Pvd厚度控制
阅读说明：本技术 Pvd厚度控制 (PVD thickness control ) 是由 L·库梅尔 T·道贝 于 2020-04-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于在带材涂层设备(1)中利用金属基材(12)对金属带材(10)进行涂层的方法,其中,所述涂层根据物理气相沉积(PVD)的原理进行并且通过带材速度和雾化速率的参数调整涂层厚度。根据本发明规定,在金属带材(10)的涂层厚度变化和/或宽度变化的情况下,雾化速率和带材速度同时发生改变,从而能够独立于热雾化过程直接实施所述涂层厚度变化。(The invention relates to a method for coating a metal strip (10) with a metal base material (12) in a strip coating installation (1), wherein the coating is carried out according to the principle of Physical Vapor Deposition (PVD) and the thickness of the coating is adjusted by means of the parameters of strip speed and atomization rate. According to the invention, the atomization rate and the strip speed are simultaneously varied in the case of a change in the thickness and/or a change in the width of the coating of the metal strip (10), so that the coating thickness change can be carried out directly independently of the thermal atomization process.)
技术领域
本发明涉及一种用于在带材涂层设备中利用金属基材、特别是锌对金属带材进行涂层的方法，其中，所述涂层根据物理气相沉积(PVD)的原理进行，并且通过带材速度和雾化速率的参数调整涂层厚度，本发明还涉及一种用于利用金属基材对金属带材进行涂层的设备。
背景技术
用于在金属带材上涂覆钝化层的方法原则上由现有技术已知。
例如，文献JPS6296669公开了一种为钢带涂覆锌层的方法，其中在涂覆之前，钢带的温度被调整到特定的温度范围。
文献JPS63128168公开了一种为钢带涂覆锌层的方法，该方法具有更好的深拉延性。
由文献JPH05287528已知一种用于气相沉积器的控制单元，以提高沉积层的质量。在此，沉积涂层厚度通过涂层厚度检测器连续确定，并且带材速度通过速度检测器连续确定并发送给控制单元。例如，如果超过或未达到涂层厚度设定值，则通过控制单元对带材速度进行相应调整，以使沉积涂层厚度保持恒定。
由文献JPS6320448已知一种用铝对钢带进行涂层的方法，其中铝-铁合金层的形成被事先形成的AlN(氮化铝)层所阻止。AlN层的涂层厚度在此是通过调整带材速度来调整的。
文献DE1521573公开了一种用于真空中连续带材涂装方法的控制设备，其中，金属蒸汽根据带材速度沉积在带材表面，从而实现均匀的涂层厚度。
文献EP0176852公开了一种用于对金属带材进行连续涂层的真空涂层装置，其中设有控制装置，用于改变金属蒸汽通道的宽度，从而使不同宽度的金属带材能够以均匀的涂层厚度进行涂层。
在PVD涂层工艺中，所期望的金属基材被雾化并沉积在金属表面上，其中，雾化通常在真空中利用已知技术进行。然后，经过雾化的金属基材沉积在金属带材的表面。
由于雾化过程是热学过程，在工艺变化的情况下，如金属带材的涂层厚度变化和/或宽度变化，雾化速率的调整只会是缓慢的，导致金属带材上形成的区段不具有期望的涂层厚度，因而不符合质量要求。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种克服现有技术缺点的方法以及设备。
这项任务通过具有权利要求1特征的方法以及具有权利要求8特征的设备来实现。
