DE2006866B2 - Vorrichtung zum kontinuierlichen bedampfen eines langgestreckten metallteils - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Bedampfen eines langgestreckten Metallteils unter Vakuum mit Metall, insbesondere eines Bandes oder eines Drahtes aus Stahl, bei der das Metallteil durch einen erhitzten Reflektor geführt ist, der das Metallteil umgibt. Eine derartige Vorrichtung ist in der DT-OS 1521151 beschrieben.

Es ist bekannt, die Oberflächen von Metallen gegen Korrosion durch Stoffe, denen sie ausgesetzt sind, zu schützen, um ihre Lebensdauer zu verlängern. Insbesondere werden Teile aus Stahl oder Stahlprodukten zum Schutz gegen Korrosion mit verschiedenartigen Überzügen versehen, die auf unterschiedliche

gesehen, wobei der Reflektor positiv und das Metallteil negagtiv geladen sind. Auf diese Weise werden die Atome in positive Metallionen umgewandelt, die

durch die ebenfalls positiv aufgeladene Haube abgestoßen und auf das Band geworfen werden, auf dem sie kondensieren. Dadurch wird die Ausbeute vergrößert. Die Erfindung sieht vor, zum Verdampfen des Metalls Elektronenstrahlkanonen zu benutzen, durch die eine sehr gleichmäßige und schnelle Erwärmung des in den Wannen angeordneten Metalls erfolgt.

Zur Beurteilung der Erfindung wird noch nachfolgender Stand der Technik angeführt:

Aus dem schweizerischen Patent 2 88 438 ist eine Vorrichtung zum Aufbringen einer metallischen Beschichtung auf eia langgestrecktes Produkt bekannt, die in einem luftleeren Raum angeordnet ist und einen Behälter enthält, der aus zwei zylindrischen

Weise aufgebracht werden. Es ist beispielsweise ein 45 Teilen besteht, die durch zwei Flansche miteinander Verfahren zum Aufbringen eines metallischen Über- verbunden sind und der einen Eintritt und einen zuges bekannt, das darin besteht, das zu beschich- gegenüberliegenden Austritt hat. Das zu beschichtende Teil in einen Raum zu bringen, in dem ein tende Produkt durchquert den Hohlraum der VorVakuum von etwa 10~⁴ Torr herrscht und Metall- richtung diametral, wobei sich das zu verdampfende dämpfe in diesen Raum einzuleiten, die aus den Me- 50 Metall am Boden des Hohlraums des Behälters betallatomen, die die Beschichtung bilden, bestehen. findet, der aus Graphit besteht und durch elektrischen Die Atome werden durch Verdampfen des Metalls
erzeugt, das auf eine Temperatur oberhalb seines

Verdampfungspunktes gebracht wird, und die so ge

Strom erhitzt wird. Auch bei dieser Vorrichtung durchläuft das zu beschichtende Produkt den Behälter waagerecht; ein Reflektor, der für eine gleichbildeten Dämpfe schlagen sich auf dem zu überzie- 55 mäßige Beschichtung sorgt, ist nicht vorgesehen,
henden Teil nieder. Dieses Verfahren wurde bei- Eine Ausführungsform der in dem US-PS 30 19 129

spielsweise zur Beschichtung von Bändern und Dräh- beschriebenen Vorrichtung zur Beschichtung von tem aus Stahl benutzt.

Die Nachteile des bekannten Verfahrens bestehen
darin, daß sich die Atome im Vakuum strahlenförmig und im wesentlichen geradlinig ausbreiten,
so daß nur die Atome, die direkt auf den Teil der
zu beschichtenden Oberfläche, der von der Erzeugungsstelle aus sichtbar ist, treffen, zur Bildung der
Beschichtung benutzt werden, während alle anderen 65 eine Vorrichtung zum Aufbringen einer nicht korroverlorengehen und sich in dem Raum niederschlagen, dierenden metallischen Beschichtung auf ein Metall-

Metallen sieht vor, den Behälter, in dem die Beschichtung erfolgt, senkrecht anzuordnen. Bei dieser Ausführungsform soll aber kein langgestreckte Metallteil beschichtet werden, sondern beispielsweise ein Pulver oder Kleinteile, die im freien Fall von oben nach unten die Kammer durchqueren.

