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KR20190020103A - 진공 증착 장치 및 방법 - Google Patents

진공 증착 장치 및 방법 Download PDF

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KR20190020103A
KR20190020103A KR1020197001836A KR20197001836A KR20190020103A KR 20190020103 A KR20190020103 A KR 20190020103A KR 1020197001836 A KR1020197001836 A KR 1020197001836A KR 20197001836 A KR20197001836 A KR 20197001836A KR 20190020103 A KR20190020103 A KR 20190020103A
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KR
South Korea
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metal alloy
evaporation crucible
substrate
supply
main element
Prior art date
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KR1020197001836A
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Inventor
세르지오 파체
에릭 실베르베르흐
디미트리 빌데르스
레미 본네만
뤼시 가우야
Original Assignee
아르셀러미탈
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 주 엘리먼트 및 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 금속 합금으로 형성된 코팅을 진행 기재 (S) 상에 연속적으로 증착하기 위한 진공 증착 설비 (1) 에 관한 것으로, 상기 진공 증착 설비는 진공 증착 챔버 (2) 및 상기 진공 증착 챔버를 통해 상기 기재를 진행시키는 수단을 포함하고, 상기 진공 증착 설비는, 추가로, - 증기 제트 코팅기 (3), - 상기 주 엘리먼트 및 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 증기를 상기 증기 제트 코팅기에 공급하기에 적합한 증발 도가니 (4), - 용융 상태의 상기 주 엘리먼트를 상기 증발 도가니에 공급하기에 적합하고 상기 증발 도가니에 일정 레벨의 액체를 유지할 수 있는 재충전 노 (9), - 고체 상태의 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 공급받기에 적합하고, 무관하게 용융 상태, 고체 상태 또는 부분적으로 고체 상태의 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 상기 증발 도가니에 공급하기에 적합한 공급 유닛 (11) 을 포함한다. 또한, 본 발명은 주 엘리먼트 및 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 금속 합금으로 형성된 코팅을 진행 기재 상에 연속적으로 증착하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

진공 증착 장치 및 방법
본 발명은 예를 들어 아연-마그네슘 합금과 같은 금속 합금으로 형성된 코팅을 기재 상에 증착하기 위한 진공 증착 설비에 관한 것으로, 상기 설비는 특히 강 스트립을 코팅하기 위한 것이지만, 이에 제한되지 않는다. 본 발명은 또한 그 기재를 코팅하는 방법에 관한 것이다.
강 스트립과 같은 기재 상에 합금으로 이루어진 금속 코팅을 증착하기 위한 다양한 방법이 알려져 있다. 이들 중, 핫-딥 코팅, 전착 및 다양한 진공 증착 방법, 예를 들어 진공 증발 및 마그네트론 스퍼터링이 언급될 수 있다.
WO2008/142222 로부터는 진공 증착 설비에 의해 이동 기재 상에 금속 합금 층을 증착시키는 것이 공지되고 있는데, 이 설비는 소닉 증기 제트 코팅기, 코팅의 금속 엘리먼트를 포함하는 증기를 코팅기에 공급하기에 적합한 증발 도가니 및 기압 효과 (barometric effect) 에 의해 용융 금속 합금을 증발 도가니에 공급하기에 적합한 재충전 노 (recharging furnace) 를 포함한다. 이러한 재충전 노는 주어진 코팅 조성물을 제조하는데 편리하다. 그럼에도 불구하고, 코팅 조성물의 변화가 요구되는 즉시, 재충전 노와 증발 도가니 사이의 높이가 조절되어야 한다. 이는 재충전 노의 거대한 코스로 이어질 수 있으며, 이는 산업적으로 합리적이지 않다.
또한 EP2937442 로부터는 진공 증착 설비에 의해 이동 기재 상에 금속 합금 층을 증착시키는 것이 공지되고 있는데, 이 설비는 증기 제트 코팅기 및 금속 합금 욕 위에서 약간 용융되는 잉곳을 공급받는 증발 도가니를 포함한다. 이러한 공급은 두 가지 종류의 잉곳이 필요하기 때문에 제한적이다: 한 가지 종류는 설비를 시작하기 위한 금속 합금 욕의 조성이고, 다른 한 가지는 크루즈 파워에서 증발을 보상하기 위한 금속 합금 층의 조성이다. 더욱이, 주어진 합금 조성에서의 그러한 잉곳은 제조가 어려울 수 있고 값비싸다. 게다가, 잉곳의 용융 속도는 라인 속도 변동을 따르는 설비의 능력을 제한한다.
따라서, 본 발명의 목적은 금속 합금으로 형성된 코팅을 증착하기 위한 진공 증착 설비 및 금속 합금 층으로 피복된 기재를 제조하는 방법을 제공함으로써 종래 기술의 설비 및 방법의 결점을 개선하여, 라인 성능을 위태롭게하지 않으면서 금속 합금 조성의 변동의 관리의 유연성을 허용하는 것이다.
