专利名称：通过等离子体蒸发的电镀方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于钢基体的等离子体电镀的方法和设备，这些钢基体处于薄片、工 字钢、板及型材的形式，具有各种类型的横截面，也能是零件，这些零件布置在例如钩或吊 篮之类的支撑件上，借助于任何类型的普通装置，如辊子床、或单轨运输系统，运输到处理 区中。
背景技术：
在这种方法中，要处理的基体，在之前已经由碱脱脂和酸洗的已知技术去污、接着 通过冲洗和干燥、或由机械磨蚀-例如借助于喷丸机去污之后，被引入到等离子体电镀设 备中，该等离子体电镀设备是本发明的目的，并且在大气压以下的气压下运行。一般地，系 统在氩气下在0. 0005和0. 05mbar (0. 05_5Pa)之间的压强下运行。设备优选地包括用来引入和也可能取出待被处理基体的真空闸，后面有真空处理 槽，及在用来取出电镀基体的真空闸处终止，或者当基体通过用来引入待被处理的零件的 真空闸进入和离开时，包括存储槽。在后一种情况下，基体在设备中首先在一个方向上并且 然后在相反方向上运动，以便返回上一个真空闸。用来引入和取出基体的一个或两个真空闸的使用，使得有可能维持其中处理总是 免于有空气地进行的区域，这是这种方法正确运行的基本点，具体地说，为了避免在钢与锌 之间的任何氧化界面的存在，并因而保证锌涂层对于钢的最佳粘附。根据本发明的设备包括一个或多个通过离子轰击侵蚀用于钢表面活化的部分。可 想到用来进行这种处理的各种装置。例如，在文件WO 02/12591中描述的用于钢的磁控蚀 刻的装置，该装置使用磁性反射镜来约束在待被处理的基体周围的放电；或使用感应等离 子体源，通过相对于面对它的阳极使基体负偏压与由直流发生器产生的离子的加速相匹 配，或使用离子枪。在所有情况下，必须能够根据每单位时间通过这种装置的钢基体的面积 来管理蚀刻装置的功率，具体地说，当钢基体不在处理区域中时，切断到用于钢基体的等离 子体活化源的供电。这是因为在这种情况下，除能量的不必要使用之外，有通过加热设备的 壁损坏设备的危险。相反，当基体进入这个处理区域时，必须能够起动和逐渐增大等离子体 活化源的功率。设备也包括一个或多个锌等离子体蒸发电镀部分。这种方法，在文件WO 02/16664 中已经知道和描述，使用保持容器，借助于在锌蒸汽中产生的等离子体，通过相对于构成阳 极的反电极平均来说使液体锌负偏压，用来将一定量的锌维持在液体状态下和蒸发它。保 持容器经进料管供有液体锌，该进料管浸入在位于真空腔室中的真空炉中保持的备用锌 中，与到电镀真空容器的任何气体通道相隔离，并且在该电镀真空容器中，通过调节气体压 力，有可能调节在保持容器中的液体锌的液位，该保持容器位于其中电镀发生的真空罐中。 在锌蒸汽中产生的等离子体一般借助于磁控放电而得到。在保持容器上方的锌蒸汽压取决 于在液体锌的表面上耗散的电功率，并且固定有可能在钢基体上每单位时间沉积的锌的重 量。这种蒸汽压可以获得一般与按几kg/min蒸发的锌质量相对应的几mbar。因此有必要的是，如在文件WO 02/16664中已经描述那样，提供具有加热壁的约束腔室，以防止锌蒸汽 通过凝结在除基体之外的所有冷表面上来污染整个设备，这些冷表面一般在环境温度下。 进口和出口开口提供在这个约束腔室中，以便使待被涂敷的基体能够穿过。因此通过锌蒸 汽直接在固体状态下在通过约束腔室的基体的冷表面上的凝结，得到锌涂层。基体表面的 温度典型地小于150°C。因此便利的是，根据在约束腔室中每单位时间通过的钢基体的面积，能够调整输 送到等离子体的、和在保持容器中的液体锌的表面上经由从等离子体发出的离子的轰击而 散发的电功率。具体地说，根据本发明，当在约束腔室中不存在基体时，切断这个电源，并且 相反，当基体进入约束腔室时，起动和逐渐增大在液体锌的表面上散发的电功率。这样做， 从而不仅保证在基体表面上的锌的均勻厚度，而且特别是当没有任何基体通过约束腔室 时，限制约束腔室的进口和出口开口的锌的损失。这是因为，除锌和能量的经济方面浪费之 外，如果锌污染不被控制，则通过等离子体蒸发，锌污染可能严重地损坏电镀设备。因此，设备的处理装置具有当基体正在通过处理装置之一时按相同工序运行的优 点，该工序包括 当基体进入处理装置时，对处理装置加电； 与通过处理装置的基体的面积成比例地增大供给到处理装置的功率，直到当基 体完全通过处理装置时，达到方法的额定工作功率； 恒定额定处理功率的维持取决于基体的速度，当基体从端到端地通过处理装置 时； 当基体从装置露出并且不再从端到端通过时，与在装置中的基体的面积成比例 地减小供给到处理装置的功率； 在不存在基体的情况下，切断供电处理装置的电源。