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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlflachprodukts mit einem kathodischen Korrosionsschutz. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anlage zur Herstellung eines mit einem kathodischen Korrosionsschutz versehenen Stahlflachprodukts. Ein weiterer Gedanke der Erfindung ist eine Verwendung.
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Soweit von einem Stahlflachprodukt die Rede ist, so sind damit Stahlbänder, Stahlbleche, daraus gewonnene Platinen und dergleichen gemeint. Insbesondere sind als Stahlbänder ausgebildete Stahlflachprodukte Gegenstand der Erfindung.
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Es ist bekannt, Stahlflachprodukte mit einem metallischen Überzug zu versehen, um die Stahlflachprodukte im Prozess eines Warmumformens zu einem Bauteil vor Verzunderung zu schützen. Als metallischer Überzug werden hierfür Beschichtungen gewählt, die gegenüber dem Stahlflachprodukt als kathodischer Korrosionsschutz wirken. Bekannte Materialien zum Überzug sind beispielsweise Zn-, Al-, Mg- und Legierungen aus diesen.
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Legierungen, die mit Hinblick auf ihre Eignung als Korrosionsschutz hin weiter verbessert wurden, enthalten in vielen Fällen noch weitere Legierungsbestandteile, beispielsweise neben den bereits genannten Ca, Na oder Li. Aufgrund der hohen Eignung dieser Elemente zur Oxidation, ist eine Schmelztauchbehandlung nicht oder nur mit ungünstigen Ergebnissen praktikabel.
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Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, trotz der genannten Hindernisse Stahlflachprodukte mit guten Korrosionschutzbeschichtungen bereitstellen zu können.
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Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Herstellung eines Stahlflachprodukts mit einem kathodischen Korrosionsschutz gelöst.
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Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- A. Bereitstellen des Stahlflachprodukts;
- B. optional: thermische Vorbehandlung des Stahlflachprodukts;
- C. Transportieren des Stahlflachprodukts in eine Beschichtungskammer und durch diese hindurch.
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An oder in der Beschichtungskammer ist eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material angeordnet. Die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material wird betrieben, eine Oberfläche des durch die Beschichtungskammer geführten Stahlflachprodukts mit einer Korrosionsschutzbeschichtung zu beschichten. Die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material ist als PVD-Beschichtungsvorrichtung ausgebildet.
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Der grundlegende Kerngedanke der Erfindung besteht also darin, dass im Gegensatz zu bekannten Schmelztauchverfahren der Korrosionsschutzüberzug durch Aufbringen eines Materials auf der Oberfläche mit einem PVD-Beschichtungsverfahren appliziert wird. Die Nutzung eines PVD-Beschichtungsverfahrens hat im vorliegenden Zusammenhang den spezifischen Vorteil, dass eine Beschichtung mit ausreichend hoher Beschichtungsrate und Diffusion der auf der Oberfläche aufgetroffenen Teilchen beim Prozess der Schichtbildung vorliegen, dass großflächig dichte und gut haftende Korrosionsschutzschichten hergestellt werden können, die überraschenderweise auch bei der hohen Beanspruchung eines nachfolgenden Umformprozesses, insbesondere auch einer Warmumformung, ihre hohe Qualität beibehalten. Insbesondere konnte durch Versuche nachgewiesen werden, dass Schichtfehler wie beispielsweise Delamination oder Powdering nicht oder nur in geringem Maße auftraten.
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Bevorzugt erfolgt vor dem Transportieren des Stahlflachprodukts in die Beschichtungskammer in Schritt B eine thermische Vorbehandlung. Die thermische Vorbehandlung umfasst:
- B1. Durchführen des Stahlflachprodukts durch einen Durchlaufofen;
- B2. Erwärmen des Stahlflachprodukts;
- B3. Befördern des Stahlflachprodukts aus dem Durchlaufofen heraus.
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Besonders bevorzugt erfolgt das Beschichten der Oberfläche also auf einem wärmebehandelten Stahlflachprodukt mit dem Ergebnis einer besonders guten Schichthaftung. Die Schichtbeschaffenheit und die Schichthaftung ist besonders gut dann, wenn die Beschichtung des noch erwärmten Stahlflachprodukts erfolgt, dass also der Schritt C unmittelbar nach dem Erwärmen in Schritt B durchgeführt wird.