Das US-PS 17 10 747 betrifft ein Verfahren und

in dem sie kondensieren. Die nicht sichtbare Fläche erhält nur wenige Atome, so daß die Beschichtung

teil, insbesondere zum Beschichten eines Eisendrahtes mit Blei. Dabei erfolgt die Erwärmung durch eine

elektrische Wicklung. Die Vorrichtung enthält auch keine Einrichtungen, mit denen die Metallteilchen, die nicht auf den Draht auftreffen, reflektiert werden. Bei der in dem US-PS 31 17 887 beschriebenen Vorrichtung zum Niederschlagen eines Metalls auf einem Blech wird eine Verdampfungseinrichtnng benutzt, die aus beheizten Oberflächen besteht, wobei die Beheizung der Oberflächen nach und nach durch einen mit elektrischem Strom beaufschlagten Widerstand erfolgt. Mit den heißen Oberflächen stehen Drähte in Berührung, die abschmelzen, so daß sich auf den Oberflächen Schichten des zu verdampfenden Metalls ausbreiten. Diese Beheizungseinrichtung ist zweifellos sehr viel aufwendiger .als die Beheizung cjit Elektronenstrahlen, da sowohl der Hohlraum als auch das Metall erwärmt werden mi'ssen, während durch die Elek'tronenstrahlen ausschließlich das Metall erhitzt wird. Eine derartige Verdampfungseinrichtung ist auch nicht brauchbar für die Behandlung eines Drahtes. Das gleichförmige Aufbringen eines Überzuges auf ein Blech ist nicht möglich, da das Aufschmelzen am Berührungspunkt der Drähte mit den Oberflächen erfolgt.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Beschichten von Bändern in schematischer Darstellung,

F i g. 2 die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung in perspektivischer Darstellung und

Fig. 3 ebenfalls perspektivisch, einen Teil einer Einrichtung zur Behandlung eines Drahtes.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung dient zum Beschichten eines Blechbandes und besteht im wesentlichen aus einem Behälter 1, der senkrecht angeordnet ist, d. h. dessen Längsachse senkrecht verläuft und dessen Enden durch Verschlußschleusen) 2 und 3 verschlossen sind. Durch nicht dargestellte Vakuumpumpen, die an den Behälter 1 angeschlossen sind, wird in diesem ein Vakuum im allgemeinen von 10"¹ bis 10~⁵ Torr erzeugt. In den Behälter wird ein Metallband 4, beispielsweise aus Stahl, über Antriebswalzen 5 und 6 eingeführt; das Band durchläuft die. Vorrichtung senkrecht von unten nach oben. Zwei Wannen 7 und 8 aus feuerfestem Material befinden sich auf beiden Seiten des Bandes 4, wobei die freie Seite der Behälter in einer senkrecht zu dem Band verlaufenden Ebene liegt. Die Wannen enthalten ein Metall, das auf eine Temperatur oberhalb seines Schmelzpunktes gebracht wird. Dies geschieht durch zwei Elektronenstrahlkanonen 9 und 10. Die Wannen werden durch eine nicht dargestellte bekannte Vorrichtung fortlaufend mit Metall gefüllt. Die Vorrichtungen 9 und 10 zur Erzeugung von Elektronenstrahlen sind mit einem Umlenkungssystem versehen, das die Elektronen um 180° umlenkt, und einer hin- und hergehenden Ablenkvorrichtung, um die Elektronen zu zwingen, wechselweise auf die Enden der Wannen zu treffen, die somit ebenfalls erhitzt werden. Auf diese Weise bilden die Wannen eine Quelle zur Erzeugung von Metallatomen. Die Atome treten annähernd geradlinig aus, wobei bestimmte Atome direkt auf die beiden Flächen des Bandes 4 treffen, auf dem sie kondensieren und die Beschichtung bilden. Diejenigen Atome, die nicht direkt auf das Band treffen und seitlich an diesem vorbeigehen, treffen auf die Innenfläche 11a des Reflektors 11, der die Form einer Haube hat. Die Haube wird auf eine Temperatur, nämlich die sogenannte Reflexionstemperatur, mittels einer Heizeinrichtung erhitzt, die aus einem Heizwiderstand 12 besteht, der die Haube umgibt und an eine Stromquelle 13 angeschlossen ist. Die Reflexionstemperatur wird so gewählt, daß die Metallatome, die die Haube treffen, nicht kondensieren können und sofort auf das Band 4 zurückgeworfen werden. Versuche haben ergeben, daß diese Temperatur im allgemeinen zwischen ⁷Ao und ¹²Ao des Temperaturwertes liegt, ίο bei dem das Metall schmilzt. Die für die praktische Durchführung des Verfahrens besten Ergebnisse ergeben sich durch Versuche, bei denen die Haube nacheinander verschiedenen Temperaturen unterworfen wird, die von einem Wert von etwa "Λ der Verdampfungstemperatur des Metalls ansteigt und die Temperatur ermittelt wird, bei der die beste Ausbeute erreicht wird.

