒸发缝隙适配于可变带宽，这意味着需要设置用于在两侧遮蔽缝隙的遮掩部件，因此要在真空和700℃下进行蒸汽密封，这是不容易实现的；

-当带的运动停止时该缝隙难以遮蔽，这将意味着在2m或更大的典型长度上需要存在密封的线性阀；

-系统有很大的热惯性(至少几分钟)；

-在真空下进行感应加热必须使总电加热功率穿过真空密封壁，这就使设备不容易触及到和进行维修。

另外，现有技术对必须进行两种不同金属的共沉积没有给出满意的解决办法，这意味着要在蒸发器的出口混合两种射流。使用具有偏导器的中间混合箱不能带来任何令人信服的结果。