이러한 목적을 위해, 본 발명의 첫 번째 주제는, 주 엘리먼트 및 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 금속 합금으로 형성된 코팅을 진행 기재 상에 연속적으로 증착하기 위한 진공 증착 설비이고, 상기 진공 증착 설비는 진공 증착 챔버 및 상기 진공 증착 챔버를 통해 상기 기재를 진행시키는 수단을 포함하고, 상기 진공 증착 설비는 추가로
- 증기 제트 코팅기,
- 상기 주 엘리먼트 및 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 증기를 상기 증기 제트 코팅기에 공급하기에 적합한 증발 도가니,
- 용융 상태로 상기 주 엘리먼트를 상기 증발 도가니에 공급하기에 적합하고 상기 증발 도가니에 일정 레벨의 액체를 유지할 수 있는 재충전 노,
- 고체 상태로 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 공급받기에 적합하고, 무관하게 용융 상태, 고체 상태 또는 부분적으로 고체 상태로 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 상기 증발 도가니에 공급하기에 적합한 공급 유닛을 포함한다.
본 발명에 따른 설비는 또한 개별적으로 또는 조합하여 고려되는 아래 열거 된 선택적인 특징들을 가질 수 있다:
- 상기 공급 유닛은 공급 파이프를 포함한다;
- 상기 공급 파이프의 하부 말단이 상기 증발 도가니에서의 액체의 레벨보다 낮다;
- 상기 증발 도가니는 상기 공급 파이프가 연결되는 커버를 포함한다;
- 상기 공급 파이프는, 한편으로는 가열되는 동안에 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 유지하기에 적합하고 다른 한편으로는 상기 증발 도가니에서 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 릴리싱하기에 적합한 잉곳 홀더를 포함한다;
- 상기 잉곳 홀더는 단면이 U 자형인 밸브이다;
- 상기 공급 파이프는, 상기 증발 도가니에서의 압력보다 높은 압력을 적어도 상기 공급 파이프의 하부 부분에 제공하기에 적합한 불활성 가스 입구를 포함한다;
- 상기 공급 유닛은 예열 노를 포함한다;
- 상기 공급 유닛은 가열 장치를 포함한다;
- 상기 증기 제트 코팅기는 초음파 증기 제트 코팅기이다;
- 증기를 상기 증기 제트 코팅기에 공급하는 것은 상기 증기 제트 코팅기에 상기 증발 도가니를 연결하는 증발 파이프를 통해 행해진다;
- 상기 재충전 노는 상기 증발 도가니 아래에 배치되고, 대기압으로 유지되도록 되어 있다;
- 주 엘리먼트를 상기 증발 도가니에 공급하는 것은 상기 증발 도가니에 상기 재충전 노를 연결하는 파이프를 통해 행해진다;
- 상기 증발 도가니는 유도 가열기를 포함한다;
- 상기 재충전 노는 금속 잉곳 공급 수단에 연결된다.
본 발명의 두 번째 주제는 기재 코팅 방법이고, 이 방법은
- (i) 용융 상태의 주 엘리먼트를 금속 합금 욕에 공급하는 것,
- (ii) 상기 금속 합금 욕 위에서 고체 상태의 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 가열하고, 무관하게 용융 상태, 고체 상태 또는 부분적으로 고체 상태의 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 상기 금속 합금 욕에 공급하는 것,
- (iii) 상기 주 엘리먼트 및 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 상기 금속 합금 욕을 증발시키는 것,
- (iv) 상기 주 엘리먼트 및 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 증기를 기재에 분무하는 것, 및
- (v) 상기 기재 상에 상기 주 엘리먼트 및 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 금속 합금 층을 연속적으로 증착하는 것을 포함한다.
본 발명의 세 번째 주제는 기재 코팅 방법이고, 이 방법은
- (i) 주 엘리먼트와 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 금속 합금 욕을 증발시키는 것,
- (ii) 상기 주 엘리먼트 및 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 증기를 기재에 분무하는 것, 및
- (iii) 상기 기재 상에 상기 주 엘리먼트 및 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 금속 합금 층을 연속적으로 증착하는 것을 포함하고,
상기 금속 합금 욕에는 한편으로는 용융 상태의 주 엘리먼트 및 다른 한편으로는 적어도 부분적으로 고체 상태의 적어도 하나의 추가 엘리먼트가 공급된다.
