PROCÈDE ET DISPOSITIFS DE CONTRÔLE D'UN FLUX DE VAPEUR EN EVAPORATION SOUS VIDE
1. Description générale de l'invention
L'invention est relative à un procédé et un dispositif pour le revêtement de substrats au défilé se déplaçant suivant une direction de défilement, ce dispositif comprenant une enceinte de confinement dans laquelle une source de vapeur du matériau de revêtement est présente et présentant une zone de traitement communiquant avec la source de vapeur à travers au moins une ouverture de traitement. La source de vapeur permet de générer un flux de vapeur pour le revêtement d'un substrat. L'invention concerne donc un dispositif et un procédé<'>de contrôle d'un flux de vapeur vers un substrat à revêtir dans un procédé de revêtement par evaporation sous vide.
L'invention est particulièrement avantageuse pour le contrôle et la régulation d'un flux de vapeur de zinc, obtenu par evaporation du métal, vers des substrats en acier se présentant sous la forme de bandes, de poutrelles, de plaques, de profilés, de tous types de sections transversales, mais aussi de pièces disposées sur des supports, par exemple des crochets ou des paniers métalliques, transportés dans la zone de revêtement. Bien que le contrôle du flux de vapeur évaporée faisant l'objet de l'invention soit totalement indépendant, tant de la nature de la substance évaporée que du type de source d'évaporation utilisée, il est particulièrement bien adapté au contrôle et à la régulation d'un flux de vapeur de zinc vers un substrat à revêtir dans un procédé de galvanisation par evaporation par plasma de zinc.
Le matériau de revêtement contenu dans la source de vapeur peut, par exemple, être chauffé par effet Joule, par induction ou par plasma afin de faire évaporer ce matériau.
Le procédé de galvanisation par evaporation par plasma de zinc est déjà connu et décrit dans le document WO 02/16664. Ce procédé met en oeuvre un bac de rétention permettant de maintenir une certaine quantité de zinc à l'état liquide et de l'évaporer au moyen d'un plasma réalisé dans la vapeur de zinc en polarisant en moyenne négativement le zinc liquide par rapport à une contre-électrode, en particulier une anode. La contre-électrode peut être formée par le substrat à revêtir.
Le bac de rétention est alimenté en zinc liquide via un tube d'alimentation plongeant dans une réserve de zinc maintenue dans un four à vide situé dans une chambre à vide, isolée à tout passage de gaz vers la cuve à vide de galvanisation, et dans laquelle par régulation de la pression de gaz il est possible de régler le niveau de zinc liquide dans le bac de rétention situé dans la cuve à vide où s'opère la galvanisation. Le plasma réalisé dans la vapeur de zinc est généralement obtenu au moyen d'une décharge magnétron moyennant un circuit magnétique disposé sous le bac de rétention. La tension de vapeur de zinc au dessus du bac de rétention est fonction de la puissance électrique dissipée à la surface du zinc liquide et fixe le poids de zinc qu'il est possible de déposer par unité de temps sur le substrat d'acier.
Ce[pi]e tension de vapeur peut atteindre plusieurs mbar correspondant généralement à une masse de zinc évaporée de plusieurs kg/min. Il est donc recommandé, tel que déjà décrit dans le document WO 02/16664, de prévoir une enceinte de confinement aux parois chauffées pour éviter que la vapeur de zinc n'aille contaminer l'ensemble de l'installation en se condensant sur toutes les surfaces froides, qui sont généralement à température ambiante, autres que celles du substrat. Des ouvertures d'entrée et de sortie sont prévues dans cette enceinte de confinement afin de permettre au substrat à revêtir de la traverser. Le revêtement de zinc s'obtient donc par condensation de la vapeur de zinc, directement à l'état solide sur la surface froide du substrat qui traverse l'enceinte de confinement.
La température de la surface du substrat est typiquement inférieure à 150[deg.]C.
On comprend aisément qu'il faille pouvoir adapter la puissance électrique délivrée au plasma et dissipée, via bombardement d'ions issus du plasma, à la surface du zinc liquide dans le bac de rétention en fonction de l'aire du substrat d'acier défilant par unité de temps dans l'enceinte de confinement. En particulier, couper cette alimentation électrique lorsqu'aucun substrat n'est présent, ou ne défile, dans l'enceinte de confinement et, inversement, enclencher et progressivement augmenter la puissance électrique dissipée à la surface du zinc liquide lorsque le substrat pénètre, ou se remet à défiler dans, l'enceinte de confinement.