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Für die Wärmebehandlung wird ein aus der Praxis bekannter Durchlaufofen verwendet mit dem Vorteil, dass ein kontinuierlicher Prozess einer Folge aus Vorbehandlung und Beschichten mit potentiell hohem Durchsatz erreicht wird.
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Besonders bevorzugt umfasst das Erwärmen des Schritts B2 die Schritte:
- B2a. einen Voroxidationsschritt,
- B2b. einen nach dem Voroxidationsschritt durchgeführten Reduktionsglühschritt.
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Die Durchführung der Voroxidation führt zu einer Reinigung der Schicht durch die herbeigeführten Verbrennungsprozesse. Die hieraufhin erfolgende Reduktion führt zu der Beseitigung der entstandenen Oxide. Zudem ergibt sich auf dem Stahlflachprodukt eine Oberfläche mit hohem Anteil reaktiven Eisens, wodurch eine gute Haftung der in Schritt C aufgebrachten Beschichtung bewirkt wird.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Voroxidationsschritt B2a in einer Atmosphäre durchgeführt wird mit 0,1 bis 10 Vol.-Prozent O2, bevorzugt 0,1 bis 4,0 Vol.-Prozent O2, Rest Schutzgas, Rest bevorzugt bestehend aus H2 und N2, Rest besonders bevorzugt bestehend aus 0 bis 10 Vol.-Prozent H2 und 90 bis 100 Vol-Prozent N2.
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Gute Eigenschaften der Korrosionsschutzbeschichtung wurden erhalten in einer bevorzugten Verfahrensvariante, in welcher der Voroxidationsschritt B2a bei einer Temperatur zwischen 650 Grad Celsius und 750 Grad Celsius durchgeführt wurde.
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Der Reduktionsglühschritt B2b wird bevorzugt in einer H2 aufweisenden Schutzgas-Atmosphäre durchgeführt, die sich bevorzugt aus H2 und N2 zusammensetzt. Besonders bevorzugt besteht die Atmosphäre aus 0 bis 10 Vol.-Prozent H2 und 90 bis 100 Vol-Prozent N2.
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Für den Reduktionsglühschritt B2b wurde als vorteilhaft gefunden, dass dieser bei einer Temperatur zwischen 750 Grad Celsius und 900 Grad Celsius, bevorzugt zwischen 750 Grad Celsius und 850 Grad Celsius, durchgeführt wird, bevorzugt mit einer Haltezeit größer als 180, besonders bevorzugt kleiner als 300 Sekunden.
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Gemäß einer möglichen Verfahrensvariante kann vorteilhaft sein, dass der Reduktionsglühschritt B2b um ein nachgelagertes Ausklingglühen ergänzt wird, das bei einer Temperatur zwischen 420 und 520 Grad Celsius durchgeführt wird, bevorzugt mit einer Haltezeit größer als 30, besonders bevorzugt kleiner als 150 Sekunden. Durch das Ausklingglühen wird erreicht, dass beim Übergang in den nachfolgenden Beschichtungsschritt C kein zu schroffes Abkühlen erfolgt und dadurch nachteilige Gefügeänderungen vermieden werden.
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In jedem der oben genannten Verfahrensführungen und Kombinationen von Verfahrensführungen haben sich Taupunkte von zwischen -15 Grad Celsius und -25 Grad Celsis, beispielsweise - 20 Grad Celsius als vorteilhaft erwiesen. Bei dem Reduktionsglühen sind Aufheizrampen und Abkühlrampen zwischen 5 Grad Celsius/Sekunde und 15 Grad Celsius/Sekunde von besonderem Vorteil.
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Bevorzugt tritt das Stahlflachprodukt unmittelbar nach dem Schritt B2 aus dem Durchlaufofen aus und in die Beschichtungskammer hinein und die Beschichtung wird auf der noch warmen Oberfläche des Stahlflachprodukts durchgeführt.