본 발명에 따른 양 방법은 또한 개별적으로 또는 조합하여 고려되는 아래 열거된 선택적인 특징들을 가질 수 있다:
- 상기 증기는 음속으로 상기 기재 상에 분무된다;
- 상기 금속 합금 욕에는 상기 주 엘리먼트가 연속적으로 공급된다;
- 연속 공급이 기압 효과 (barometric effect) 에 의해 행해진다;
- 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트의 표면에 존재할 수 있는 산화물은 상기 금속 합금 욕 위에서 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 가열하기 전에 제거된다;
- 산화물 제거는 화학적 연마에 의해 행해진다;
- 상기 금속 합금 욕에 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트가 불연속적으로 공급된다;
- 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트는 잉곳의 형태이다;
- 상기 금속 합금 욕은 잉곳의 크기 및/또는 공급 프리퀀시를 제어함으로써 시간경과에 따라 일정한 조성으로 유지된다;
- 상기 금속 합금 욕에 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트가 연속적으로 공급된다;
- 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트는 와이어의 형태이다;
- 상기 금속 합금 욕은 상기 와이어의 직경 및/또는 공급 속도를 제어함으로써 시간경과에 따라 일정한 조성으로 유지된다;
- 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트는 상기 주 엘리먼트보다 낮은 밀도를 갖는다;
- 상기 주 엘리먼트가 아연이다;
- 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트가 마그네슘이다;
- 상기 방법은 8 중량% 내지 43 중량% 의 마그네슘 함량을 갖는 아연계 금속 합금의 욕을 증발시킴으로써 상기 기재 상에 0.1 중량% 내지 20 중량% 의 마그네슘 함량을 갖는 아연계 금속 합금의 층을 연속적으로 증착시키는 것을 포함한다.
명백한 바와 같이, 본 발명은 한편으로는 금속 합금의 주 엘리먼트의 공급 및 다른 한편으로는 금속 합금의 추가 엘리먼트(들)의 공급을 통한 증발 도가니의 이중 공급에 기초한다. 특히, 본 발명은 다음을 이용한다:
- 주 엘리먼트를 증발 도가니에 연속적으로 공급하기 위해 용융 상태로 공급하는 것, 동시에,
- 무관하게 고체 또는 부분적으로 용융되거나 또는 완전히 용융된 상태로 유지될 수 있는 잉곳 또는 와이어를 기반으로 추가 엘리먼트에서 매우 유연하게 공급하는 것.
이러한 이중 공급 덕분에, 추가 엘리먼트(들)의 공급 프리퀀시를 조정하고 그리고/또는 추가 엘리먼트(들)의 특성을 조정함으로써 금속 합금 욕 및 그에 따라 금속 합금 층의 조성을 매우 쉽게 변경할 수 있다. 또한, 재충전 노의 용량 및 증발 도가니를 연속적으로 공급할 수 있는 그의 능력 덕분에, 라인 속도의 급격한 변화가 가능하다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 이하의 상세한 설명에서 보다 상세히 기술 될 것이다.
본 발명은, 본 발명에 따른 설비의 실시형태의 단면도인 도 1 을 참조하여, 단지 설명의 목적으로 제공되고 결코 제한하려는 의도가 아닌 다음의 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 설비의 실시형태의 단면도이다.
본 출원에서 사용되는 용어 "하부", "아래" 는 설비가 진공 증착 라인 상에 설치될 때에 설비의 상이한 구성요소들의 위치 및 배향을 언급한다는 것을 유의해야 한다.
본 발명의 목적은 주 엘리먼트 및 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 금속 합금으로 형성된 코팅을 기재 상에 증착하는 것이다. 그 목적은 특히 아연-마그네슘 코팅을 얻는데 있다. 그러나, 상기 방법은 이 코팅에 한정되는 것이 아니고, 바람직하게는 각각의 상대 함량의 제어가 용이해지기 때문에 그 엘리먼트가 10% 초과만큼 다르지 않는 욕 온도에서 증기 압력을 갖는 금속 합금에 기초한 임의의 코팅을 포함한다.
지시를 제공하기 위해, 따라서, 아연을 주 엘리먼트로 하고, 개별적으로 또는 조합하여 고려한 크롬, 니켈, 티타늄, 망간, 마그네슘, 규소 및 알루미늄과 같은 추가 엘리먼트로 만들어진 코팅을 언급할 수 있다.
더욱이, 바람직하게는 이원 금속 합금이 목표로 되어 있지만, Zn Mg Al 과 같은 3원 금속 합금의 증착 또는 예를 들어 Zn Mg Al Si 와 같은 4원 합금의 증착이 또한 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.
금속 합금 층은 바람직하게는 50 중량% 이상, 보다 바람직하게는 80 중량% 이상의 주 엘리먼트를 포함할 것이다. 아연-마그네슘 증착의 경우에, 금속 합금 층은 바람직하게는 0.1 내지 20 중량% 의 마그네슘을 포함할 것이다. 0.1% 미만에서는, 마그네슘이 제공하는 부식 저항의 개선이 더 이상 충분하지 않다. 반면에 20% 를 넘으면, 마그네슘의 비율이 높을수록 금속 합금 층이 과도하게 빠르게 소모되고 그에 따라 역설적으로 부식 방지 성능이 저하된다. 바람직한 일 실시형태에서, 금속 합금 층은 0.4 중량% 이상, 바람직하게는 2 중량% 이상의 마그네슘을 포함한다. 바람직한 일 실시형태에서, 금속 합금 층은 15 중량% 미만의 마그네슘을 포함한다. 이러한 바람직한 마그네슘 함량은 층의 내부식성 및 유연성의 측면에서 보다 나은 절충안을 제공한다.