Der Schirm 11 kann auch auf andere Weise erhitzt werden; beispielsweise kann man ihn direkt mit Strom ao beaufschlagen, so daß sein Eigenwiderstand die Erwärmung hervorruft.

Man kann auch Elektronenstrahlkanonen benutzen, z. B. die Kanonen, die zur Erwärmung der Wannen dienen. Die gebündelten Elektronen, die die »5 Kanone verlassen, werden dabei so abgelenkt, daß sie nacheinander die Wannen und die innere Oberfläche des Schirms treffen. Im übrigen kann die Erwärmung des Schirms durch eine besondere Einrichtung manchmal ganz fortfallen, weil während des Betriebs die erwärmten Wannen eine Wärmestrahlung emittieren, die zur Erwärmung der reflektierenden Schirme ausreicht. Jedoch zum Anfahren Her Verrichtung müssen die Schirme durch die eine oder andere obenerwähnte Einrichtung erwärmt weruun. Um die Haube, deren Eintritt lift oberhalb der Wannen liegt, auf eine erhöhte Temperatur bringen zu können, besteht diese aus einem feuerfesten Metall, z. B. Tantal oder Wolfram. Die konische Form der reflektierenden Oberfläche hat Vorteile wegen der Bildung eines Unterdruckes an ihrer Spitze; es hat sich herausgestellt, daß dadurch die Ausbeute vergrößert wird. Insbesondere kann die reflektierende Oberfläche parabolisch oder eine parabolisch abgebogene Zylinderfläche sein. __ Ferner ist die Haube 11 über eine Leitung 14 α an den positiven Pol einer Stromquelle 14 angeschlossen; die austretenden Metallatome werden beim Verlassen der Wannen der Einwirkung einer Ionisierungseinrichtung 15 bekannter Bauart unterworfen, und zwar kurz oberhalb der Wannen. Auf diese Weise werden die Atome in positive Metallionen umgewandelt, die durch diese Anordnung durch die ebenfalls positiv aufgeladene Haube abgestoßen und auf das Band 4 geworfen werden, auf dem sie kondensieren, wodurch die Ausbeute vergrößert wird. Diese kann noch mehr erhöht werden, wenn man das Band an einen negativen Pol einer nicht dargestellten Stromquelle anschließt. Der Wert der Potentialdifferenz zwischen dem Band und der Haube hängt insbesondere von der Art des niedergeschlagenen Metalls und den Arbeitsbedingungen ab. Zum Aufbringen einer Schicht aus Nickel wurde ermittelt, daß das Band ungefähr ein Potential von — 500 V, die Haube ein Potential von +100 V und das verdampfte Nickel auf dem Erdpotential gehalten werden soll.

Obschon dies nicht immer notwendig ist, kann man in bestimmten Fällen, um eine besonders gute

Haftung der Beschichtung zu erzielen, das Metallteil auf eine Temperatur bringen, die im allgemeinen zwischen Vs und ¹Z₃ der Temperatur liegt, bei der das niederzuschlagende Metall schmilzt. Bei der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung wird die Erwärmung des Bandes 4 durch eine Stromquelle 16 bewirkt, die durch Leitungen 17 mit Walzen 5 und 6, über die das Band 4 zugeführt wird, verbunden ist, das auf diese Weise durch den Joule-Effekt erwärmt wird. Die Erwärmung des Bandes kann auch über eine Elektronenstrahlkanone 22, die in F i g. 2 dargestellt ist, vorgenommen werden.