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Bevorzugt ist die Temperatur des Stahlflachprodukts noch nah an der Vorbehandlungstemperatur, beispielsweise zwischen 150 und 250 Grad Celsius für Reinzinksysteme beziehungsweise zwischen 560 und 710 Grad Celsius für Aluminiumschichten. Allgemein ist eine Temperatur zwischen 60 Prozent und 80 Prozent des Schmelzpunkts oder alternativ der Solidustemperatur (jeweils auf der Kelvin-Skala) der Schicht bevorzugt.
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Die Korrosionsschutzbeschichtung ist bevorzugt eine Al-basierte oder eine Zn-basierte Korrosionschutzbeschichtung.
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In einem Fall, in dem die Korrosionsschutzbeschichtung Zn-basiert ist, weist diese bevorzugt neben Zn und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzlich auf:
- optional 12-60 Atom-Prozent Mg,
- optional 15-60 Atom-Prozent Al
- optional 8- 50 Atom-Prozent Mn,
- Rest zu 100 Gew.-%: Zn und unvermeidbare Verunreinigungen.
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Die Zusammensetzung ist besonders bevorzugt derart, dass die Solidustemperatur > 700 Grad Celsius ist.
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Wenn die Korrosionsschutzbeschichtung Al-basiert ist, weist diese bevorzugt neben Al und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzlich auf:
- optional 0,1-30 Gew.-Prozent Fe, bevorzugt 5-30 Gew.-Prozent Fe,
- optional 0,1-5 Gew.-Prozent Mg,
- optional 0,1-5 Gew.-Prozent Ti,
- optional 0,1-10 Gew.-Prozent Si,
- optional 0,1-10 Gew.-Prozent Li,
- optional 0,1-10 Gew.-Prozent Ka,
- Rest zu 100 Gew.-Prozent: Al und unvermeidbare Verunreinigungen.
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Die Zusammensetzung ist besonders bevorzugt derart, dass die Solidustemperatur > 770 Grad Celsius ist.
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Während des Beschichtens herrscht in der Beschichtungskammer bevorzugt ein Schutzgasdruck von weniger als 100 mbar über einem technischen Vakuum mit einem Restgasdruck von 20mbar. Unter diesen Bedingungen können bei vergleichsweise hoher Beschichtungsgeschwindigkeit und mit vergleichsweise geringem apparativem technischen Aufwand Beschichtungen mit guten Schichteigenschaften hergestellt werden.
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Für das Verdampfen des als Korrosionsschutzbeschichtung aufzutragenden Materials in dem Verdampfungsabschnitt können unterschiedliche Mechanismen genutzt werden. Eine konzeptionell einfache Vorgehensweise ist das thermische Verdampfen eines Ausgangsmaterials, welches sodann zum Düsenabschnitt und durch diesen hindurchgeführt wird. Zur Bewegung des in Gasphase vorliegenden Materials trägt beispielsweise ein Druckunterschied zwischen Verdampfungsabschnitt und Beschichtungskammer bei. Optional kann zudem ein Trägergasstrom, beispielsweise aus einem Inertgas, durch den Verdampfungsabschnitt und hiernach durch den Düsenabschnitt hindurch für die Beförderung des verdampften Materials eingesetzt werden.
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Ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material ist eine Jet-Vapour-Deposition-Anlage, unter welcher der Fachmann eine Anlage versteht, in welcher das Beschichtungsmaterial mittels thermischen Verdampfens in Gasphase gebracht wird und es sodann beispielsweise - typischerweise, aber nicht zwingend - mit einem Trägergasstrom aus Inertgas zu dem Substrat transportiert wird, bevorzugt mit einer Gasstromgeschwindigkeit oberhalb der Schallgeschwindigkeit, bevorzugt oberhalb 500 m/s. Die Funktionsweise geht beispielsweise aus dem Übersichtsartikel im Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings (Third Edition), Science, Applications and Technology, 2010, Seiten 881-901, https://doi.org/10.1016/B978-0-8155-2031-3.00018-1 (verlinkt am Anmeldetag) hervor. Die vorliegende Erfindung ist auch mit derartigen Jet-Vapour-Deposition-Anlagen umsetzbar.