从属权利要求分别涉及本发明的优选实施方案或进一步实施方案，其各自的特征可以在技术上适宜的范围内自由地相互结合，如有必要还可以跨越各项权利要求的类别界限。
所述方法被提供用于在带材涂层设备中利用金属基材对金属带材进行涂层，其中，所述涂层根据物理气相沉积(PVD)的原理进行并且通过带材速度和雾化速率的参数调整涂层厚度。根据本发明规定，在金属带材的涂层厚度变化和/或宽度变化的情况下，雾化速率和带材速度同时改变，从而涂层厚度变化可以独立于热雾化过程直接实施。换句话说，在涂层厚度变动的情况下，可以提前调整雾化速率。
所述涂层可以单侧地或优选双侧地进行，就是说既对金属带材的上侧也对其下侧进行涂层。
本发明以相同方式提供一种用于利用金属基材对金属带材进行涂层的设备，包括连续的加工线，在加工线中，金属带材沿运动方向运动，其中，在加工线中设有涂层装置，在涂层装置中，金属带材能利用金属基材根据物理气相沉积(PVD)的原理至少单侧地进行涂层，并且其中能通过带材速度和雾化速率的参数调整涂层厚度。根据本发明规定，该设备包括控制单元，其在金属带材的涂层厚度变化和/或宽度变化的情况下，同时改变雾化速率和带材速度，从而涂层厚度变化可以独立于热雾化过程直接实施。
本发明基于下述基本认识，即涂层厚度变化可以通过叠加的速度调整以独立于缓慢的热转换过程的方式直接在金属带材上进行调整。因此，可以有效地规避尚未具有所期望的新调整涂层厚度的较大金属带材区段的形成。此外，雾化速率的调整对于以最优生产速度运行的方法或设备是有利的。
通过“和/或”的表述，本领域技术人员可以认识到，利用根据本发明的方法或根据本发明的设备能实现不同的实施变型方案。
例如，如果要在待涂层的金属带材上或在随后的金属带材上施加新的涂层厚度，则要相应地调整雾化速率。在涂层厚度减少的情况下，雾化速率就降低，在涂层厚度增加的情况下，雾化速率就提高。雾化速率的缓慢降低或提高持续若干分钟，在这一阶段，通过连续的调整，以带材速度提高或降低的形式进行补偿，以便在随后的金属带材上沉积的涂层厚度立即与所期望的目标涂层厚度相一致。
例如，如果后续金属带材比在先的金属带材更宽或更窄，要用相同的涂层厚度进行涂层，则相应调整雾化速率。如果后续带材更窄，雾化速率就降低。如果后续带材更宽，雾化速率就提升。雾化速率的缓慢降低或提高持续若干分钟，在这一阶段，通过连续的调整，以带材速度提高或降低的形式进行补偿，以便在后续带材上沉积的涂层厚度立即与所期望的目标涂层厚度相一致。
在根据本发明的另一种实施变型方案中，后续带材可以做得比在先的金属带材更宽，其中，后续带材上的涂层厚度要比在先的金属带材上的更大。在这种情况下，雾化速率会相应提高，带材速度会降低。雾化速率的缓慢提高持续若干分钟，在这一阶段，通过带材速度的连续降低进行补偿，以便在后续带材上沉积的涂层厚度立即与所期望的目标涂层厚度相一致。
在根据本发明的另一种实施变型方案中，后续带材可以做得比在先的金属带材更宽，其中，后续带材上的涂层厚度要比在先的金属带材上的更小。在这种情况下，雾化速率和带材速度的变化取决于后续带材的和目标涂层厚度的宽度变化。例如，如果在这个构型中，雾化速率和带材速度保持不变，由于在后续带材上要进行涂层的面积较大，因此自动调整为较小的涂层厚度。例如，如果仅带材速度降低，由于在后续带材上要进行涂层的面积较大，因此仍会自动调整为较小的涂层厚度。然而原则上，根据所期望的目标规格以下述方式同时改变雾化速率和带材速度，即，在后续带材上沉积的涂层厚度立即与所期望的目标涂层厚度相一致。
在根据本发明的另一种实施变型方案中，后续带材可以做得比在先的金属带材更窄，其中，后续带材上的涂层厚度要比在先的金属带材上的更大。根据所述规格以下述方式同时改变雾化速率和带材速度，即，在后续带材上沉积的涂层厚度立即与所期望的目标涂层厚度相一致。
最后，在根据本发明的另一种实施变型方案中，后续带材可以做得比在先的金属带材更窄，其中，后续带材上的涂层厚度要比在先的金属带材上的更小。根据所述参数以下述方式同时改变雾化速率和带材速度，即，在后续带材上沉积的涂层厚度立即与所期望的目标涂层厚度相一致。
在一种优选的实施变型方案中，雾化速率和带材速度在固定的时间间隔内一起改变，从而所述两个参数就可以特别精细地相互协调。原则上，所选择的时间间隔越短，就可以越精确地实施金属带材的涂层厚度变化和/或宽度变化。