Ceci est fait de manière à, non seulement assurer une épaisseur de zinc uniforme à la surface du substrat, mais surtout à limiter les pertes de zinc par les ouvertures d'entrée et de sortie de l'enceinte de confinement lorsqu'aucun substrat ne traverse l'enceinte de confinement. En effet, outre la perte économique, en zinc et en énergie, la contamination en zinc peut gravement endommager l'installation de galvanisation par evaporation plasma si elle n'est pas contrôlée.
L'utilisation d'une enceinte de confinement telle que décrite dans l'art antérieur présente plusieurs désavantages : - en effet, lorsqu'aucun substrat n'est présent ou ne défile dans l'enceinte de confinement, même si l'on coupe l'alimentation électrique permettant l'évaporation du zinc par chauffage par plasma, par exemple, le zinc liquide contenu dans le bac de rétention continue à s'évaporer par suite de la chaleur emmagasinée dans le métal lors du fonctionnement en régime du procédé. Cette vapeur de zinc est donc susceptible de s'échapper librement par les ouvertures d'entrée et de sortie de l'enceinte de confinement ou de se condenser sur un substrat immobile.
Pour limiter cette perte en zinc vers l'extérieur de l'enceinte de confinement, ou la condensation du zinc sur un substrat immobile, un moyen simple pourrait consister à vider le bac de rétention de toute présence de zinc liquide en le ramenant dans la réserve de zinc liquide située dans le four de maintien à température dans la cuve située sous la cuve de galvanisation. Malheureusement, le temps des transitoires nécessaires à l'entrée ou la sortie d'un substrat de l'enceinte de confinement, ou à la mise à l'arrêt ou au redémarrage du défilement du substrat, étant généralement beaucoup plus faible que le temps nécessaire au remplissage et à la vidange en zinc liquide du bac de rétention par son tube d'alimentation. Par conséquent, cette solution n'est pas envisageable en pratique.
- par ailleurs, lorsqu'un substrat quelconque traverse l'enceinte de confinement, l'enceinte de confinement, telle que décrite dans l'art antérieur, ne permet pas d'adapter le flux de zinc en fonction des différentes faces du substrat à revêtir.
Ceci pourrait être important dans le but d'assurer un dépôt uniforme sur l'entièreté du substrat alors que l'aire de la surface du substrat à revêtir varie avec l'orientation du flux de vapeur, comme c'est, par exemple, le cas pour une poutre avec une section en I ou en U. Il n'est également pas possible de revêtir le substrat avec des épaisseurs différentes sur ses différentes faces, par exemple, lorsque l'on souhaite appliquer un revêtement avec une certaine épaisseur sur une des faces d'une tôle d'acier qui est différente de l'épaisseur du revêtement appliquée sur l'autre face de cette tôle.
Le procédé et le dispositif objet de l'invention visent essentiellement à résoudre, entre-autres, ces deux inconvénients en permettant : - d'isoler l'intérieur de l'enceinte de confinement de la zone de traitement où passe le substrat à revêtir. Cette fonction est activée lorsqu'aucun substrat ne traverse la zone de traitement ou ne défile dans cette zone de traitement.
- de réguler le flux de vapeur en fonction de son orientation vers le substrat transversalement par rapport à la direction de défilement, ou en fonction de la position de la source de vapeur dans l'enceinte de confinement par rapport à la zone de traitement, par réglage d'au moins un élément d'obturation de la vapeur.
A cet effet, des moyens de réglage sont prévus permettant de contrôler le flux de ladite vapeur entre ladite source de vapeur et la zone de traitement à travers ladite ouverture de traitement. Ces moyens de réglage comprennent des éléments d'obturation pouvant être déplacés entre une position d'ouverture, dans laquelle le flux de ladite vapeur peut passer à travers l'ouverture de traitement vers la zone de traitement, et une position de fermeture, dans laquelle la zone de traitement est isolée par rapport à la source de vapeur.
Dans une configuration particulièrement avantageuse de l'invention, un couloir s'étend suivant la direction de défilement des substrats entre une ouverture d'entrée et une ouverture de sortie de l'enceinte de confinement, ladite zone de traitement étant située dans ce couloir et lesdits moyens de réglage étant tels à permettre de contrôler le flux de ladite vapeur entre ladite source de vapeur et l'intérieur du couloir. Les ouvertures d'entrée et de sortie de l'enceinte de confinement sont ainsi reliées entre-elles par un couloir en forme de tube traversant totalement l'enceinte de confinement et présentant des dispositifs d'ouverture et de fermeture permettant le passage de la vapeur de l'intérieur de l'enceinte de confinement vers la zone de traitement traversée par le substrat.