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Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung aber ganz allgemein für sämtliche Beschichtungsvorrichtungen der eingangs genannten Art nutzbar, also für alle Beschichtungsvorrichtungen, bei denen das für die Korrosionsschutzbeschichtung vorgesehene Material innerhalb eines einen Tiegel aufweisenden Verdampfungsabschnitts in seine Gasphase gebracht wird und das in Gasphase befindliche Material sodann durch einen Düsenabschnitt hindurch und aus dem Ausgang des Düsenabschnitts hinaus zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Gegenstandes hin gerichtet ausgelassen wird, sich sodann zu der Oberfläche hin bewegt, auf der Oberfläche kondensiert und dadurch die Korrosionsschutzbeschichtung bildet.
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Insbesondere ist die vorliegende Erfindung für die Untergattung solcher Beschichtungsvorrichtungen vorgesehen, bei denen eine Trägergastromzufuhr in den Verdampfungsabschnitt hineinführt zum Zuführen eines Trägergasstroms eines Trägergases in den Verdampfungsabschnitt und durch diesen hindurch zum Mitführen des Beschichtungsmaterials zu der Substratoberfläche hin. Eine Variante einer Beschichtungsvorrichtung dieser genannten Art ist zum Beispiel aus der
WO 2016/042079 A1 bekannt. Bei dieser Beschichtungsvorrichtung werden kontinuierlich zwei Drähte als Beschichtungsmaterial zugeführt. Das Beschichtungsmaterial gelangt zu einem Spritzkopf, bei welchem die beiden Materialdrähte als Kathode und als Anode an eine elektrische Gleichspannungsquelle angeschlossen sind. Infolge der elektrischen Gleichspannung zwischen Kathode und Anode bildet sich zwischen den beiden Materialdrähten ein elektrischer Lichtbogen, wodurch das zugeführte Ausgangsmaterial in Form der beiden Materialdrähte verdampft und/oder verflüssigt wird. Durch den Spritzkopf hindurch wird ein Gasstrom geführt, welcher das verdampfte und/oder verflüssigte Beschichtungsmaterial mit sich reißt und über ein Injektorrohr in einen Tiegel transportiert. Das in den Tiegel beförderte Beschichtungsmaterial verdampft sodann vollständig innerhalb des beheizten Tiegels und wird aus dem Tiegel herausgeführt und zu dem zu beschichtenden Substrat hin weisend gerichtet. Diese Beschichtungsvorrichtung weist eine Kombination aus Elementen auf, die auch von Jet-Vapour-Deposition-Anlagen bekannt sind sowie aus Elementen, die aus Anlagen bekannt sind, die nach dem Prinzip der Arc Evaporation arbeiten. Die Vorrichtung basiert auf der Beförderung des Beschichtungsmaterials mit einem Trägergasstrom. Für die Bereitstellung des Beschichtungsmaterials als in Gasphase vorliegendes Material nutzt diese Beschichtungsvorrichtung einen Verdampfungsabschnitt, der sich aus einem Vorverdampfungsabschnitt und einem als Tiegel ausgebildeten Nachverdampfungsabschnitt zusammensetzt. Der Vorverdampfungsabschnitt bereitet das Material in dem Spritzkopf und dem Injektorrohr auf und stellt es für die Nachverdampfung, das heißt: das zumindest größtenteils in Gasphase bringen von noch vorhandenen festen oder flüssigen Anteilen, dem Tiegel bereit.
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Die Anlagen der eingangs genannten Art haben alle gemeinsam, dass sie aufgrund ihrer konzeptionellen Umsetzung mit einer Beschichtungskammer zur Durchführung des zu beschichtenden Gegenstands insbesondere für großtechnische Umsetzungen nutzbar sind und ihre Vorteile entfalten. Unter anderem auch aufgrund der dadurch sich ergebenden Randbedingungen, wie beispielsweise der entsprechenden Größe der Beschichtungskammer sowie aufwands- und kostenabhängigen Grenzen in der Bereitstellung eines technischen Vakuums, besteht bei einem Betrieb der Beschichtungsanlage eine besondere Herausforderung darin, bei der Beschichtung der Gegenstände eine hohe Prozesssicherheit gewährleisten zu können. Beispielsweise ist wünschenswert, eine hohe Reproduzierbarkeit der Eigenschaften der hergestellten Beschichtungen und/oder einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlage und/oder eine hohe Qualität der hergestellten Schichten gewährleisten zu können.
