[发明专利]用于清洁和涂覆金属带材的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于清洁和涂覆金属带材的设备，其中通过等离子体处理工艺进行清洁，并且通过真空气相沉积工艺来施加涂层。真空气相沉积包括物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)，尽管在整个说明书中将使用术语PVD，但其意指可适用的PVD和CVD两者。

背景技术

在工业规模上通过PVD在金属基材(例如钢带材)上施加涂层的重要问题是维持PVD工艺所需的真空度，并保持其中将涂层施加到带材上的沉积室尽可能不受污染。沉积室的污染可通过涂覆蒸气产生，而不是在室壁上的金属带材沉积物上产生。另一种污染形式是清洁金属带材产生的残留物。

连续的PVD涂覆设施设置有入口部分和出口部分，该入口部分和出口部分设置有气锁以将金属带材送入和送出设施。为了成本有效地操作PVD涂覆设施，该过程应尽可能以连续过程来操作。为此，一个先决条件是保持污染水平绝对最低，并因而不需要频繁维护。

已知的如电子束或磁控溅射的PVD涂覆技术具有60％至95％的蒸气产率，其中蒸气产率是金属带材上沉积的蒸气除以全部产生的蒸气的比率。这意味着，利用5-40％的蒸气的这些技术会污染沉积室，需要定期清洁沉积室，因而频繁地中断涂覆过程并且花费大量的时间。

EP0909342公开了一种以几乎100％蒸气产率生产镀锌钢带材的方法。这是通过将蒸气分配部分与加热的通道相结合，并且在沉积室内使用与常规的PVD涂覆工艺中使用的压力(其约为10^-4mbar或更低)相比增大的压力而实现的，蒸气分配部分单独已经能够实现≥99％的蒸气产率。加热的通道壁的温度与材料的蒸气压力和通道中的压力有关。使用加热的通道的结果是涂覆材料不会沉积在壁上，而是改变方向至带材上，并且产生第二次或第三次或第四次改变以沉积在金属带材上。

在EP1902152和“Jet vapor deposition a novel vacuum coating technique with superior properties”，B.Schmitz，Revue de Meturgallie，Vol.97，Nr.7/8，p.971-978,2000中公开了蒸气分配部分。

使用加热的通道还允许在比常规压力高约三个数量级的增大的压力下操作PVD涂覆工艺。这种较高压力的优点在于，在用于金属带材的入口和出口处常规的气锁部分的数量可以减少多个部分。在EP1627096中公开了一种具有多个部分的气锁。

在涂覆沉积过程之前金属带材也需要清洁和活化。这种清洁最常用等离子体溅射技术，例如像用磁控溅射来完成。可以应用的另一种清洁方法包括使用如在WO2008074312中公开的电弧放电装置。在WO2012091409中公开了先进高强度钢的清洁和涂覆，其中通过等离子体、等离子体弧和/或激光清洁除去存在于钢表面上的氧化物，然后在这样的钢上施加涂层。

然而，所有这些清洁方法的主要问题在于，来自溅射层的残留物将不可避免地污染沉积室。钢带材上的氧化层能够具有1至50nm的厚度。在一些情况下，特别是对于先进和超高强度钢，氧化物层能够为几十至几百纳米。

这种量的残留物导致沉积室的污染，这完全抵消了通过使用蒸气分配箱和加热的通道的组合所获得的所有优点。

本发明的目的

本发明的一个目的是提供一种用于清洁和涂覆金属带材的方法和设备，其中尽可能地防止污染。

本发明的另一个目的是提供一种用于清洁和涂覆金属带材的方法和设备，其中尽可能地防止清洁过程的残留物进入沉积室并因此影响涂层沉积或涂层性质。

本发明的另一个目的是提供一种用于清洁和涂覆金属带材的方法和设备，其中从设备中除去清洁过程的残留物。

本发明的另一个目的是提供一种用于清洁和涂覆金属带材的方法和设备，其中用于清洁金属带材的压力高于常规的PVD工艺。

本发明的另一个目的是提供一种用于清洁和涂覆金属带材的方法和设备，其中清洁过程和涂覆过程的压力是相同的数量级或者其差别不大于一个数量级。

本发明的另一个目的是提供一种用于清洁和涂覆金属带材的方法和设备，与常规的PVD涂覆工艺相比，该方法和设备允许以降低的成本操作金属带材的PVD涂覆工艺。

本发明的另一个目的是提供一种Zn基涂覆的钢带材产品，其与在常规的沉积室压力下生产的Zn基涂覆的钢带材产品相比具有优异的粘附结合性能。

本发明的另一个目的是提供一种Zn-Mg涂覆的钢带材产品，其与在常规的沉积室压力下生产的Zn-Mg基涂覆的钢带材产品相比具有优异的粘附结合性能。