Lorsqu'aucun substrat ne traverse ou ne défile dans la zone de traitement, toutes les ouvertures de ce tube traversant l'enceinte de confinement de part-en-part sont obturées. Lorsqu'un substrat traverse la zone de traitement, les ouvertures du couloir sont plus ou moins ouvertes en fonction du flux de vapeur désiré au droit de chacune d 'entre-elles vers le substrat.
Un dispositif de chauffage, par exemple par effet Joule, des parois de l'enceinte de confinement est prévu et dimensionné pour atteindre une température des parois suffisante pour empêcher toute condensation solide ou liquide de la vapeur métallique sur lesdites parois. Ce système de chauffage de l'enceinte de confinement peut aussi avantageusement permettre, par radiation, le maintien à cette même température, empêchant toute condensation de la vapeur de zinc, des parois constitutives du couloir de régulation du flux de vapeur traversant l'enceinte de confinement.
Ceci permet de simplifier la conception du dispositif de régulation du flux de vapeur qui peut simplement faire usage d'une simple construction mécanique constituée d'éléments d'obturation, de géométrie généralement quelconque, pouvant être déplacés entre une position d'ouverture, dans laquelle le flux de ladite vapeur peut passer à travers l'ouverture de traitement vers la zone de traitement, et une position de fermeture, dans laquelle la zone de traitement est isolée par rapport à la source de vapeur de géométrie généralement quelconque.
Il est clair que l'invention n'est pas limitée à un dispositif de galvanisation par plasma et à une enceinte de confinement traversée de part-en-part par un couloir en forme de tube avec des éléments d'obturation réglables. En effet, l'évaporation sous vide pourrait être obtenue par tout moyen de chauffage au moyen d'une source généralement quelconque de vapeur. Le matériau n'est pas limité au zinc. D'autres métaux tels du magnésium, par exemple, ou encore des molécules organiques en vue de déposer des polymères sont possibles.
Le système d'éléments d'obturation réglables n'est pas nécessairement constitué d'une structure tubulaire traversant l'enceinte de confinement de part-e[pi]-part, mais pourrait par exemple présenter une géométrie plane obturant une ouverture de traitement percée dans une paroi de l'enceinte de confinement et faisant face à une zone du substrat à revêtir.
2. Description des figures
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif d'une forme de réalisation particulière du dispositif et du procédé suivant l'invention avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 représente, en perspective, un dispositif de galvanisation par plasma, tel que décrit dans l'art antérieur. La figure 2 est une représentation schématique en perspective d'une enceinte de confinement, suivant l'invention, dont la zone de traitement, qui est munie d'éléments d'obturation formés par des lamelles articulées, s'étend entre une ouverture d'entrée et une ouverture de sortie de l'enceinte.
La figure 3 est une représentation schématique en perspective des parois de la zone de traitement qui sont formées par une succession de lamelles parallèles articulées, suivant l'invention.
La figure 4 est une représentation schématique en perspective d'une enceinte de confinement avec une zone de traitement dont les parois sont formées par des éléments d'obturation en forme de tiroirs, suivant l'invention. La figure 5 est une représentation schématique en perspective d'une enceinte de confinement avec une zone de traitement dont les parois forment des éléments d'obturation plans qui peuvent être déplacés parallèlement ou perpendiculairement par rapport à leur plan, suivant l'invention.
La figure 6 est une représentation schématique d'une forme particulièrement avantageuse du dispositif selon l'invention dans une installation de galvanisation par plasma, lorsque des substrats défilent à travers la zone de traitement et les éléments d'obturation sont dans leur position d'ouverture.
La figure 7 représente le dispositif, selon l'invention, de la figure 6 en absence de substrats et lorsque les éléments d'obturation sont dans leur position de fermeture.
Dans les différentes figures, les mêmes chiffres de référence se rapportent à des éléments analogues ou identiques.
3. Description détaillée de l'invention Comme représenté à la figure 1, le dispositif de galvanisation, suivant l'art antérieur, est constitué d'un équipement supérieur 1 traversé par le substrat à revêtir et d'un équipement inférieur 2 comprenant une réserve de zinc liquide.
L'équipement supérieur 1 comprend une chambre à vide 3 dans laquelle est agencée une source de vapeur formée par un bac de rétention 4 surmonté d'une enceinte de confinement 5. Le zinc liquide qui est présent dans le bac de rétention
4 est évaporé par un plasma généré dans l'enceinte de confinement 5 afin de créer un flux de vapeur de zinc vers une zone de traitement 6 qui est traversé par le substrat à revêtir. Cette zone de traitement 6 s'étend entre une ouverture d'entrée 7 et une ouverture de sortie 8 de l'enceinte de confinement 5 et correspond à un couloir qui relie les ouvertures 7 et 8 de l'enceinte de confinement 5. La zone de traitement 6 est située au dessus du bac de rétention 4 et communique avec l'intérieur de l'enceinte de confinement 5 à travers les parois ouvertes de ce couloir qui forment ainsi des ouvertures de traitement.