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Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material auf:
- - einen Verdampfungsabschnitt zum Verdampfen des Materials in die Gasphase hinein,
- - einen mit dem Verdampfungsabschnitt gekoppelten Düsenabschnitt.
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Der Düsenabschnitt wiederum weist eine Düse mit einem in der Beschichtungskammer mündenden Düsenausgang auf, um das in Gasphase vorliegende Material gerichtet aus dem Düsenausgang hinaus zu lassen und dessen Bewegung zu der zu beschichtenden Oberfläche des Stahlflachprodukts hin zu bewirken, während das Stahlflachprodukt kontinuierlich durch die Beschichtungskammer hindurch an dem Düsenausgang vorbeigeführt wird. In der Folge wird die Oberfläche des Stahlflachprodukts, bei dem es sich bevorzugt um ein Stahlband handelt, kontinuierlich mit aus dem Düsenausgang ausströmenden in Gasphase vorliegendem Material beschichtet, indem dieses auf der Oberfläche kondensiert und dadurch die Beschichtung bildet.
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Der Verdampfungsabschnitt ist die Gesamtheit aller apparativen Einrichtungen der Beschichtungsanlage, welche die Überleitung des für die Beschichtung vorgesehenen Ausgangsmaterials in die Gasphase bewirken. Hierzu weist der Verdampfungsabschnitt eine Zuführung für das Ausgangsmaterial auf, durch die der Verdampfungsabschnitt mit dem Ausgangsmaterial versorgt wird, um dieses zu verdampfen.
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Im Rahmen der gesamten Beschreibung werden die Begriffe der Gasphase und des Verdampfens verwendet, da sie im Bereich der beschriebenen Technologie üblich sind. Der Begriff der Gasphase umfasst dabei, dass ein geringer Gewichtsanteil, beispielsweise bis zu 30 Gew.-%, bevorzugt nicht mehr als 10 Gew.-%, des in Gasphase vorliegenden Materials nicht als reines Gas im physikalischen Sinne, sondern stattdessen als Dampfbestanteile wie zum Beispiel als Aerosol und/oder als Cluster vorliegen kann. Der Begriff des Verdampfens umfasst, dass je nach verwendetem Material und nach verwendeter Technologie der Übergang der Teilchen in die Gasphase zumindest teilweise auch mittels anderer Mechanismen erfolgt, beispielsweise durch Sublimation. Der Begriff des Verdampfens umfasst somit zusätzlich zu einem Verdampfen im streng physikalischen Sinne, also einem Übergang flüssig --> Gasphase, auch weitere Mechanismen, wie insbesondere die Sublimation.
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Die Beschichtungskammer weist bevorzugt eine Eintrittsdurchgang und einem Austrittsdurchgang auf sowie einen Beschichtungskanal, der besonders bevorzugt innerhalb der Beschichtungskammer angeordnet ist und zum Einbringen und Ausbringen des Gegenstands eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung aufweist. Beispielsweise kann, wenn die Beschichtungsanlage zum Beschichten von metallischem Band vorgesehen ist, die Beschichtungskammer eine Bandbeschichtungsanlage sein mit außerhalb der Beschichtungskammer angeordneten Transport- und Stützrollen, so dass das Band durch die Beschichtungskammer hindurchgeführt wird.
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Besonders bevorzugt weist der Verdampfungsabschnitt einen Vorverdampfungsabschnitt und einen bevorzugt als Tiegel ausgebildeten Nachverdampfungsabschnitt auf.