根据本发明，在等离子体蒸发电镀设备中这种工序在基体通过期间的启动、在操 作工况下的维持、及然后每个处理装置的停止，使得防止污染并且节省能量。为了设备运行的灵活性的原因，如果至少一个存在探测器位于进口处并且至少一 个探测器位于每个处理装置的出口处，则有可能将待被处理的基体用作用于各个处理单元 的触发器。根据本发明的设备因此在每个处理装置的进口处和出口处，就是说，相对于与等 离子体蒸发电镀单元相对应的每个等离子体或蚀刻活化单元和每个约束腔室的基体通过 方向在上游和下游，包括探测器。待被处理的基体、或构成这些基体的产品_通过应用的本质具有基本可变的长度 和横截面，在进口闸一释放时，就可以按或高或低的精度布置在设施的进口处。必要的是， 提供一种用来调节基体在设备中的前进的系统、以及一种用来调节设备的各个处理装置对 于基体的前进而伺服运行的系统。这是为了避免以上已经提到的问题，例如污染和能量损 失，而且也为了在最佳操作条件下对具有不同几何形状的基体的处理给予最大灵活性的目 的。这种调节独立于待被处理的基体-例如在辊子上运输的或在钩之间悬挂的和由单轨输 送系统运输的长基体、或在穿过各个处理装置的单轨上运输的在吊篮中布置的零件，的运 输模式。本发明因此涉及每个处理装置的独立运行，该每个处理装置伺服由位于这些处理 装置每一个的上游和下游的探测器探测的被处理基体的前进。
各个处理装置_当基体通过时起动和停止，的独立管理可便利地由设备的如下分 级管理实施 主程序使设备能够放置在工作条件下，能够为了维持对于大气再次打开，及在 操作中，使真空闸和钢基体的运动为了其从设备的真空闸(一个或多个)的快速引入和排 出能够控制在运输速度下，并且当基体在设备的各个处理装置中的处理期间能够控制在一 般较低的处理速度下。 每个处理装置的从程序由关于基体存在的至少两个探测器致动，一个探测器位 于处理装置的进口处，并且另一个位于处理装置的出口处。当达到过程的运行所要求的物 理条件时，从程序受由主程序传输的信号控制。在实际中，当设备的处理部分彻底达到额定 氩气压强-该压强典型地在0. 0005与0. 05mbar之间-时，得到这个主信号。每个从程序 的特征在于与如以前已经提到的那样供给电功率的控制类似的工序；启动、功率增大斜坡 到工作工况、当基体由进口和出口探测器探测时维持工作工况、与装置相匹配(耦合)的功 率的减小斜坡、及当没有任何基体被两个探测器探测到时切断功率。等离子体蒸发电镀设备的控制的这种分级结构，构成根据本发明的设备的实施的 一个具体方面。电镀设备_对于它当探测到基体通过每个处理装置时这个处理装置由从程序独 立地起动和停止，的这种分级控制的巨大优点是，简单地通过增加进口和/或出口真空闸 的真空泵送容量、以及从加载区域到闸、或相反地从真空闸到排出区域的运输速度，能够减 小基体通过设施的进口和出口真空闸(一个或多个)进入和离开设施期间的非生产性等待 时间，而没有对于设备管理软件的修改。当在处理过程中的基体的运输由主程序控制时，因此必须使用用来将基体从加载 区域运动到真空闸、或从真空闸运动到排出区域的基体运输速度，该运输速度要尽可能高， 并因此至少大于当基体通过设备的各个处理装置时使用的处理速度。
本发明的其它细节和特征将从下面作为根据本发明的设备的和方法的具体实施 例的非限制例子、参照附图给出的描述显现。图1是根据本发明的用于钢基体的等离子体蒸发电镀线的示意表示。图2是根据本发明的设备的一部分的例子的示意表示，这部分包括三个等离子体
处理装置。图3表示包括具有真空罐和运输罐的装置的典型布置，该真空罐具有离子源。图4表示两个电镀装置，这些装置的每一个之前是运输和泵送罐。在各个图中，相同附图标记涉及类似或相同元素。
具体实施例方式根据本发明的设备包括批量等离子体蒸发电镀线，并且基本上如图1所示包括 用来引入基体的区域1，它可以如图1所示包括辊子床，用来引入诸如工字钢之 类的长基体。基体运输系统是机动辊子床运输系统。当然可想到其它运输系统，如用来悬 挂基体和将它们从区域1运输到设备的各个其它区域的单轨运输系统；
