DE880244C - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen insbesondere metallischer Schutzschichten auf vorzugsweise bandfoermige Traeger - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen insbesondere metallischer Schutzschichten auf vorzugsweise bandförmige Träger Es ist bekannt, durch Verdampfen von Stoffen im Vakuum gleichmäßig deckende Niederschläge auf Trägern aus anderem Werkstoff zu erzeugen. Die so hergestellten Schichten weisen schon bei geringer Stärke eine vorzügliche Porenfreiheit auf und stellen einen wirkungsvollen Schutz der Trägeroberfläche dar. Die Anwendung dieses Verfahrens in der Massenfertigung ist jedoch begrenzt, da einer kontinuierlichen Beschickung derartiger Anlagen wegen des erforderlichen hohen Vakuums erhebliche Schwierigkeiten entgegenstehen. Vor allem erscheint die Oberflächenveredlung von Blechbändern praktisch unmöglich, da, die vakuumdichte Einführung dieser Bänder einen technisch und wirtschaftlich nicht zu rechtfertigenden Aufwrind erfordert. Es ist z. B. üblich, Bänder, die zur Herstellung von Konservendosen, dienen und deren Länge bereits groß im Verhältnis zu ihrer Breite ist, zum Zweck der Verzinnung in kontinuierlicher Folge aneinander zu schweißen, um einem fließenden Arbeitsgang zu erreichen. Diese Bänder können in den Vakuumanlagen nicht verarbeitet werden. Hierdurch entsteht ein erheblicher Nachteil, da die heute gebräuchliche Art der Verzinnung, die darin besteht, die endlosen Bänder durch ein flüssiges Zinnbad zu ziehen, in, der Güte der Schutzschicht aufgedampften Schichten. erheblich unterlegen ist. Beim Tauchverzinnen ist zur vollständigen Abdeckung der Blechoberfläche eine verhältnismäßig große Zinnmenge erforderlich, die im Durchschnitt 30 g je Quadratmeter bei doppelseitiger Verzinnung beträgt. Trotz dieser beträchtlichen Zinnauflage sind die so hergestellten Bänder keineswegs porenfrei. Die Porigkeit muß vielmehr bei guten Erzeugnissen im Mittel mit vier bis acht Poren je Quadratzentimeter angenommen werden, wodurch die. Schutzwirkung der Zinnauflage empfindlich herabgemindert wird. Schließlich ist es nach diesem Verfahren nicht möglich, die Bänder nur einseitig zu verzinnen oder unverzinute Ränder auszusparen. Die Herstellung geschweißter Konservendosen, die erhebliche fertigungstechnische Vorteile- bieltot und sich bei der Herstellung von Dosen aus Schwarzblech schon weitgehend eingeführt hat, muß wegen des Fehlens unverzinnter Bänder bei Weißblechdosen bisher unterbleiben.
• Auch der elektrolytische Niederschlag von Zinn, der in dorr Massenfertigung gleichfalls Anwendung findet, weist ähnliche Nachteile auf. Zwar sind die so hergestellten Schichten meist dünner als die nach dem Tauchverfahren erzeugten Schichten. Sie zeigen jedoch wegen der im Fertigungsgang an der Blechoberfläche auftretenden: Wasserstoffentwicklung eine solch starke Porigkeit, da,ß eine zusätzliche Lackierung der Bleche notwendig wird. Einseitiges Verzinnen und Aussparen unverzin.nter Ränder stößt auf erhebliche Schwierigkeiten. und findet deswegen kaum Anwendung.
• Es wurden; weiterhin Verfahren bekannt, die das Aufdampfen von Schutzschichten, bei höheren. Drücken zum Gegenstand haben und, die hohen Anforderungen herabzumindern gestatten., die bisher für die Aufrechterhaltung des Vakuums bestanden.
• Diesen Verfahren ist gemeinsam, daß durch große Energiekonzentration das zu verdampfende Metall thermisch so stark beschleunigt wird, daß seine fortgeschleuderten Moldeüle gegen, die Moleküle des im Verdampfungsrauin befindlichen Restgases eine erhebliche Strecke anlaufen können. Meist wird dies -durch eine elektrische Explosion von Drähten geringer Stärke durchgeführt, über die ein auf mehrere Kilovolt aufgeladener Kondensator plötzlich entladen wird. Bei Verwendung kurzer, dünner Aluminiumdrähte können auf diesein Wege Aluminiumschichten noch bei einem Druck von 35o Toer aufgedampft werden.