주 엘리먼트 또는 추가 엘리먼트가 진공 증착 설비에 공급되는 원료의 제조로 야기되는 불가피한 불순물을 포함할 수 있음은 물론이다. 본 발명이 이들 불순물에 의한 금속 합금 욕의 오염을 피하려고 해도, 금속 합금 층 중의 불순물의 존재를 배제할 수는 없다.
코팅의 두께는 바람직하게는 0.1 내지 20 ㎛ 일 것이다. 한편, 0.1 ㎛ 미만에서는, 기재의 부식 방지가 불충분해질 위험이 있다. 반면에, 특히 자동차 또는 건설 현장에서 요구되는 내부식성 수준을 가지기 위해서는 20 ㎛ 를 넘어설 필요가 없다. 일반적으로, 자동차 애플리케이션의 경우에 두께가 5 ㎛ 로 제한될 수 있다.
도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 설비 (1) 는 먼저 진공 증착 챔버 (2) 및 챔버를 통해 기재를 진행시키는 수단을 포함한다.
이 증착 챔버 (2) 는 바람직하게는 10-8 내지 10-3 bar 의 압력으로 유지되는 밀폐가능한 박스이다. 이는 예를 들어 강 스트립과 같은 기재 (S) 가 사이에서 진행할 수 있는 진입 로크와 출구 로크 (이들은 도시되지 않음) 를 갖는다.
기재 (S) 는 기재의 성질 및 형상에 따라 임의의 적절한 수단에 의해 진행되도록 제조될 수 있다. 강 스트립이 견딜 수 있는 로터리 지지 롤러가 특히 사용될 수 있다.
증착 챔버 (2) 에서, 코팅되어야 하는 기재 (S) 의 면 옆에는 증기 제트 코팅기 (3) 가 있다. 이 코팅기는 진행 기재 (S) 상에 금속 합금 증기를 분무하는데 적합하다. 이는 유리하게는 좁은 증기 출구 오리피스 (31) 를 구비하는 추출 챔버로 이루어지는데, 이의 길이는 코팅될 기재의 폭에 가깝다. 이 챔버는 예를 들어 흑연으로 제조될 수 있다.
증기 출구 오리피스 (31) 는 예를 들어 길이방향 및 폭방향으로 조정될 수 있는 슬롯과 같은 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 폭을 조절할 수 있기 때문에 증기 제트가 넓은 범위의 증발 금속 표면 온도 및 따라서 넓은 범위의 증발 속도 내에서 유지될 수 있다. 또한, 그 길이를 코팅될 기재의 폭에 적응시킬 수 있는 가능성은 증발된 금속의 손실을 최소화하는 것을 가능하게 한다.
코팅기는 바람직하게는 소닉 증기 제트 코팅기, 즉 음속의 증기 제트를 발생시킬 수 있는 코팅기이다. 이 유형의 코팅기는 또한 일반적으로 JVD (Jet Vapor Deposition) 장치라고 한다. 독자는 이 유형의 장치의 세부사항에 대한 더 상세한 설명을 위해 특허 출원 WO97/47782 를 참조할 수 있다.
증기 제트 코팅기 (3) 는 주 엘리먼트 및 추가 엘리먼트(들)를 포함하는 증기를 증기 제트 코팅기에 공급하기에 적합한 증발 도가니 (4) 상에 직접 장착되거나 또는 장착되지 않는다. 증발 도가니 (4) 는 기재 (S) 상에 증착될 증기를 발생시키는 금속 합금 욕을 수용하기에 적합하다. 증발 도가니 (4) 는 바람직하게는 증착 챔버 (2) 내에 위치된다.
증발 도가니 (4) 는 포트 (5), 커버 (6) 및 일측이 커버에 연결되고 타측이 증기 제트 코팅기 (3) 상에 연결된 증발 파이프 (7) 로 주로 이루어진다. 이들 상이한 부분들은 예를 들어 흑연으로 제조될 수 있다.
증발 도가니 (4) 는 금속 합금 증기가 형성되게 하고 증기 제트 코팅기 (3) 에 공급될 수 있게 하는 가열 수단 (8) 을 구비한다. 증발 도가니 (4) 는 유익하게는 금속 합금 욕의 교반 및 조성물 균질화를 더욱 용이하게 만드는 장점을 갖는 유도 가열기를 구비한다.
증발 도가니 (4) 내의 압력은 욕 온도 및 금속 합금 욕 조성물에 의존한다. 이는 일반적으로 10-3 내지 10-1 bar 이다. 따라서, 증착 챔버 (2) 내의 압력은 증발 도가니의 압력보다 높게 유지된다. 예를 들어, 700℃ 에서의 Zn-Mg 욕의 경우, 증발 도가니 내의 압력은 약 5.10-2 bar 이고, 증착 챔버 내의 압력은 약 10-4 bar 로 유지된다. 폐쇄된 증발 도가니와 증착 챔버 사이에 생성된 압력 차에 의해, 금속 합금 증기를 발생시켜 이를 증발 파이프 (7) 를 통해 증기 제트 코팅기 (3) 에 전달할 수 있다. 증발 파이프는 유리하게는 증기 유량을 조절하기 위한 밸브 (V1) 를 구비한다.