L'alimentation du bac de rétention 4 se fait par l'intermédiaire d'un tube d'alimentation 9 traversant une connexion 10 étanche au gaz située entre la cuve à vide 3 de l'équipement supérieur 1 et une deuxième cuve à vide 1 1 de I' équipement inférieur 2. Ce tube d'alimentation 9 débouche dans le fond du bac de rétention 4 et plonge dans une réserve de zinc liquide stockée dans un four de maintien à température 12 dans la deuxième cuve à vide 1 1.
Comme il apparaît clairement sur cette figure 1, l'enceinte de confinement 5, suivant l'art antérieur, ne comprend aucun dispositif permettant de réguler le flux de vapeur de zinc vers les différentes faces du substrat qui serait présent dans la zone de traitement 6 ou de bloquer le passage de cette vapeur lorsque l'alimentation électrique servant à l'évaporation par plasma de zinc est coupée.
La figure 2 représente l'enceinte de confinement 5 avec la zone de traitement 6 de la figure 1 présentant des moyens de réglage permettant de contrôler le flux de vapeur du matériau de revêtement entre la source de vapeur 4 et la zone de traitement 6 à travers les ouvertures de traitement 14, suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention.
Ces moyens de réglage comprennent des éléments d'obturation 13 qui peuvent être déplacés entre une position d'ouverture, dans laquelle le flux de ladite vapeur peut passer à travers l'ouverture de traitement vers la zone de traitement 6, et une position de fermeture, dans laquelle la zone de traitement 6 est isolée par rapport à la source de vapeur 4.
Les parois du couloir, qui s'étend suivant la direction de défilement des substrats entre l'ouverture d'entrée 7 et l'ouverture de sortie 8 de l'enceinte de confinement 5 et qui comprend ladite zone de traitement 6, sont constituées par des éléments d'obturation 13 qui peuvent être déplacés entre une position d'ouverture et une position de fermeture. Dans la position d'ouverture, l'ouverture de traitement est au moins partiellement ouverte et le flux de ladite vapeur peut pénétrer à l'intérieur du couloir à partir de la source de vapeur 4 à travers cette ouverture de traitement. Dans la position de fermeture l'intérieur du couloir, c.à.d. la zone de traitement, est isolé par les éléments d'obturation 13 par rapport à la source de vapeur 4.
Les éléments d'obturation 13 sont formés par des lamelles 15 qui sont articulées par rapport à l'ouverture de traitement de manière à permettre de les basculer entre la position d'ouverture et la position de fermeture. Les lamelles 15 présentent une forme oblongue et leur direction longitudinale s'étend parallèlement à la direction de défilement des substrats entre l'ouverture d'entrée 7 et l'ouverture de sortie 8 de l'enceinte de confinement 5.
Dans la figure 3 les parois du couloir sont représentées. Ces parois comprennent lesdits éléments d'obturation 13 formés par les lamelles 15 et constituent ainsi une sorte de stores vénitiens qui peuvent obturer l'ouverture de traitement afin d'isoler la zone de traitement par rapport à l'enceinte de confinement 5.
Le couloir présente une structure tubulaire composée de parois présentant des lamelles 15 rectangulaires parallèles entre eux et fixées par un axe mobile médian dans des cadres supports 16. Les cadres supports 16 présentent de ouvertures 17 qui sont adjacentes à, respectivement, l'ouverture d'entrée 7 et l'ouverture de sortie 8 de l'enceinte de confinement 5 et qui permettent le passage du substrat à revêtir. Par rotation autour d'un axe médian des lamelles 15, ces dernières peuvent être ouvertes ou fermées comme des persiennes. Un dispositif pour entraîner la rotation des lamelles n'est pas représenté pour la clarté de la figure. La rotation de chaque lamelle 15 peut se faire de manière généralement indépendante. Ceci donne la plus grande souplesse au procédé de revêtement.
Le dispositif d'entrainement des lamelles 15 peut comprendre, par exemple, des moteurs ou des vérins, et est avantageusement situé à l'extérieur de l'enceinte de confinement 5 pour ne pas être contaminé par la vapeur produite par la source de vapeur 4.
La figure 4 représente une enceinte de confinement 5 avec une zone de traitement 6 qui est différente de celle représentée dans la figure 2 par le fait que les parois du couloir contenant la zone de traitement sont formées par des tiroirs 18, 19, 20 et 2I.