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Der Vorverdampfungsabschnitt weist einen Spritzkopf zum Aufbereiten des als Ausgangsmaterial vorliegenden Beschichtungsmaterials und ein Injektorrohr auf, wobei das Injektorrohr das in dem Spritzkopf aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Nachverdampfungsabschnitt leitend ausgebildet und mit dem Nachverdampfungsabschnitt gekoppelt ist zum Führen des aufbereiteten Beschichtungsmaterials in den Nachverdampfungsabschnitt hinein zum dortigen in die Gasphase bringen. Der Spritzkopf ist besonders bevorzugt als sogenannte Drahtspritze ausgebildet, womit eine Einrichtung bezeichnet wird in der als Draht eingeführtes Ausgangsmaterial mittels Lichtbogenschmelzens und/oder Lichtbogenverdampfens aufbereitet wird, in die Gasphase gebracht wird. Ein Einstellen der Beschichtungsrate erfolgt durch eine Zuführrate einer Zuführung von Ausgangsmaterial in den Spritzkopf hinein. Dem Spritzkopf wird das Ausgangsmaterial zugeführt, bevorzugt in Draht- oder in Bandform. In dem Spritzkopf wird das Ausgangsmaterial aufbereitet, das bedeutet, es werden Bestandteile des Ausgangsmaterials verdampft und/oder als in Flüssigphase vorliegende Partikel vom Ausgangsmaterial getrennt, bevorzugt mittels einem Lichtbogenverdampfen zwischen als Kathode geschaltetem Ausgangsmaterial und als Anode geschaltetem Ausgangsmaterial. Das aufbereitete Ausgangsmaterial liegt nicht vollständig in Gasphase vor, aber besteht aus einem Gemisch insbesondere aus Gasphase und flüssigen oder teilflüssigen Partikeln, das zur Führung durch den Tiegel geeignet ist, um dort nachverdampft zu werden, das heißt: durch dort stattfindende Erwärmung vollständig oder weitgehend vollständig in die Gasphase überzugehen.
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Der Vorverdampfungsabschnitt umfasst insbesondere einen Spritzkopf zum Aufbereiten des als Ausgangsmaterial vorliegenden Beschichtungsmaterials und ein Injektorrohr. Das Injektorrohr ist mit dem Tiegel gekoppelt und ausgebildet, das in dem Spritzkopf aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Tiegel zu leiten. Das aufbereitete Beschichtungsmaterial gelangt in den Tiegel. Bestandteile des Beschichtungsmaterials, die noch nicht in Gasphase vorliegen, verdampfen innerhalb des Tiegels, der zu diesem Zweck auf eine Temperatur erwärmt ist, die oberhalb der Verdampfungstemperatur des Ausgangsmaterials liegt.
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Der Tiegel ist erwärmt, um das aufbereitete Ausgangsmaterial in Gasphase zu überführen. Die Temperatur, auf welche der Tiegel erwärmt wird, richtet sich nach dem Beschichtungsmaterial. Der Tiegel ist bevorzugt als Zyklon ausgebildet, da eine Zyklonform eine platzsparende Ausgestaltung ist, die eine effiziente Führung des Gasstroms durch den Tiegel erlaubt. Ein weiterer Vorteil eines in Zyklonform ausgebildeten Tiegels ist dessen hohe Zuverlässigkeit in der nahezu vollständigen Verdampfung des durchströmenden Materials, wodurch eine hohe Qualität der abgeschiedenen Beschichtung gewährleistet wird, ein Beschuss des Bands mit noch in Flüssigphase vorliegendem Beschichtungsmaterial bei sachgemäßer Anwendung nahezu ausgeschlossen werden kann.
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In einer Variante ist eine in den Verdampfungsabschnitt weisende Trägergasstromzufuhr an dem Verdampfungsabschnitt angeordnet zum Zuführen eines Trägergasstroms eines Trägergases in den Verdampfungsabschnitt und durch diesen hindurch zum Mitführen des Beschichtungsmaterials.
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Bevorzugt ist eine Ausführung eines eingangs erläuterten Ausführungsbeispiels, in welchem der Vorverdampfungsabschnitt einen Spritzkopf aufweist, wobei die Trägergasstromzufuhr im Spritzkopf angeordnet ist, sodass das Trägergas durch den Spritzkopf hindurch geleitet ist und dort aufbereitetes Ausgangsmaterial, beispielsweise in Form von Partikeln oder Clustern, mit sich reißt und dieses durch das Injektorrohr hindurch in den Tiegel hinein leitet.
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Beispielsweise kann der Spritzkopf als Drahtspritze ausgebildet sein, womit ein Spritzkopf bezeichnet wird, in den Ausgangsmaterial draht- oder bandförmig eingeführt wird um diesen hieraufhin innerhalb des Spritzkopfes mittels Lichtbogenschmelzens und/oder Lichtbogenverdampfens aufzubereiten, also für die weitergehende Verdampfung vorzubereiten.