증발 도가니 (4) 는 용융 상태의 금속 합금의 주 엘리먼트를 증발 도가니에 공급하기에 적합한 재충전 노 (9) 에 연결된다. 재충전 노는 바람직하게는 진공 증착 챔버 (2) 의 외부에 위치한다.
재충전 노 (9) 는, 주 엘리먼트를 용융시키고 가열 시스템으로 주 엘리먼트를 용융 상태로 유지하도록 되어 있는 포트이다. 유리하게는, 재충전 노는 그 자체가 금속 잉곳 공급 수단에 연결된다.
주 엘리먼트의 증발 도가니 (4) 의 공급은 바람직하게는 증발 도가니 (4) 상에 재충전 노 (9) 를 연결하는 파이프 (10) 를 통해 행해진다. 파이프 입구가 주 엘리먼트 욕으로 내려가도록 되어 있어서, 욕의 표면에 존재하는 불순물이 증발 도가니에 흡입되지 않는다. 바람직하게는 파이프 출구는 증발이 일어나는 욕 표면을 방해하지 않도록 증발 도가니의 하부 부분에 위치한다.
재충전 노 (9) 는 바람직하게는 증발 도가니 (4) 아래에 배치되고, 대기압으로 유지되도록 되어 있다. 증발 도가니 (4) 와 재충전 노 (9) 사이의 높이 및 이들 사이에 생성된 압력 차이로 인해, 용융 주 엘리먼트는 금속 합금 욕이 증발함에 따라 기압 효과에 의해 증발 도가니에서 위로 올라간다. 이는, 라인 속도가 어떻든간에, 증발 도가니의 연속적인 공급을 보장하고 증발 도가니에서 액체 레벨을 일정하게 유지하는데 기여한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 증발 도가니 (4) 와 재충전 노 (9) 사이의 높이는 증발 도가니 내의 액체의 레벨을 조정하도록 조정될 수 있다.
또한, 증발 도가니 (4) 는, 예를 들어 잉곳으로서 또는 와이어로서 고체 상태의 추가 엘리먼트(들)를 공급받기에 적합하고 무관하게 용융 상태, 고체 상태 또는 부분적으로 고체 상태의 추가 엘리먼트를 증발 도가니에 공급하기에 적합한 공급 유닛 (8) 에 연결된다.
고체 상태의 추가 엘리먼트(들)를 공급 유닛 (12) 에 공급함으로 인해, 고체 엘리먼트(들)의 공급 프리퀀시 및 크기가 용이하게 제어되며, 이는 시간이 지남에 따라 욕의 조성을 일정하게 유지할 수 있게 한다. 적절하다면, 이는 또한 금속 합금 욕의 조성을 매우 쉽게 변형시킬 수 있게 한다.
공급 유닛 (11) 은 중력을 이용하기 위해 증발 도가니 (4) 상에, 바람직하게는 증발 도가니의 커버 (6) 상에 연결된 공급 파이프 (12) 를 포함한다.
공급 파이프 (12) 는 서로 다른 피스들 및 서로 다른 재질들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 하부 피스는 증발 도가니의 온도에 저항하기 위해 흑연으로 만들어질 수 있고, 상부 피스는 금속과 같은 저항이 적은 재료로 만들어질 수 있다.
고체 상태의 추가 엘리먼트(들)를 공급 유닛 (12) 에 공급하는 것은 공급 파이프의 상부 말단을 통해 쉽게 수행된다. 추가 엘리먼트(들)의 표면 상에 흡착된 임의의 물을 제거하기 위해, 공급 파이프 (12) 의 상부 말단은 바람직하게는 공급 유닛의 일 부분인 예열 노에 연결된다. 예열 노 자체는 바람직하게는 진공 로크 장치에 연결된다.
공급 파이프 (12) 의 하부 말단은 바람직하게는 증발 도가니 (4) 내의 액체의 레벨보다 낮다. 공급 파이프 내의 증기의 상승은 이후에 보다 상세히 설명될 것이므로 제한될 수 있다.
공급 파이프 (12) 의 하부 부분은 바람직하게는 증발 파이프 (7) 를 둘러싸는 가열 장치와 최종적으로 공유되는 가열 장치 (14) 를 구비한다. 결과적으로, 추가 엘리먼트(들)는 금속 합금 욕에서 방출되기 전에 가열될 수 있다. 공급 파이프 하부 부분의 온도 및 공급 파이프 하부 부분에서의 추가 엘리먼트(들)의 체류 시간에 따라, 추가 엘리먼트(들)는 고체 상태로 유지되거나, 부분적으로 용융되거나, 완전히 용융된다. 공급 유닛의 출구에서의 추가 엘리먼트(들)의 상태의 이러한 유연성으로 인해, 선호에 따라 하나 또는 다른 상태를 이용할 수 있다:
- 금속 합금 욕에 추가 엘리먼트(들)가 도입되는 때에 금속 합금 욕이 냉각되지 않도록 그리고 증착 속도가 낮아지지 않도록 추가 엘리먼트(들)와 금속 합금 욕 사이의 온도 차이를 제한하는 것이 바람직하다면, 추가 엘리먼트(들)는 유리하게는 용융될 것이고,
- 공급 파이프의 내부 표면 상에서의 추가 엘리먼트(들)의 디포짓을 피하고자 한다면, 추가 엘리먼트(들)는 유리하게는 욕 온도에 가까운 온도가 되도록 가온되지만 고체 상태로 유지될 것이고,
- 절충안이 필요하다면, 추가 엘리먼트(들)는 유리하게는 부분적으로 용융될 것이다.