Dans cette configuration particulière du dispositif selon l'invention, les tiroirs 18, 19, 20 et 21 peuvent être déplacés parallèlement à l'axe centrale du couloir ou, en autres mots, parallèlement à la direction de défilement des substrats à travers la zone de traitement 6. En tirant ces tiroirs 18, 19, 20 et 21 en dehors de l'enceinte de confinement 5, on ouvre, proportionnellement à l'aire tirée du tiroir 18, 19, 20 ou 21 concerné en dehors de l'enceinte de confinement 5, l'ouverture permettant le passage de la vapeur vers la zone de traitement dans une direction perpendiculaire au tiroir tiré.
Les tiroirs 18, 19, 20 et 21 sont ramenés à l'intérieur de l'enceinte 5 pour obturer toute l'ouverture de traitement et pour empêcher le passage de la vapeur vers la zone de traitement 6 lorsqu'aucun substrat ne traverse cette zone de traitement 6, et ainsi minimiser les pertes de vapeur vers l'extérieur.
Il est également possible que les parois ou les tiroirs du couloir sont constitués d'une ou plusieurs lamelles s'étendant l'une à côté de l'autre pour permettre une régulation du flux de vapeur plus précise autour du substrat. Dans un tel cas, chaque lamelle peut être déplacée individuellement parallèlement à la direction de défilement des substrats.
Les tiroirs 18, 19, 20 et 21 sont constitués par des plaques qui sont, par exemple, actionnées à l'aide de vérins non représentés et fixées aux parois extérieures de l'enceinte 5.
La figure 5 représente une zone de traitement 6 qui est prévue dans un couloir dont les parois forment des éléments d'obturation plans 13 qui peuvent être déplacés parallèlement ou perpendiculairement par rapport à leur plan. Cette configuration particulière du dispositif selon l'invention illustre le fait que les éléments d'obturation peuvent être déplacés de manière généralement quelconque. Par exemple, perpendiculairement à leur plan à l'intérieur de l'enceinte de confinement 5 comme est le cas pour l'élément d'obturation supérieur et pour les deux éléments d'obturation latéraux. La parois inférieure comprend, par exemple, deux éléments d'obturation 13 qui peuvent être déplacés dans leur propre plan et perpendiculairement à la direction de défilement des substrats non représentés.
Les substrats peuvent défiler à travers les ouvertures 17 présentes dans les cadres support 17 de part et d'autre de la zone de traitement 6.
Les figures 6 et 7 montrent le dispositif selon l'invention, dans une installation de galvanisation par plasma. Cette installation comprend, en particulier, un système de transport des substrats par bancs de rouleaux motorisés 24 montés dans une cuve à vide 22 et 23 en aval et en amont du dispositif, suivant l'invention, comprenant le bac de rétention 4 surmonté de l'enceinte de confinement 5 présentant la zone de traitement 6. Bien entendu d'autres systèmes de transport peuvent être envisagés tels qu'un système de transport par monorail permettant de suspendre les substrats et de les transporter à travers les différentes zones de l'installation.
Les substrats sont introduits dans l'installation par moyen d'un sas à vide, non représenté, qui permet de maintenir constamment la zone de traitement 6 et l'enceinte de confinement 5 sous vide ou sous la pression d'argon requise et évite ainsi de contaminer la zone de traitement par introduction d'air. La pression d'argon requise est typiquement entre 0,05 et 5 Pa. Les substrats quittent l'installation par moyen d'un sas à vide de sortie qui n'est également pas représenté dans les figures.
Le dispositif, suivant l'invention, représenté au figures 6 et 7 fait usage d'un système de régulation du flux de vapeur présentant des éléments d'obturation 13 en forme de lamelles 15. Ce système de régulation du flux de vapeur du matériau de revêtement est représenté aux figures 2 et 3. Lors du passage des substrats 25 à galvaniser à travers la zone de traitement 6 de l'équipement supérieur 1, les lamelles 15 sont ouvertes pour permettre le passage de la vapeur de zinc vers les substrats 25 comme représenté dans la figure 6.
En absence de substrat 25 traversant la zone de traitement 6, les lamelles 15 de régulation du flux de vapeur de zinc vers la zone de traitement 6 sont totalement fermés pour limiter au maximum les pertes en vapeur de zinc dans la chambre à vide 3, comme représenté dans la figure 7. 1. Conditions opérationnelles et configurations particulières de l'invention dans une installation de galvanisation par plasma
Mise en marche de l'unité de zingage par evaporation par plasma
Lors de la mise sous vide de l'installation de zingage par evaporation par plasma après un entretien, les voltes 13 baffles du dispositif de régulation de la vapeur 12 sont disposés en positions telles que les ouvertures réglables du dispositif 12 soient ouvertes au maximum pour permettre l'évacuation de l'air et puis la mise à la pression voulue d'argon à l'intérieur de l'enceinte de confinement. Lorsque l'installation atteint une pression d'argon comprise entre 0.001 et 0.01 mbar les parois de l'enceinte de confinement sont chauffées par des résistances électriques à une température comprise entre 400 et 500[deg.]C.