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Alternativ oder zusätzlich ist die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung des Materials eine Jet-Vapour-Deposition-Beschichtungsvorrichtung, kurz: JVD-Beschichtungsvorrichtung. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die JVD-Beschichtung als Untergattung der PVD-Beschichtung angesehen.
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Ein Gedanke, der unabhängig wie auch in Kombination mit den vorstehend beschriebenen Entwicklungen betrachtet werden kann, ist eine Anlage zur Beschichtung eines mit einem kathodischen Korrosionsschutz versehenen Stahlflachprodukts.
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Um ein bereitgestelltes Stahlflachprodukt mit einem wirkungsvollen Korrosionsschutz versehen zu können, weist die Anlage auf:
- - Eine Beförderungsanordnung zum Transport des Stahlflachprodukts entlang der einzelnen Behandlungsstationen der Anlage. Eine solche Beförderungsanordnung kann beispielsweise eine aus der Praxis bekannte Anordnung aus Transportrollen sein, mit denen ein als Stahlband ausgebildetes Stahlflachprodukt durch die einzelnen Stationen der Anlage hindurch transportiert werden kann.
- - Einen Vorbehandlungsofen zur thermischen Vorbehandlung des Stahlflachprodukts, wobei der Vorbehandlungsofen bevorzugt als Durchlaufofen ausgebildet ist. Wenn der Vorbehandlungsofen als Durchlaufofen ausgebildet ist, weist er bevorzugt einen Ofeneingang und einem am anderen Ende des Durchlaufofens befindlichen Ofenausgang auf, sodass das Stahlflachprodukt durch den Ofeneingang in den Durchlaufofen hineinführbar, durch den Ofen durchführbar und hiernach durch den Ofenausgang herausführbar ist.
- - Eine Beschichtungskammer mit einer Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material, wobei die Beschichtungskammer die in Transportrichtung des Stahlflachprodukts hinter dem Ofenausgang angeordnet ist, mit einem Kammereingang zum Hineinführen des Stahlflachprodukts, um es an einem Düsenausgang einer Düse der Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material vorbei und durch die Kammer hindurch zu führen.
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Die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material ist betreibbar ist zum Beschichten einer der Oberfläche des durch die Beschichtungskammer geführten Stahlflachprodukts, indem eine Düse der Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung mit einem Düsenausgang derart orientiert ist, dass aus dem Düsenausgang austretendes, in Gasphase vorliegendes Material auf das durch die Kammer geführte Stahlflachprodukt trifft und dieses infolge der kontinuierlichen Bewegung des Stahlflachprodukts kontinuierlich mit einer Beschichtung versieht, deren Zusammensetzung sich aus der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials ableitet, das in der Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material in die Gasphase gebracht wird.
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Bevorzugt ist die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material eine PVD-Beschichtungsvorrichtung ist und/oder
- - die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material eine JVD-Beschichtungsvorrichtung ist.
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In einer Variante weist die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material auf:
- - einen Verdampfungsabschnitt zum Verdampfen des Materials in die Gasphase hinein,
- - einen mit dem Verdampfungsabschnitt gekoppelten Düsenabschnitt, wobei der Düsenabschnitt eine Düse mit einem in der Beschichtungskammer mündenden Düsenausgang aufweist, zum gerichteten Führen und Auslassen des in Gasphase vorliegenden Materials aus dem Düsenausgang hinaus zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Stahlflachprodukts, das durch die Beschichtungskammer hindurch an dem Düsenausgang vorbeigeführt wird, zum kontinuierlichen Beschichten der Oberfläche mit aus dem Düsenausgang ausströmenden in Gasphase vorliegendem Material, indem dieses auf der Oberfläche kondensiert und dadurch die Beschichtung bildet. Es wird auf die im Zusammenhang mit dem entsprechenden Verfahren oben dargelegten Ausführungen verwiesen, in denen die in dieser Variante vorhandenen Aggregate ausführlich beschrieben sind.
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Besonders bevorzugt weist der Verdampfungsabschnitt einen Vorverdampfungsabschnitt und einen bevorzugt als Tiegel ausgebildeten Nachverdampfungsabschnitt auf.
