CN112708855A - 一种具有导流式真空镀膜喷嘴的真空镀膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有导流式真空镀膜喷嘴的真空镀膜装置，包括坩埚，其外侧设有感应加热器，所述坩埚顶部通过蒸汽管道连有布流箱体，所述布流箱体内设有一水平向的稳压板，所述布流箱体顶部连有镀膜喷嘴，所述蒸汽管道上设有调压阀；所述稳压板设置为多孔结构；所述布流箱体与所述蒸汽管道连接位置上设有导流柱，所述导流柱位于所述稳压板的下方，且所述导流柱径向截面面积S_导流与所述蒸汽管道径向截面面积S_入口之比大于等于0.1，即：S_导流/S_入口≥0.1。本发明使高温蒸汽和低温钢板接触时，在钢板表面形成均匀镀层。

Description

一种具有导流式真空镀膜喷嘴的真空镀膜装置

技术领域

本发明涉及真空镀膜技术领域，更具体地说，涉及一种具有导流式真空镀膜喷嘴的真空镀膜装置。

背景技术

物理蒸发镀(PVD)是指在真空条件下加热被镀金属，使之以气态的方式沉积到基材上形成镀膜的工艺技术。根据加热方式的不同又分为电加热(电阻或感应式)和电子束枪加热(EBPVD)等。真空镀膜作为表面改性和镀膜工艺，已经在电子、玻璃、塑料等行业得到了广泛的应用，真空镀膜技术主要优点在于其环保、良好的镀膜性能和可镀物质的多样性。连续带钢运用真空镀膜技术的关键在于镀膜生产连续化、大面积、高速率、大规模生产等几个方面，从上世纪八十年代开始，世界各大钢铁公司都对此技术进行了大量的研究，随着热镀锌和电镀锌技术的成熟，该技术正在受到空前的重视，并被人为是创新型的表面镀膜工艺。

而在真空镀膜的过程中关键点就是如何通过喷嘴的布置得到厚度均匀一致的镀层。国外目前公开的资料中，主要包含以下几个方面：

1)蒸发坩埚与布流喷嘴一体式结构

欧洲专利BE1009321A6、BE1009317A61分别公开了如图1、图2的坩埚喷嘴结构，在图1的结构中，坩埚1上部加上盖2，使得上盖2和炉壁之间形成喷嘴结构，用于蒸发金属的直接喷射。在图2的结构中，则在蒸发坩埚中添加过滤板3，而后由顶部的狭缝喷嘴用于金属蒸汽的喷射。在这两个装置喷嘴的设计过程中，一个采用了拉瓦尔喷嘴结构，另一个采用了收缩喷嘴，而喷嘴的朝向位置一个是侧向喷射，另一个是垂直喷射。

在专利JPS59177370A、US4552092A中亦公开了相关蒸发坩埚及喷嘴结构，图3给出了一种带自动补充金属液的坩埚喷嘴结构，喷嘴4采用较宽的出口，在坩埚上部也布置了加热器5用于蒸汽等的加热。图4给出的坩埚喷嘴结构中其结构由一侧弧形6展开，侧向喷射，在坩埚壁的外侧同样布置了加热管7用于壁面的加热。

2)蒸发坩埚与布流喷嘴分体式结构

在专利WO2018/020311A1公布了一种分体式坩埚喷嘴结构，如图5所示，在该装置中，坩埚在底部连接一个金属液供给槽8，其上部通过分体式管道9将金属蒸汽送至管状的分配器和前端的蒸汽喷嘴中，而后金属蒸汽通过喷嘴以高速将蒸汽喷射至金属板材。

在专利CN103249860A公开了一种分体式布流器及喷嘴结构，如图6所示，通过一个管道将蒸汽送至上部水平管道10中，水平管道10顶部具有多孔喷嘴，用以将金属蒸汽均匀的喷涂在金属板材表面。

在专利CN101175866A公开了一种金属蒸汽布流器及喷嘴形式，如图7所示了喷嘴的截面形式，布流器管道11外部缠绕导线从而实现对管道的加热，喷嘴部分为方形外壳，如图8所示，方形外壳12内部嵌套了另一种材质的环形管道，用于金属蒸汽的喷射，喷嘴使用的蒸汽出口形式为多孔式。

上述这些专利都涉及到了在镀膜过程中喷嘴的具体形式，但是并不能表明利用这些喷嘴进行的镀膜都能达到均匀的程度，而钢板表面镀层的均匀度对于其后续折弯及冲压等使用过程中具有很关键的因素。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种具有导流式真空镀膜喷嘴的真空镀膜装置，能形成均匀的喷射流，使高温蒸汽和低温钢板接触时，在钢板表面形成均匀镀层。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有导流式真空镀膜喷嘴的真空镀膜装置，包括坩埚，其外侧设有感应加热器，所述坩埚顶部通过蒸汽管道连有布流箱体，所述布流箱体内设有一水平向设置的稳压板，所述布流箱体顶部连有镀膜喷嘴，所述蒸汽管道上设有调压阀；