유리하게는, 공급 파이프 (12) 는 바람직하게는 그 하부 절반에 위치된 불활성 가스 입구 (13) 를 포함한다. 이 입구 덕분에, 증발 도가니 (4) 내의 압력보다 높은 불활성 가스의 압력이 공급 파이프에 제공될 수 있다. 결과적으로, 공급 파이프 내의 증기의 상승이 방지된다.
잉곳 공급의 경우에, 유리하게는 공급 파이프 (12) 는, 한편으로는 가열되는 동안에 추가 엘리먼트(들)의 잉곳을 유지하기에 적합하고 다른 한편으로는 증발 도가니에서 추가 엘리먼트(들)를 릴리싱하기에 적합한 잉곳 홀더 (15) 를 포함한다. 잉곳 홀더 (15) 는 바람직하게는 가열 장치 (14) 의 레벨에서 공급 파이프의 하부절반에 위치한다. 이 잉곳 홀더 덕분에, 공급 유닛에서 잉곳들의 체류 시간 및 그에 따라 그들의 온도와 상태를 효율적으로 제어할 수 있다. 또한 증발 도가니에서 잉곳의 릴리스 프리퀀시를 정밀하게 제어할 수 있다.
잉곳 홀더 (15) 는 바람직하게는 밸브이다. 이는 유리하게는 잉곳을 쉽게 홀딩하고 릴리싱할 수 있도록 단면이 U 형상을 갖는다. U 자의 바닥 부분은 밸브에 떨어지는 잉곳이 파손하지 않도록 유리하게는 충격 흡수기로 덮일 수 있다.
당업자는, 공급 파이프 (12) 의 형상을 조정하여, 잉곳이 그 내부에 달라붙지 않고 증발 도가니 또는 잉곳 홀더 (15) 에서 격렬하게 떨어지지 않도록 하는 방법을 알 것이다.
와이어 공급의 경우에, 당업자는 와이어가 단순히 압력 손실에 의해 진공하에 놓이게 되도록 공급 파이프의 형상을 와이어의 직경으로 조정하는 방법을 알 것이다. 또한 당업자는 공급 유닛에서의 와이어의 체류 시간 및 그에 따라 그 온도 및 상태를 제어하기 위해 와이어의 속도를 조정하는 방법을 알 것이다.
수 개의 공급 유닛들이 증발 도가니에 연결되어서 독립적으로 수 개의 추가 엘리먼트를 공급할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
설비 (1) 를 작동시키고자 할 때, 주 엘리먼트의 잉곳이 재충전 노 (6) 에 도입된다.
일단 잉곳이 용융되면, 증발 도가니 (4) 및 파이프 (10) 가 가열되고, 이어서 증발 도가니 (4) 에서 진공이 생성된다. 이어서 재충전 노 (9) 에 포함된 액체 주 엘리먼트가 증발 도가니 (4) 를 채운다.
기재 상에 증착시키고자 하는 금속 합금의 조성을 먼저 결정한 다음, 원하는 코팅의 조성을 갖는 증기를 욕과 평형 상태에서 얻는 욕의 조성을 결정한다. 예를 들어, 8 중량% 내지 43 중량%, 각각 10 중량% 내지 38 중량% 의 마그네슘 함량을 갖는 아연계 금속 합금의 욕을 증발시킴으로써, 0.1 중량% 내지 20 중량%, 각각 0.4 중량% 내지 15 중량% 의 마그네슘 함량을 갖는 아연계 금속 합금의 층을 얻을 수 있다.
따라서, 금속 합금 욕의 상부에 위치하는 공급 유닛 (11) 에 고체 상태의 적정량의 추가 엘리먼트(들)가 도입된다. 추가 엘리먼트들은 욕 부근에서 가열되어 욕 온도에 가까운 온도에 도달한다. 이 가열 동안, 추가 엘리먼트(들)는 고체 상태로 유지되거나, 부분적으로 용융되거나 완전히 용융된다. 이어서 추가 엘리먼트들은 금속 합금 욕조에 릴리싱되어 주 엘리먼트와 혼합된다.