优选地，金属带材的涂层厚度变化和/或宽度变化通过每个时间间隔的雾化速率和带材速度的数值配对进行，这些数值配对特别优选地是基于历史数据和/或模型关系。在已知待涂层面积和/或待涂层涂层厚度发生变化的情况下，速度调整可以在每个时间单位内相应地进行预控制，以便实现即时调整。
金属带材优选为钢带。金属基材优选包括锌，从而形成纯锌层作为所产生的涂层。
在另一种优选的实施变型方案中，金属基材可以进一步具有镁、铝、铁或硅的成分，从而形成锌合金层作为所产生的涂层。
在特别优选的实施变型方案中，金属带材的涂层厚度变化和/或宽度变化为至少10％、更优选地15％、还更优选地20％、并且最优选25％。
为了确定涂层厚度，优选地使用布置在涂层装置下游的涂层厚度测量器。通过位于下游的涂层厚度测量器，涂层厚度可通过调整带材速度和雾化速率进行调节。
附图说明
根据本发明的方法和根据本发明的设备的其他优点和特征由下文根据附图进一步阐述的实施例得出。其中：
图1示出了按照本发明的设备的实施变型方案的示意性的简化侧视图。
具体实施方式
在图1中示意性地以非常简化的侧视图示出了按照本发明的设备1的实施变型方案。
设备1适用于实施根据本发明的方法，在该方法中，根据物理气相沉积(PVD)的原理，利用金属基材12处理金属带材10，其中，通过带材速度和雾化速率的参数，根据以下公式调整涂层厚度。
其中：
设备1首先包括连续的加工线2，在加工线2中，金属带材10首先由第一卷取装置11退卷，然后在加工线2的端部处由第二卷取装置13再次卷绕。在加工线2内部，金属带材10沿箭头3的运动方向运动并且在这种情况下穿过多个站。
在本文所述的实施变型方案中，设备1包括布置在加工线2中的酸洗装置14和布置在下游的涂层装置16。
在酸洗装置14中准备好金属带材10、例如钢带的表面，以便随后能在涂层装置16中进行涂层。
然后，在涂层装置16中，金属带材10至少单侧、优选双侧地以金属基材12、例如锌层根据物理气相沉积(PVD)的原理进行涂层。在此，涂层厚度可通过带材速度和雾化速率的参数根据上述公式调整。
例如，如果要设置不同的涂层厚度，可以通过改变上述公式来调整带材速度。因此，以下公式适用：
相同的关系也适用于宽度变化或组合式变化。
如果所有过程调整参数，如雾化速率和宽度保持不变，那么仅以下公式适用：
只要所有过程调整参数，如雾化速率和涂层厚度不变，那么仅以下公式适用：
据此，在不改变雾化率的情况下，可以调整涂层厚度变化或宽度变化，直至特定的高度。
然而，转换过程的速度受到单位时间内速度变化的限制。如果要实现涂层厚度和/或宽度的较大变化，必须调整雾化速率。
因此根据本发明在所述方法中规定，在金属带材10的涂层厚度变化和/或宽度变化的情况下，雾化速率和带材速度同时改变，因此，涂层厚度变化可以独立于热雾化过程直接实施。换句话说，在涂层厚度变动的情况下，可以提前调整雾化速率。
为此，设备1包括控制单元18，其在金属带材10的涂层厚度变化和/或宽度变化的情况下，同时改变雾化速率和带材速度，因此，涂层厚度变化可以独立于热雾化过程直接实施。在本文所示的实施方式变型中，控制单元18是支持EDV的，并且还包括存储单元19，其中存储了每个时间间隔的雾化速率和带材速度的数值配对。这些数值配对例如可以基于过去的数据或模型。
例如，如果要在金属带10上施加新的、减少25％的涂层厚度，则通过控制单元18降低雾化速率。雾化速率的缓慢降低持续若干分钟，在这一阶段，通过连续的调整，以基于数值配对的提升带材速度的形式进行补偿，以便在随后的金属带材上沉积的涂层厚度立即与所期望的目标涂层厚度相一致。
由于效率也会发生变化，所以如有必要必须考虑到这一点。因此，在涂层设备16下游的加工线2中额外地布置有涂层厚度测量器20，通过涂层厚度测量器对涂层进行控制。
凭借这个测量值，就可以确定和调整修正值。以下公式适用：
据此，上述公式可以改写为：
如从图1可以看出地，涂层厚度测量器20与控制单元18连接，从而在低于或超过预先给定的数值的情况下，就可以按照所示的数学关系对涂层重新调整，以实现均匀的涂层。
附图标记列表
1 设备
2 加工线
3 箭头
10 金属带材
11 第一卷取装置
12 金属基材
13 第二卷取装置
14 酸洗装置
16 涂层装置
18 控制单元
19 存储单元
20 涂层厚度测量器
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