• Auch diese Verfahren sind für die Massenfertigung, insbesondere für die Verzinnung von Konservendosenbändern, wenig geeignet. Die sichere Aufrechterhaltung des Unterdruckes erfordert einen beträchtlichen Aufwand, während sich die thermische Explosion des aufzudampfenden Stoffes kaum kontinuierlich durchführen läßt. Selbst bei einer Lösung .dieses Problems würde die rein thermische Beschleunigung der Dampfmoleküle einen nicht mehr zu rechtfertigenden Aufwand bedeuten und einen erheblichen Verlust am Aufdampfmaterial mit sich bringen, da die Bewegung der Moleküle nach allen Seiten und nicht nur in Richtung auf den Träger erfolgt.
• Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Mängel vorbekannter Verfahren zu vermeiden und eire Verfahren sowie eine zu dessen Ausführung bestimmte Vorrichtung zu schaffen., die vor, Vakuum oder Unterdruck unabhängig ist, ein. kontinuierliches Arbeiten ermöglicht und eine volle Ausnutzung des Schutzschichtwerkstoffes erlaubt, da dieser nur auf dem Träger niedergeschlagen wird.
• Erreicht ist dieses Ziel erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch, daß der Schutzwerkstoff verdampft und daß zwischen der Verdampfungszone und dem zu schützendem Träger ein hohes, vorzugsweise dicht unterhalb der Durchbruchfeldstärke liegendes elektrisches Potential gelegt wird. Dieses Potential erzeugt zwischen dem Verdampfer, beispielsweise einer offenen Brennerflam-me, und dem Träger ein inhomogenes Feld, so, daß an der Spitze der Flamme eine große Feldkonzentration entsteht, die sich in einem Ausziehen der Flamme zu einer feinen Spitze bemerkbar macht und zu einer starken Ionisation der Flammengase führt. Die Ionen worden durch die elektrische Anziehung auf den entgegengesetzt geladenen Träger zu bewegt, wo sie ihrer Ladung abgeben, so, daß zwischen Flamme und Träger eire Ionenstrom zu fließen. beginnt. Dieser ionisierenden Flamme wird erfindungsgemäß der aufzudampfende Werkstoff, z. B. Zinn, in einer solchen Dosierung kontinuierlich zugeführt, daß die eingebrachte Menge im Flammenkegel verdampft. Die Schutzwerkstoffdämpfe werden. in, der Flammenspitz stark ionisiert und mit großer Geschwindigkeit zum Träger hingezogen. Dort schlagen sie sich als gleichmäßig deckender, fest haftender Überzug nieder.
• Findet dieser Vorgang in oxydierender Atmosphäre statt, so erfolgt eine zusätzliche Oxydation des Zinndampfes. Auf dem Träger wird demzufolge Zinnoxyd niedergeschlagen, das anschließend in an sich bekannter Weise im Wasserstoffstrom reduziert worden kann und einen. gut deckenden metallischen Überzug ergibt.
• Zweckmäßig wird jedoch das Aufdampfen in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre vorgenommen. Arbeitet man hierbei mit geringem Überdruck, so, ist der zur Abdichtung erforderliche Aufwand unbedeutend.
• In der Zeichnung ist eine zur Durchführung des neuen Verfahrens geeignete Vorrichtung dargestellt. Als Beispiel ist hier das Verzinnen von Konservendo,senbändern gewählt. Es lassen sich jedoch selbstverständlich außer Zinn auch andere Metalle sowie deren Chloride und ähnliche Verbindungen aufdampfen. Auch das Auftragen von Siliconen und organischen Schutzschichten ist möglich. Desgleichen soll die Oberflächenbehandlung langer Bänder nur be'ispielswei-se zu werten sein: Es ist leicht ersichtlich, daß sich auch beliebig geformte andere Träger, z. B. Fertigteile, in der angegebenen Weise behandeln lassen: Das zu verzinnende Band z wird über Umlenkrolle 2, 3 mittels Haspel q. durch die allseitig geschlossene Reaktionskammer 5 geführt. Der besseren Übersicht halber ist die Vorderwand der Kammer 5 zum größtem Teil weggebrochen dargestellt. Ein zur Durchführung des Hochspannungspols 6 dienender Isolator 7 trägt einen Brenner 8, der über eine isolierte Rohrleitung 9 mit den Brenngasen, gespeist wird. Oberhalb des Brenners 8 befindet sich ein. Schmelzofen fo, der über einen spannungsfesten Trenntransformator i i elektrisch heizbar ist und am gleichen Hochspannungspotential liegt wie der Brenner. Der Schmelzofen fo ist mit flüssigem Zinn. gefüllt, das durch die Düse, 12 in feinem Strahl in den Fla.minenkegel 13 geleitet wird. Über die oberhalb des Zinnspiegels mündende isolierte Gasleitung 1d. kann mittels eines inerteri oder reduzierenden Gases ein einstellbarer Druck auf die Zinnschmelze ausgeübt und damit die austretende Zinilmen.ge geregelt werden.