所述稳压板设置为多孔结构；

所述布流箱体与所述蒸汽管道连接位置上方设有导流柱，所述导流柱位于所述稳压板的下方，且所述导流柱径向截面面积S_导流与所述蒸汽管道径向截面面积S_入口之比大于等于0.1，即：

S_导流/S_入口≥0.1。

所述导流柱的径向截面形状设置为圆形、三角形、梯形或长方形，所述导流柱位于所述蒸汽管道和所述布流箱体连接位置的上方。

所述稳压板上的孔隙形状为矩形、圆形或三角形，孔隙走向为直线、曲线或多层结构。

所述稳压板上的孔隙总面积S_{孔隙总面积}与所述镀膜喷嘴出口位置面积S_出口之比大于等于0.1，即：

S_{孔隙总面积}/S_出口≥0.1。

所述镀膜喷嘴出口设置为狭缝型或多孔型，且所述镀膜喷嘴出口位置面积S_出口与所述蒸汽管道径向截面面积S_入口之比大于等于0.05～5，即：

S_出口/S_入口≥0.05～5。

所述狭缝型镀膜喷嘴出口设置为直线形或者曲线形。

所述多孔型镀膜喷嘴出口设置为矩形、圆形或梯形。

所述镀膜喷嘴为石墨、陶瓷或者金属材质制成。

本发明所提供的一种具有导流式真空镀膜喷嘴的真空镀膜装置，金属蒸汽由感应坩埚熔化蒸发获得，蒸汽通过管道进入到布流箱体，布流箱体中布置导流柱和稳压板，金属蒸汽通过导流柱后其流向得到了改变，有利于将气体进行初次分配，而后金属蒸汽继续在布流箱体中受到稳压板的缓冲，金属蒸汽得到进一步的均压，当金属蒸汽通过稳压板后由镀膜喷嘴喷出，形成均匀的喷射流，当高温金属蒸汽和低温钢板接触时，在钢板表面形成了均匀镀层。

附图说明

图1是欧洲专利BE1009321A6的坩埚喷嘴结构示意图；

图2是欧洲专利BE1009317A61的坩埚喷嘴结构示意图；

图3是专利JPS59177370A的坩埚喷嘴结构示意图；

图4是专利US4552092A的坩埚及喷嘴结构示意图；

图5是专利WO2018/020311A1的坩埚喷嘴结构示意图；

图6是专利CN103249860A的分体式布流器及喷嘴结构示意图；

图7是专利CN101175866A的喷嘴的截面示意图；

图8是图7中方形外壳的环形管道结构示意图；

图9是本发明真空镀膜装置的结构示意图；

图10是图9真空镀膜装置中参数面积分类示意图；

图11是图9中A-A向的剖视示意图；

图12是图9中B-B向的剖视示意图；

图13是图9真空镀膜装置的实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图9至图12所示，本发明所提供的一种具有导流式真空镀膜喷嘴的真空镀膜装置，包括坩埚13，坩埚13内盛有金属液14，坩埚13外侧设有感应加热器15，所述坩埚13顶部通过蒸汽管道16连有一个矩形体的布流箱体17，所述蒸汽管道16上设有调压阀18，所述布流箱体17内设有一水平向设置的稳压板19，所述稳压板19设置为与所述布流箱体17内部相适配的矩形，所述布流箱体17顶部连有镀膜喷嘴20。

较佳的，所述稳压板19设置为多孔结构，所述稳压板19上的孔隙191形状为矩形、圆形(见图11所示)或三角形，孔隙走向为直线、曲线或多层结构。

较佳的，所述稳压板19上所有孔隙191的孔隙总面积S_{孔隙总面积}与所述镀膜喷嘴20出口位置面积S_出口之比大于等于0.1，即：

S_{孔隙总面积}/S_出口≥0.1。

较佳的，所述布流箱体17内还设有导流柱21，所述导流柱21位于所述布流箱体17与所述蒸汽管道16连接位置的上方、所述稳压板19的下方，所述导流柱21的径向截面形状可以是圆形、三角形、梯形及长方形等各种形状，其主要作用就是阻挡气流通过所述蒸汽管道16直接进入到所述稳压板19上的孔隙191，而是必须经过所述导流柱21后形成一个分散流后再进入到所述稳压板19，从而间接的延长了气流的运动路径，并在进入到所述稳压板19前形成了充分的均匀。所述导流柱21位于所述稳压板19的下方，使所述导流柱21与所述稳压板19之间形成控流区22。

请继续参阅图10所示，所述导流柱21径向截面面积S_导流与所述蒸汽管道16径向截面面积S_入口之比大于等于0.1，即：

S_导流/S_入口≥0.1。

较佳的，所述镀膜喷嘴20出口设置为狭缝型或多孔型，所述狭缝型镀膜喷嘴出口设置为直线形或者曲线形，所述多孔型镀膜喷嘴出口设置为矩形、圆形或梯形。且所述镀膜喷嘴20出口位置面积S_出口与所述蒸汽管道16径向截面面积S_入口之比大于等于0.05～5，即：