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Der Vorverdampfungsabschnitt weist einen Spritzkopf zum Aufbereiten des als Ausgangsmaterial vorliegenden Beschichtungsmaterials und ein Injektorrohr auf, wobei das Injektorrohr das in dem Spritzkopf aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Nachverdampfungsabschnitt leitend ausgebildet und mit dem Nachverdampfungsabschnitt gekoppelt ist zum Führen des aufbereiteten Beschichtungsmaterials in den Nachverdampfungsabschnitt hinein zum dortigen in die Gasphase bringen. Der Spritzkopf ist bevorzugt als Drahtspritze ausgebildet für das Lichtbogenschmelzen und/oder Lichtbogenverdampfen von in die Drahtspritze eingeführtem Ausgangsmaterial. Das Einstellen der Beschichtungsrate kann dann insbesondere durch eine Zuführrate einer Zuführung von Ausgangsmaterial in den Spritzkopf hinein erfolgen. Es wird auf die im Zusammenhang mit dem entsprechenden Verfahren oben dargelegten Ausführungen verwiesen, in denen die in dieser Variante vorhandenen Aggregate ausführlich beschrieben sind.
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Der Vorbehandlungsofen und die Beschichtungskammer sind bevorzugt unmittelbar miteinander gekoppelt, wobei der Ofenausgang und der Kammereingang beispielsweise ineinander übergehend ausgebildet sein können oder mittels eines Übergangsstutzens miteinander verbunden sein können.
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Besonders bevorzugt ist, eine Anlage nach einer der oben beschriebenen Ausführungen zum Beschichten einer Oberfläche eines Stahlflachprodukts mit einer Al-basierten oder Zn-basierten kathodischen Korrosionsschutzbeschichtung mittels eines Verfahrens der Gasphasenabscheidung von Material zu nutzen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Figur, in der beispielhaft ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten wie auch nachfolgend erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind.
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Es zeigt:
- 1: Beispielhafte Ausführungsform einer Beschichtungsanlage.
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Anlage zur Herstellung eines mit einem kathodischen Korrosionsschutz versehenen Stahlflachprodukts 1 zur Beschichtung eines Stahlflachprodukts 2, das hier als Band 2 ausgeführt ist. Die als Bandbeschichtungsanlage ausgebildete Anlage zur Herstellung eines mit einem kathodischen Korrosionsschutz versehenen Stahlflachprodukts 1 weist eine Beschichtungskammer 4 auf, in der ein technisches Vakuum herrscht und durch welches, mittels der Transportrollen 3a und 3b das Band 2 in Richtung des Pfeils 5 hindurchgeführt wird. Die Beschichtungsanlage weist eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material 6 auf. Diese setzt sich zusammen aus einem Verdampfungsabschnitt 7 zum Verdampfen des Materials in die Gasphase hinein und einem Düsenabschnitt 8, 9, welcher sich aus Düse 8 und als Adapter dienendem Kopplungsglied 9 zusammensetzt. In dem beispielhaft als Tiegel ausgebildeten Verdampfungsabschnitt 7 verdampftes Material wird durch den Düsenabschnitt 8, 9 in die Beschichtungskammer 4 geführt, gelangt dort auf das Band 2 und bildet dadurch die Beschichtung. In Bandtransportrichtung vor der Beschichtungskammer 4 ist ein Vorbehandlungsofen 10 zur thermischen Vorbehandlung des Stahlflachprodukts 2 positioniert. Der Vorbehandlungsofen 10 ist als Durchlaufofen ausgebildet mit einem Ofeneingang 11 und einem am anderen Ende des Durchlaufofens befindlichen Ofenausgang 12, sodass das Stahlflachprodukt durch den Ofeneingang 11 in den Durchlaufofen 10 hineinführbar, durch den Ofen durchführbar und hiernach durch den Ofenausgang 12 herausführbar ist. Der Vorbehandlungsofen und die Beschichtungskammer 4 sind unmittelbar aneinander gekoppelt, sodass das Band unmittelbar mit dem Austritt aus dem Vorbehandlungsofen 10 in die Beschichtungskammer 4 eintritt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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