Les volets 13 des baffles du dispositif de régulation du flux de vapeur de zinc 12 selon les Fig. 2 et 3 sont actionnés par rotation de manière à fermer les ouvertures et isoler ainsi optiquement, la zone de passage du produit, de l'intérieur de l'enceinte de confinement. Les volets 13 des baffles du dispositif 12 sont chauffés par la radiation infrarouge émise par les parois internes de l'enceinte de confinement 5. Avantageusement quelques volets 13 sont munis de thermocouples pour contrôler leur température. Lorsque la température de travail est atteinte sur les volets 13 (typiquement entre 400 et 500[deg.]C) le zinc liquide est introduit jusqu'à son niveau de consigne mesuré par un moyen généralement quelconque électrique, optique ou mécanique dans le bac de rétention 4.
4. Dispositif particulier d'entrainement des éléments d'obturations constitués des lamelles successives pouvant être balancées entre une position d'ouverture et une position de fermeture pour la régulation du flux de vapeur de zinc transversalement à la direction de déplacement du substrat
Dans une forme particulièrement avantageuse de l'invention, les éléments d'obturation 13 formés par des lamelles 15, comme représenté aux figures 2 et 3, sont supportés sur des axes fixés au support 16. La rotation d'un groupe de lamelles 15 est rendue solidaire par un moyen généralement quelconque, comme, par exemple, par une chaine, par des câbles, ou par un levier coopérant avec une glissière. Ceci est réalisé pour les quatre parois du couloir qui s'étendent parallèlement à la direction de défilement des substrats. De cette façon le dispositif peut être ouvert de manière régulée. En particulier, l'ouverture de traitement pour chacune des parois du couloir contenant la zone de traitement peut être ouverte et fermée de manière indépendante.
Ces parois sont, respectivement, situées au dessus, en dessous, et latéralement par rapport à la zone de traitement 6 du substrat et s'étendent entre l'ouverture d'entrée 7 et l'ouverture de sortie 8. Avantageusement l'entraînement mécanique des éléments d'obturation 13 se fait au moyen de quatre dispositifs indépendants fixés sur les parois extérieures de l'enceinte de confinement 5 maintenue à température ambiante (environ 300K) via quatre transmissions traversant les parois de l'enceinte de confinement 5. Les dispositifs mécaniques d'entrainement peuvent être des vérins ou des dispositifs tournants et peuvent être généralement électromécaniques, pneumatiques ou hydrauliques.
L'avantage de cette configuration particulière du dispositif selon l'invention est de pouvoir réguler le flux de vapeur de zinc par direction en fonction de l'aire du substrat à revêtir dépendant de la direction transversale considérée pour un substrat de géométrie déterminé. Il est, en particulier, possible de régler la répartition du passage de la vapeur vers la zone de traitement en fonction de la section transversale des substrats à revêtir.
Ainsi, par exemple, pour un substrat en acier avec une section transversale en forme de U, dont l'ouverture est orientée vers le haut et dont les dimensions principales en section sont équivalentes, en négligeant l'épaisseur du substrat, on doit avoir un flux de vapeur de zinc qui est trois fois plus important à travers la paroi du couloir située au dessus du substrat qu'à travers les parois situées en dessous et sur les côtés du substrat puisque la surface intérieure du U est trois fois plus importante que chacune des surfaces latérales et inférieure, la surface intérieure du U est essentiellement revêtue par le zinc traversant la paroi supérieure. Cette paroi supérieure sera donc totalement ouverte alors que les parois latérales et la paroi inférieure seront partiellement fermés.
En général, le degré de fermeture de chaque paroi dépend non seulement de la géométrie du substrat, mais aussi de la taille du substrat par rapport aux dimensions transversales de la section du couloir constituant la zone de traitement, du nombre et de la répartition des substrats dans la zone de traitement lorsque plusieurs substrats sont traités en parallèle, et de la proximité de la source de vapeur par rapport à chaque paroi.
A titre d'exemple, si trois substrats, avec une section transversale en U comme décrit ci-dessus, sont traités en parallèle et répartis à équidistance dans la zone de traitement, les ouvertures caractéristiques des parois pouvant conduire à un revêtement uniforme sur toutes les faces du substrat pourraient typiquement être : 100% d'ouverture pour la surface supérieure, 60% pour la surface inférieure, et 20% pour les deux surfaces latérales.