• Das im Flammenkegel verdampfende Zinn schlägt sich auf der der Flamme 13 gegenüberliegenden: Bandseite nieder. Durch eine oder mehrere zweckmäßig einstellbare Blenden. 15 können beliebige Streifen des Bandes, vorzugsweise dessen Randstreifen, vom Überzug freigehalten werden. Dabei empfiehlt es sich, scharf ausgebildeter Kanten wegen die Blende oder Blenden 15 möglichst nahe der Bandoberfläche, anzuordnen.
• Um eine Oxydation des verdampfenden Ziiins zu vermeiden, wird über die Rohrleitung 16 ein inertes oder reduzierendes Gas mit leichtem Überdruck in die! Realtionskammer 5 eingeblasen, aus welcher es durch die Rohrleitung 17 wieder austreten kann.
• Zur Aufrechterhaltung des elektrischen Spannungsgefälles zwischen Flamme und Band ist der noch freie! Pol 18 der Hochspannungsquelle! i9 wie das Band an Erdpotential gelegt. Die Polung wird zweckmäßig so vorgenommen, daß das Band i in bezug auf die Flamme 13 positiv ist. Die benötigte Spannungsdifferenz richtet sich nach den Banddimensionen und der Entfernung zwischen. Flamme und Band. Sie kann fo bis foo kV betragen.
• Wie bereits erwähnt, ist die dargestellte Vorrichtung nur eine beispielsweise Verwirklichung der Erfindung und diese nicht darauf beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei andere Ausführungen und Anwendungen möglich. So kann statt der offenen Brennerflamme auch ein Lichtbogen verwendet werden. In diesem Fall wird zweckmäßig der Lichtbogen zwischen einer abbrandfesten Elektrode und einem mit dem Schutz`verkstoff gefüllten Behälter gezündet, wodurch der Schmelzofen fo fortfallen kann. Für leicht verdampfende Substanzen genügt unter Umständen die Beheizung durch eine Heizspirale.

Claims (12)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Aufbringen insbesondere metallischer Schutzschichten auf vorzugsweise bandförmige Träger, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzwerkstoff verdampft wird und zwischen der Verdampfungszone und dem zu schützenden Träger ein hohes, vorzugsweise dicht unterhalb der Durchbruchfeldstärke liegendes elektrisches Potential erzeugt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch ge,-kennzeichnet, daß das Verfahren bei im w esentlicheu atmosphärischem Druck durchgeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß. in, oxydierender Atmosphäre gearbeitet und das niedergeschlagene Schutzwerkstoffoxyd, insbesondere Metalloxyd, reduziert wird. d..
4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß es in inerter oder reduzierender Atmosphäre, vorzugsweise bei geringem Überdruck, durchgeführt wird.
5. 5. Vorrichtung zurAusübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber dem am einen Pol (18) eines Hochspannungserzeugers (i9) liegenden Träger (i) ein Verdampfer (8) angeordnet ist, der am Gegenpol (6) liegt und dem Verdampfer eine Einrichtung (fo) zur kontinuierlichen Zufuhr des Schutzwerkstoffes zugeordnet ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, da.ß, der Verdampfer aus einem Brenner- (8) mit offener Flamme (13) gebildet ist, deren Kegel der Schutzwerkstoff zuführbar ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Verdampfer ein. Lichtbogen. dient, der zwischen einer vorzugsweise abbrandfesten Elektrode und einem mit dem Schutzwerkstoff gefüllten Behälter brennt. B.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nahe dem Verdampfer (8) ein mit einer Düse (12) versehener Behälter (fo) für flüssigen Schutzwerkstoff vorgesehen und der Austritt des Schutzwerkstoffes aus der Düse durch Druckänderung eines auf dein Flüssigkeitsspiegel lastenden Mittels, z. B. eines inerten oder reduzierenden Gases, regelbar ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (8) und der Behälter (fo) für den. flüssigen Schutzwerkstoff an gleichnamigen Polen liegen. fo.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Verdampfer (8) und Träger (i) eine oder mehrere Abdeckschablonen (15) angeordnet sind. il.
11. Vorrichtung nach Anspruch fo, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschablone oder -schablone!n (15) in Trägernähe angeordnet sind.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (i) am positiven, der Verdampfer (8) am negativen Pol des Hochspannungserzeugers liegt.