Zum Aufbringen einer Metallbeschichtung auf einen Metalidraht, beispielsweise ein Strahldraht, benutzt man die in. F i g. 3 dargestellte Vorrichtung. In diesem Fall hat die Haube 18, die den reflektierenden Schirm bildet, die Form eines konisch zulaufenden Zylinders, dessen öffnung 18 a nach unten gerichtet ist. In· Achsrichtung wird der zu beschichtende Draht 19 eingeführt, der aus der Spitze 18 b austritt und durch eine den Walzen 5 und 6 entsprechende Vorrichtung bewegt wird. Zwei halbkreisförmige Wannen 20 umgeben den Draht 19; beide Wannen werden nacheinander mit Elektronen beaufschlagt, die durch zwei Kanonen 21 erzeugt und durch nicht dargestellte Einrichtungen umgelenki werden.

Die Einrichtung enthält auch eine Einfassung füi die Haube, eine Heizeinrichtung und eine Polarisationseinrichtung für die Haube, sowie eine Heizeinrichtung für den Draht und eine Vorrichtung zui

ίο Ionisierung der Metallatome, wie sie in Zusammenhang mit der Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 1 beschrieben wurde.

Die Erfindung hat eine Reihe von Vorteilen, weil sie gleichzeitig eine gleichmäßige Beschichtung au!

beiden Seiten eines langgestreckten Metallteils, ζ. Β eines Bandes, eines Drahtes oder eines profilierter Metallstückes ermöglicht. Darüber hinaus wird die Ausbeute vergrößert, und die Einrichtung verschmutzt sehr viel weniger. Dadurch verringert siel·

ao die Zahl der Reinigungen und der damit verbundenen Stillstände, so daß die Produktion verbesser wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche: hier völlig unzureichend ist. Dieser Nachteil hat zur Entwicklung der eingangs beschriebenen Vorrichtung geführt, von der die Erfindung ausgeht und bei der ein Reflektor benutzt wird, der das Metallteil umgibt und die auftreffenden Atome auf die von der Erzeugungsstelle abgewandte Fläche des zu beschichtenden Metallteils zurückwirft. Bei dieser Vorrichtung durchläuft das zu beschichtende Produkt den Behälter in waagerechter Richtung, so daß es nicht mög-

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Bedampfen eines langgestreckten Metallteils unter Vakuum mit Metall, insbesondere eines Bandes oder eines Drahtes aus Stahl, bei der das Metallteil durch einen erhitzten Reflektor geführt ist, der

das Metallteil umgibt, dadurchgekenn- „

zeichnet, daß das Metallteil (4; 19) die Vor- io lieh ist, die Einrichtung zur Erzeugung der Metallrichtung von unten nach oben durchläuft, das atome so anzuordnen, daß sie das zu beschichtende Band (4) beidseitig von zwei Verdampferwannen Produkt vollständig umgibt, um so eine gleichmäßige 7, 8) bzw. der Draht (19) von einer ringförmigen Beschichtung der gesamten Oberflache zu erhalten. Verdampferwanne (20) umgeben sind und der Die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfin-Reflektor (11; 18) oberhalb der Verdampfer- 15 dung besteht daher m der Losung dieses Problems.

wannen angeordnet und in Laufrichtung des Metallteils konisch ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Metalldampf ionisie-

Hierbei wird sichergestellt, daß das Band oder der Draht aus Stahl eine gleichmäßige Beschichtung über die gesamte Oberfläche erhalten. Die senkrechte Anordnung der zu behandelnden Teile ist insofern vor-

rende Einrichtung (15) vorgesehen ist und der *o teilhaft, als Führungseinrichtungen für den heißen Reflektor positiv und das Metallteil negativ ge- Draht, die erforderlich sind, wenn dieser in waageladen sind. rechter Lage durch den Behälter geführt wird, und

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- die die Konstruktion einer derartigen Vorrichtung durch gekennzeichnet, daß zum Verdampfen des erheblich komplizieren, nicht benötigt werden.
Metalls Elektronenscrahlkanonen (9, 10; 21) vor- as Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist

eine den Metalldampf ionisierende Einrichtung vor

gesehen sind.