[發明專利]用于在部件的表面上形成涂層的裝置

有效

• 申請號: 201580050732.4
• 申請日: 2015-09-17
• 公開（公告）號: CN107109626B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 斯拉夫喬·托帕爾斯基;托馬斯·斯塔基;阿克塞爾·茨維克;克勞斯·克拉茲恩伯格
• 申請（專利權）人: 蒂森克虜伯鋼鐵歐洲股份公司
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/22;C23C14/24;C23C14/56
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華;石磊

本發明涉及一種用于在部件的表面上形成涂層的裝置，其中，至少一種線狀或帶狀材料用于形成涂層，并且連接到直流電流源，其中，電弧形成在線狀材料之間或形成在一種線狀或帶狀材料與一個陰極或陽極之間，其中，線狀或帶狀材料能夠通過送料裝置供給；以及，通過開口，通過氣體或氣體混合物的氣體流，線狀或帶狀材料的熔化和/或蒸發的材料流動到腔室的內部中，所述腔室能夠被加熱到至少等于用于所述涂層的所述至少一種材料或具有相應最高蒸發溫度的材料的蒸發溫度的溫度，以及一種或多種所述材料完全蒸發并且通過存在于所述腔室上的至少一個開口離開并且撞擊在所述部件的待涂覆的表面上，用以形成相應涂層。

技術領域

本發明涉及一種用于在部件、帶狀材料或工具的表面上形成涂層的裝置。可以形成不同涂層，所述不同涂層特別形成耐高溫、耐磨損或耐腐蝕的層。

背景技術

到目前為止，還沒有任何以連續材料進料(例如，快速運行的鋼帶狀材料)對大表面連續涂覆的良好可控的涂覆方法，其中，通過氣相沉積進行涂覆，該方法比常規的涂覆方法具有經濟競爭力，并且通過該方法，還可以由高熔點材料形成涂層。

因此，幾十年來，在用于精加工部件的批處理過程中，使用在負壓下工作的氣相沉積方法和具有高功能(耐磨損、光學和磁性應用、微電子學)層的工具進行涂覆，例如，已知的化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)和物理氣相沉積(Physical VaporDeposition，PVD)方法。雖然CVD方法由于與處理前體和處理廢氣相關的困難而沒有廣泛用于連續過程，但是現在，在許多領域中，PVD方法對于精加工平板產品(鏡子、建筑玻璃)、片材和卷材(包裝膜、銅板和鋁板)是絕對必要的。

PVD方法的關鍵優點在于，其中，涂層材料使用物理方法轉移到氣相，它們由于層組成和結構而具有非常高的柔性，這允許例如目標層設計。因此，自從20世紀80年代以來，一直在致力于在連續工藝中用氮化鈦涂覆電帶以減少磁滯損耗，并且還有相應的專利。

典型地，用固體或液體金屬填充并且用電子束槍蒸發的坩堝在較高熔點金屬(例如鈦)的氣相沉積期間使用。在這些情況下，連續提供到坩堝中的材料是有問題的。由于電子束的可接近性問題，在坩堝上方，材料可能不能以低損耗被傳導通過待涂覆的相應部件或工具的表面的熱通道。因此，散射涂層保留，在短暫的時間之后必須清潔并供給到再循環過程，這涉及非常復雜并且導致不能有效使用的時間損失。

在通過PVD工藝生產由鋅-鎂合金制成的防腐蝕層的領域中，也已經存在許多公認的技術解決方案。例如，使用Zn和Mg的共蒸汽沉積或包括Zn和Mg的多個交替連續層的層系統的氣相沉積。還建議使用另外的熱后續處理。

還已知使用具有鋅涂層和鋅合金涂層的PVD涂覆方法。可以使用包括兩個噴射蒸發器和一個混合腔室的系統。蒸發器中的金屬被感應加熱，形成的金屬蒸汽被引導到混合腔室中并且從那里被引導到運行的帶狀部件的表面上。盡管該方法允許高速率，但由于大量熔化材料，其極度熱阻滯，這使得工業過程的調節更加困難。此外，所有的蒸汽接觸表面必須保持高于所使用的金屬的冷凝溫度，這幾乎不能處理，特別是對于更高熔點的金屬。此外，由于技術工藝原因，具有確定組成的金屬合金層的生產是困難的。還存在將材料連續進料到蒸發器中的問題。因此，沒有長時間耐受液態鎂的材料。

另一種方法是基于電磁懸浮。在該方法中，將線狀材料側向進料到石英管中，并且在保持懸掛的同時，通過包圍石英管的線圈熔化和蒸發。該方法在低熔點金屬上成功測試，但是在較高溫度下熔化的金屬不可能將該層均勻地沉積在表面上。另外，在形成于各個表面上的層中引入液滴(較大的顆粒)，這對于耐腐蝕層，耐磨層和經受滑動磨損的層是不可接受的。

將切斷的金屬線片應用于過熱板并立即在那里蒸發的方法，所謂的快速蒸汽沉積，解決了材料進料問題。然而，由于在固相中進料的材料和需要顯著高于每根線材上的蒸發溫度的溫度，不可能獲得足夠的蒸發速率。