Dans le cas du zingage d'une tôle ou de plaques d'acier, dans le but d'obtenir une épaisseur de dépôt uniforme sur les deux faces d'une tôle ou de la plaque se déplaçant horizontalement dans zone de traitement 6 au dessus du bac de rétention 4, il faudra ouvrir totalement les éléments d'obturations 13 situés au dessus de la tôle ou de la plaque et partiellement refermer les éléments d'obturations situés entre le bac de rétention et la tôle ou la plaque de manière à réguler les flux de vapeur de zinc dans l'enceinte de confinement et d'obtenir un flux de vapeur de zinc identique sur les deux faces de la tôle ou de la plaque. En général, les éléments d'obturation situés en regard des bords latéraux de la tôle ou de la plaque ne sont pas nécessaires pour l'application du dispositif selon l'invention au zingage d'une tôle ou de plaques d'acier.
On peut avantageusement faire usage de parois latérales gauche et droite fixes obturant tout passage de vapeur suivant une direction perpendiculaire à ces parois.
5. Gestion de l'unité de zingage par evaporation par plasma munie d'un dispositif selon l'invention en régime de fonctionnement
Lorsque aucun substrat se trouve dans la zone de traitement 6 à l'intérieur du couloir, les éléments d'obturation 13 sont maintenus en positions telles que toutes les parois ou les ouvertures de traitement sont fermées. Lorsque le substrat est détecté comme se trouvant partiellement ou totalement à l'intérieur de la zone de traitement par l'un, l'autre ou les deux détecteurs situés au voisinage des ouvertures d'entrée et de sortie 7 et 8, les éléments d'obturation 13 sont actionnés pour permettre les parois de s'ouvrir et pour permettre le passage de la vapeur de zinc vers le substrat selon un degré voulu en fonction du flux de vapeur de zinc souhaité et/ou en fonction de l'orientation des éléments d'obturation par rapport au sens de défilement du substrat.
Le degré d'ouverture des éléments d'obturation est généralement préréglé en fonction des caractéristiques de la charge et des substrats à traiter. Lorsque les éléments d'obturation 13 s'ouvrent, l'alimentation électrique connectée au bac de rétention 4 et à une anode, non représentée et située dans l'enceinte de confinement 5 entre le bac de rétention 4 et le couloir comprenant la zone de traitement, et permettant l'obtention du plasma dans la vapeur de zinc nécessaire à l'évaporation du zinc liquide introduit dans ce bac rétention est enclenchée. La puissance délivrée au plasma par cette alimentation électrique est augmentée selon un programme préétabli jusqu'à sa puissance nominale lorsque les deux détecteurs d'entrée et de sortie sont activés par le substrat.
Finalement lorsque seul le détecteur situé au voisinage de l'ouverture de sortie 8 de l'enceinte 5 est activé par le substrat, la puissance délivrée par cette alimentation électrique est diminuée jusqu'à sa coupure suivant un programme préétabli. Lorsque le substrat est totalement sorti de la zone de traitement et qu'il n'est plus détecté par les détecteurs situés aux voisinages des ouvertures d'entrée et de sortie 7 et 8 de l'enceinte de confinement 5, les éléments d'obturation 13 sont actionnés afin d'obturer totalement les ouvertures de traitements dans les parois du couloir et ainsi minimiser les pertes en vapeur de zinc à l'extérieur de l'enceinte de confinement 5.
Un avantage important du procédé selon l'invention, apporté par l'obturation de la zone de traitement par rapport à l'enceinte de confinement contenant la vapeur de zinc, lorsqu'aucun substrat ne le traverse ou n'y défile, est qu'empêchant les pertes de zinc par evaporation vers la zone de traitement du substrat, le système est maintenu à l'équilibre thermodynamique, à la température des parois de l'enceinte de confinement, sans devoir maintenir de la puissance électrique dans le plasma, tout en évitant tout risque de solidification du zinc liquide dans le bac de rétention. 6. Mise à l'arrêt de l'unité de zingage par evaporation plasma munie du dispositif de régulation du flux de vapeur
Lors de la mise à l'arrêt de l'unité de galvanisation par evaporation par plasma, aucun substrat n'étant plus détecté dans la zone de traitement, le éléments d'obturation sont en position fermés. Le bac de rétention 4 est alors vidé vers son four de maintien en température 12 via le tube d'alimentation 9. Lorsque le bac 4 est vidé de tout zinc liquide, les éléments d'obturation sont totalement ouverts pour permettre le passage des gaz entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte de confinement 5. Les éléments chauffants de l'enceinte de confinement sont alors coupés pour permettre le refroidissement des parois internes de l'enceinte avant remise à l'air de l'installation pour entretien.