따라서, 다음의 것이 가능하다:
- (i) 주 엘리먼트 및 추가 엘리먼트(들)를 포함하는 금속 합금 욕을 증발시키는 것,
- (ii) 주 엘리먼트 및 추가 엘리먼트(들)를 포함하는 증기를 기재에 분무하는 것, 및
- (iii) 기재 상에 주 엘리먼트 및 추가 엘리먼트(들)를 포함하는 금속 합금 층을 연속적으로 증착시키는 것.
작동 중의 증발을 보상하고 욕의 일정한 조성을 유지하기 위해, 적절한 양의 추가 엘리먼트는 금속 합금 욕이 재충전 노 (9) 를 통해 주 엘리먼트로 재충전됨에 따라 금속 합금 욕에 연속적이거나 그렇지 않게 첨가된다.
바람직하게는 추가 엘리먼트(들)는 적어도 부분적으로 고체 상태로 증발 도가니 (4) 에 첨가되어 공급 파이프의 내부 표면 상에서의 추가 엘리먼트(들)의 디포짓을 제한한다.
추가 엘리먼트(들)가 주 엘리먼트보다 낮은 밀도일 때에, 릴리싱된 추가 엘리먼트(들)는 공급 파이프 (12) 의 하부 말단에서 금속 합금 욕의 표면 상에 부유하고, 적절하다면 거기에서 용융된다. 이는 하부 말단과 액체 금속의 레벨 사이에 위치하는 공급 파이프의 하부 부분에서 추가 엘리먼트(들)에 일종의 캡을 생성한다. 이 캡 덕분에, 주 엘리먼트에서의 증기의 상승이 공급 파이프에서 제한된다. 또한, 추가 엘리먼트(들)가 불순물을 포함하는 경우, 이들은 캡에 유지되고 금속 합금 욕을 오염시키지 않는다. 한편, 추가 엘리먼트(들)의 공급 덕분에, 이들은 증발 도가니에서 공급 파이프의 하부 말단으로부터 릴리싱된다.
다음의 것의 적절한 제어, 즉
- 추가 엘리먼트(들)의 잉곳의 크기 및/또는 공급 프리퀀시, 또는
- 추가 엘리먼트(들)의 와이어의 직경 및/또는 공급 속도
의 적절한 제어는 시간이 지남에 따라 욕의 일정한 조성을 유지할 수 있게 한다.
증발 도가니에서의 불순물의 레벨을 제한하기 위해, 고체 상태의 추가 엘리먼트(들)는 공급 유닛에 도입되기 전에 임의로 세정될 수 있다. 잉곳/와이어의 표면에 존재할 수 있는 산화물의 제거는 특히 화학적 산세에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 보다 특별하게는 전처리되거나 노출된 금속 스트립의 처리에 적용되지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 물론, 본 발명에 따른 방법은 예를 들어 알루미늄 스트립, 유리 스트립 또는 세라믹 스트립과 같은 임의의 코팅된 또는 코팅되지 않은 기재에 사용될 수 있다.
이 방법은, 드로잉 또는 임의의 다른 적절한 프로세스에 의해 강이 형성되기 전에 침전되어서는 안되는 다량의 탄소 고용체를 포함하는 소부-경화 (bake-hardening) 강 스트립과 같은 확산 열처리 동안에 그 특성의 열화를 겪기 쉬운 기재에 특히 적용될 것이다. 본 발명에 따른 방법을 수행함으로써, 금속 합금 증착을 대부분의 야금학과 양립시키는 것이 가능하다.

Claims (32)

  1. 주 엘리먼트 및 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 금속 합금들로 형성된 코팅들을 진행 기재 (S) 상에 연속적으로 증착하기 위한 진공 증착 설비 (1) 로서,
    상기 진공 증착 설비는 진공 증착 챔버 (2) 및 상기 진공 증착 챔버를 통해 상기 기재를 진행시키는 수단을 포함하고,
    상기 진공 증착 설비는 추가로
    - 증기 제트 코팅기 (3),
    - 상기 주 엘리먼트 및 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 증기를 상기 증기 제트 코팅기에 공급하기에 적합한 증발 도가니 (4),
    - 용융 상태의 상기 주 엘리먼트를 상기 증발 도가니에 공급하기에 적합하고 상기 증발 도가니에서 일정 액체 레벨을 유지할 수 있는 재충전 노 (9),
    - 고체 상태의 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 공급받기에 적합하고, 무관하게 용융 상태, 고체 상태 또는 부분적으로 고체 상태의 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 상기 증발 도가니에 공급하기에 적합한 공급 유닛 (11)
    을 포함하는, 진공 증착 설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 유닛 (11) 은 공급 파이프 (12) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증착 설비.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공급 파이프 (12) 의 하부 말단이 상기 증발 도가니 (4) 에서의 상기 액체 레벨보다 낮은 것을 특징으로 하는 진공 증착 설비.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 증발 도가니 (4) 는 상기 공급 파이프 (12) 가 연결되는 커버 (6) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증착 설비.