S_出口/S_入口≥0.05～5。

较佳的，所述镀膜喷嘴20工作中内部压力为500～500000Pa。

较佳的，所述镀膜喷嘴20为石墨、陶瓷或者金属材质制成，以及其它可以进行加工的材料。

较佳的，所述金属液14可包含的范围为锌、镁、铝、锡、镍、铜、铁等金属，此外还包含这些元素的低熔点(低于2000℃)氧化物。

较佳的，钢板100在真空镀膜前经过等离子等装置清洗，预热温度达到80～300℃。

本发明真空镀膜装置具体使用步骤如下：

1)金属块体在坩埚13中受到感应加热器15的作用熔化成金属液14，金属液14在更高的过热度和低压下开始汽化，逐步形成金属蒸汽23；

2)开始阶段，与坩埚13相连的蒸汽管道16上的调压阀18处于关闭状态，随着金属液14不断的汽化，坩埚13内腔的蒸汽压力不断增大，当坩埚13内腔的压力达到一定压力时，开启调压阀18，使其保持一定的压力流出，此时需同时增大感应加热器15从而使得调压阀18开启减小的压力得到补充，调整感应加热器15的功率范围，使得坩埚13内腔的压力保持在恒定范围；

3)调压阀18开启后，金属蒸汽23沿蒸汽管道16向前流动，当进入到布流箱体17时，由于导流柱21的作用，使得原有的高速管道流出现方向变化，在一定程度上形成分散。此后，由于稳压板19的作用，使得分散的高速流压力降低，并均匀的沿稳压板19上的孔隙191流出，随后从布流箱体17顶部的镀膜喷嘴20均匀的流出；

4)由于镀膜喷嘴20出口狭小，使得金属蒸汽23流出时形成了较大的速度，此时在其上方运动的钢板100(如图9、图13所示，钢板100以一定的速度V从右向左运动)，金属蒸汽23温度较高，遇到温度较低的钢板100时，迅速凝固，形成了均匀的金属镀膜层24。

实施例

如图13所示，采用钢板100表面蒸镀锌，钢板100宽度为1000mm，进行清洗干燥后，钢板100加热至120℃。采用感应加热器15将锌蒸发，并通过控制功率使得坩埚13内的锌达到20000Pa压力，此时调压阀18处于关闭状态，当坩埚13内气体压力到20000Pa后，打开调压阀18，金属蒸汽23通过蒸汽管道16进入布流箱体17，导流柱21的径向截面形状采用等边三角形，其中S_导流/S_入口＝0.5，稳压板19为多孔结构，S_{孔隙总面积}/S_出口＝3，镀膜喷嘴20内部压力为5000Pa，镀膜喷嘴20材质为石墨，镀膜喷嘴20出口采用狭缝型，为长方形，S_出口/S_入口＝0.95。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种具有导流式真空镀膜喷嘴的真空镀膜装置，其特征在于：包括坩埚，其外侧设有感应加热器，所述坩埚顶部通过蒸汽管道连有布流箱体，所述布流箱体内设有一水平向设置的稳压板，所述布流箱体顶部连有镀膜喷嘴，所述蒸汽管道上设有调压阀；

所述稳压板设置为多孔结构；

所述布流箱体与所述蒸汽管道连接位置上方设有导流柱，所述导流柱位于所述稳压板的下方，且所述导流柱径向截面面积S_导流与所述蒸汽管道径向截面面积S_入口之比大于等于0.1，即：

S_导流/S_入口≥0.1。

2.如权利要求1所述一种具有导流式真空镀膜喷嘴的真空镀膜装置，其特征在于：所述导流柱的径向截面形状设置为圆形、三角形、梯形或长方形，所述导流柱位于所述蒸汽管道和所述布流箱体连接位置的上方。

3.如权利要求1所述一种具有导流式真空镀膜喷嘴的真空镀膜装置，其特征在于：所述稳压板上的孔隙形状为矩形、圆形或三角形，孔隙走向为直线、曲线或多层结构。

4.如权利要求3所述一种具有导流式真空镀膜喷嘴的真空镀膜装置，其特征在于：所述稳压板上的孔隙总面积S_{孔隙总面积}与所述喷嘴出口位置面积S_出口之比大于等于0.1，即：

S_{孔隙总面积}/S_出口≥0.1。

5.如权利要求4所述一种具有导流式真空镀膜喷嘴的真空镀膜装置，其特征在于：所述镀膜喷嘴出口设置为狭缝型或多孔型，且所述镀膜喷嘴出口位置面积S_出口与所述蒸汽管道径向截面面积S_入口之比大于等于0.05～5，即：

S_出口/S_入口≥0.05～5。

6.如权利要求5所述一种具有导流式真空镀膜喷嘴的真空镀膜装置，其特征在于：所述狭缝型镀膜喷嘴出口设置为直线形或者曲线形。

7.如权利要求5所述一种具有导流式真空镀膜喷嘴的真空镀膜装置，其特征在于：所述多孔型镀膜喷嘴出口设置为矩形、圆形或梯形。

8.如权利要求5所述一种具有导流式真空镀膜喷嘴的真空镀膜装置，其特征在于：所述镀膜喷嘴为石墨、陶瓷或者金属材质制成。

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