7. Exemples d'applications pratiques
7.1. Installation pour la galvanisation par evaporation par plasma de profilés en acier
Une installation de galvanisation de profilés en acier par evaporation par plasma est équipée d'enceintes de confinement munies d'un dispositif de régulation du flux de vapeur de zinc à lamelles articulées 15 tels que représentés aux figures 2 et 3. Le régulateur du flux de vapeur est pourvu de quatre parois indépendantes permettant une régulation indépendante du flux de vapeur de zinc respectivement au dessus, en dessous, et sur les côtés de la charge traversant la zone de traitement. Les éléments d'obturation des quatre parois correspondant aux quatre orientations transverses principales au sens de défilement de la charge à galvaniser sont actionnés par rotation des lamelles 15 correspondantes au moyen de vérins (non représentés) fixés sur les parois extérieures de l'enceinte de confinement 5.
La section de l'ouverture 17 pour le passage des substrats au niveau des cadres supports 16 mesure typiquement 700 mm x 200 mm et la dimension du couloir ou de la zone de traitement suivant parallèle au sens de défilement du substrat mesure 600 mm. Lorsque les substrats sont détectés comme traversant la zone de traitement, les lamelles 15 sont ouverts pour chacune des quatre parois indépendantes selon un degré d'ouverture permettant un revêtement uniforme des substrats sur toutes leurs faces. La paroi située au dessus des substrats est ouvert à 100%, la paroi située en dessous des substrats est ouvert à 80%, les parois latérales sont ouvertes à 50%.
Lorsque la charge est totalement sortie de la zone de traitement, les éléments d'obturations indépendants sont totalement refermés et l'alimentation électrique connectée entre le bac de rétention et l'anode lui faisant face (non représentée) est coupée de manière à minimiser autant que possible les pertes en zinc vers l'extérieur de l'enceinte de confinement. Ce dispositif de régulation du flux de vapeur de zinc permet la régulation transversale autour de la charge d'un flux nominal de vapeur de zinc de l'ordre de 3,5 kg par minute.
7.1. Installation pour galvanisation par evaporation par plasma de tôles d'acier au défilé
Une installation de galvanisation au défilé de tôles d'acier par evaporation par plasma est équipée d'enceintes de confinement traversées horizontalement par une tôle d'acier de 1 mm d'épaisseur et de 1 m de largeur, à une vitesse de 100 m/min, un côté de la tôle faisant face au bac de rétention 4. Chaque enceinte de confinement dispose d'un dispositif de régulation du flux de vapeur de zinc muni d'un tiroir situé au dessus de la tôle et d'un baffle à tiroir inférieur situé en dessous de la tôle tel que représenté sur la Figure 4 et actionnés de manière indépendante par des vérins fixés sur les parois extérieures de l'enceinte de confinement (non représenté). Les parois latérales du dispositif de régulation de vapeur de zinc sont fixes étant donnée la géométrie plane de la tôle.
Les dimensions intérieures du dispositif de régulation du flux de vapeur sont 1 100 x 50 mm pour l'ouverture 17 du cadres support 16 et 600 mm pour la dimension longitudinale suivant la direction de déplacement de la tôle. En fonctionnement, afin d'avoir un dépôt d'épaisseur uniforme sur la totalité de la surface de la tôle, le tiroir supérieur est ouvert à 100% alors que le tiroir inférieur n'est ouvert qu'à 70% de son ouverture totale. Ce dispositif est particulièrement avantageux pour la galvanisation des tôles d'acier car il permet aussi de s'affranchir totalement de la nécessité d'utiliser des accumulateurs généralement nécessaires dans les procédés de revêtement en continu lors des changements de bobine d'acier, ce qui constitue une économie d'investissement très importante.
En effet, lors de l'arrêt du défilement de la bande, en plus de la coupure de l'alimentation électrique permettant l'évaporation du zinc par plasma, la fermeture totale des tiroirs supérieur et inférieur du dispositif de régulation du flux de vapeur protège totalement la tôle de tout dépôt éventuel de zinc durant le temps d'arrêt de la bande et assure ainsi non seulement la réalisation d'une épaisseur de zinc uniforme sur tout le substrat mais aussi la qualité du dépôt car ce dernier n'est réalisé qu'en présence d'un plasma. 11 est en effet bien connu que la présence d'ions lors d'un processus de condensation sous vide d'un métal sur un substrat améliore la qualité du revêtement. Ce dispositif de régulation du flux de vapeur de zinc permet la régulation vers les deux faces de la tôle d'un flux nominal de vapeur de zinc de l'ordre de 3,5 kg par minute.