  5. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 공급 파이프 (12) 는, 한편으로는 가열되는 동안에 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 유지하기에 적합하고 다른 한편으로는 상기 증발 도가니 (4) 에서 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 릴리싱하기에 적합한 잉곳 홀더 (15) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증착 설비.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 잉곳 홀더 (15) 는 단면이 U 자형인 밸브인 것을 특징으로 하는 진공 증착 설비.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 파이프 (12) 는, 상기 증발 도가니 (4) 에서의 압력보다 높은 압력을 적어도 상기 공급 파이프의 하부 부분에 제공하기에 적합한 불활성 가스 입구 (13) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증착 설비.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 유닛 (11) 은 예열 노를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증착 설비.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 유닛 (11) 은 가열 장치 (14) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증착 설비.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증기 제트 코팅기 (3) 는 초음파 증기 제트 코팅기인 것을 특징으로 하는 진공 증착 설비.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    증기를 상기 증기 제트 코팅기 (3) 에 공급하는 것은 상기 증기 제트 코팅기 (3) 에 상기 증발 도가니 (4) 를 연결하는 증발 파이프 (7) 를 통해 행해지는 것을 특징으로 하는 진공 증착 설비.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재충전 노 (9) 는 상기 증발 도가니 (4) 아래에 배치되고, 대기압으로 유지되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증착 설비.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    주 엘리먼트를 상기 증발 도가니 (4) 에 공급하는 것은 상기 증발 도가니 (4) 에 상기 재충전 노 (9) 를 연결하는 파이프 (10) 를 통해 행해지는 것을 특징으로 하는 진공 증착 설비.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발 도가니 (4) 는 유도 가열기 (8) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증착 설비.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재충전 노 (9) 는 금속 잉곳 공급 수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 진공 증착 설비.
  16. 기재 코팅 방법으로서,
    - (i) 용융 상태의 주 엘리먼트를 금속 합금 욕에 공급하는 것,
    - (ii) 상기 금속 합금 욕 위에서 고체 상태의 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 가열하고, 무관하게 용융 상태, 고체 상태 또는 부분적으로 고체 상태의 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 상기 금속 합금 욕에 공급하는 것,
    - (iii) 상기 주 엘리먼트 및 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 상기 금속 합금 욕을 증발시키는 것,
    - (iv) 상기 주 엘리먼트 및 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 증기를 기재에 분무하는 것, 및
    - (v) 상기 기재 상에 상기 주 엘리먼트 및 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 금속 합금 층을 연속적으로 증착하는 것
    을 포함하는, 기재 코팅 방법.
  17. 기재 코팅 방법으로서,
    - (i) 주 엘리먼트 및 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 금속 합금 욕을 증발시키는 것,
    - (ii) 상기 주 엘리먼트 및 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 증기를 기재에 분무하는 것, 및
    - (iii) 상기 기재 상에 상기 주 엘리먼트 및 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 포함하는 금속 합금 층을 연속적으로 증착시키는 것
    을 포함하고,
    상기 금속 합금 욕에는 한편으로는 용융 상태의 주 엘리먼트 및 다른 한편으로는 적어도 부분적으로 고체 상태의 적어도 하나의 추가 엘리먼트가 공급되는, 기재 코팅 방법.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 증기는 음속으로 상기 기재 상에 분무되는 것을 특징으로 하는 기재 코팅 방법.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 합금 욕에는 상기 주 엘리먼트가 연속 공급되는 것을 특징으로 하는 기재 코팅 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    연속 공급이 기압 효과 (barometric effect) 에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 기재 코팅 방법.
  21. 제 16 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트의 표면에 존재할 수 있는 산화물은 상기 금속 합금 욕 위에서 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트를 가열하기 전에 제거되는 것을 특징으로 하는 기재 코팅 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    산화물 제거는 화학적 연마에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 기재 코팅 방법.
  23. 제 16 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 합금 욕에 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트가 불연속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 기재 코팅 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트는 잉곳의 형태인 것을 특징으로 하는 기재 코팅 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 금속 합금 욕은 잉곳의 크기 및/또는 공급 프리퀀시를 제어함으로써 시간경과에 따라 일정한 조성으로 유지되는 것을 특징으로 하는 기재 코팅 방법.
  26. 제 16 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 합금 욕에 상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트가 연속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 기재 코팅 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트는 와이어의 형태인 것을 특징으로 하는 기재 코팅 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 금속 합금 욕은 상기 와이어의 직경 및/또는 공급 속도를 제어함으로써 시간경과에 따라 일정한 조성으로 유지되는 것을 특징으로 하는 기재 코팅 방법.
  29. 제 16 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트는 상기 주 엘리먼트보다 낮은 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 기재 코팅 방법.
  30. 제 16 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 엘리먼트가 아연인 것을 특징으로 하는 기재 코팅 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가 엘리먼트가 마그네슘인 것을 특징으로 하는 기재 코팅 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    8 중량% 내지 43 중량% 의 마그네슘 함량을 갖는 아연계 금속 합금의 욕을 증발시킴으로써 상기 기재 상에 0.1 중량% 내지 20 중량% 의 마그네슘 함량을 갖는 아연계 금속 합금의 층을 연속적으로 증착시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 기재 코팅 방법.
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