进口真空闸2，它使得有可能将相邻处理区域3连续地保持在真空下在要求的 氩气压强下，并因而避免由于空气的引入而污染处理区域。要求的氩气压强典型地在0.05 和5Pa之间。 多个处理区域，包括一个基体等离子体活化的区域3和两个等离子体电镀区域 4和5。区域4和5在操作模式中被连续地维持在部分氩气压强下，优选地在5X 10_4和 5Xl(T2mbar 之间； 出口闸6，用来将基体从处理区域3、4及5排出到出口和排出区域7，同时维持 这些区域免于有空气。在根据本发明的设备的可选择实施例中，当基体在已经完全进入处理区域3、4及 5之后，通过运输系统的运动方向的颠倒而返回到进口闸2时，进口真空闸2也用作出口真 空闸。在这种情况下，真空存储容器可提供在图1中的出口真空闸6处。显然的是，当基体的处理发生在从引入区域1向处理区域3、4及5的一个方向上， 并且然后在从这些处理区域3、4及5向引入区域1的另一个方向上时，基体的排出和出口 区域7是不必要的，这也使得有可能，除了节省闸和这个基体运输区域之外，实现具有较短 长度的设备。图2表示在等离子体电镀设备中使用的典型处理元件的例子。处理区域包括如下 相继的元件 容器8，装有用于钢表面的等离子体活化装置9。在图中未表示的基体悬空地通 过这个容器8。 容器10，用于基体的高真空泵送和运输。这个容器10使得有可能，在相邻活化 容器8和镀锌容器11中维持氩气工作压强。这个容器10也使得有可能，在机动辊子上支 撑通过该容器10的基体和向前运动基体。 等离子体镀锌容器11，用来在钢基体在活化容器8中等离子体活化之后，电镀 钢基体。 第二高真空泵送容器12，用于基体的运输。 第二等离子体镀锌容器13，用来电镀钢基体。进口真空闸2由密封门14与活化容器8分离，该密封门14将全部处理区域3、4 及5与这个真空闸2隔离，如在图3中更详细表明的那样。基体在密封门14打开之后，经 进口真空闸2从引入区域1被引入到包括等离子体活化装置9的活化容器8中。初始未供 电的装置9，在由探测器15 —探测到基体，就被致动，该探测器15安装在到活化容器8的进 口处。在这个活化容器的出口处，提供用于基体的第二探测器16。施加到等离子体活化装置9上的电功率，与基体通过在两个探测器15和16之间 的空间的长度成比例地逐渐增大，直到当两个探测器15和16由基体在活化容器8中的存 在致动时，它到达正常工作功率。进口探测器15 —不再致动，供给到活化装置9的电功率 就与基体保留在两个探测器15和16之间的长度成比例地减小，直到当基体由进口基体或 由出口探测器16探测不到时，切断电功率。在等离子体电镀设备的这种具体构造中，基体在机动辊子床17上被运输，机动辊 子床17位于进口真空闸2中，并且位于运输容器10和高真空泵送容器12中。显然的是 其它运输装置，例如单轨_它正好端到端地穿过进口真空闸2、活化容器8及运输和泵送容器10，使得有可能悬置要被处理的基体及使活化装置9按几何关系能够与要被处理的负载 的通过相适应，使得有可能完成与具有机动辊子床17的工作台相同的功能；并且这种运输 装置，对于经基体进口探测器15和出口探测器16的基体等离子体活化装置9的调节没有 影响，该进口探测器15和出口探测器16在真空容器8中用于等离子体活化装置9的上游 和下游。在基体的表面在活化装置9中已经被活化之后，基体在运输和泵送容器10中的辊 子床工作台17上被导向第一等离子体电镀容器11，在该处它被悬空，并且然后在悬空地通 过第二等离子体电镀容器13之前，再次由在运输和泵送容器12中的辊子床工作台17支撑 和运输。借助于柔性管18提供为在运输容器10和12与等离子体电镀容器11和13之间的 高真空设计的密封连接，该密封连接使要被电镀的基体能够从一个容器转到另一个容器。 优选地，这些柔性连接18固定到运输和泵送容器10和12上，并且由未表示的千斤顶抵靠 电镀容器11和13上机加工的法兰来夹持。这种具体构造的优点是允许包括工作台的电镀 容器11和13的使用，在该工作台上布置钟罩形式的容器顶部部分，该顶部部分在维修期间 可完全除去或升起，因而提供对于在对应容器内布置的设备的最大可达性。电镀容器11和13分别形成对应电镀装置19和20的一部分。电镀处理装置19 和20分别包括 真空容器21，包含炉22，该炉22用来将备用的液体锌保持在熔化状态下并调节 温度，以便供给位于对应电镀容器11或13中的坩埚23。在真空容器21与对应电镀容器 11或13之间的连接借助于供给管24专门地和分别地提供。这根管24是气密的，并且应当 使得有可能将在电镀容器11或13中的恒定氩气压强典型地保持在5X 10_4和5X 10_2mbar 之间，而在包含炉22的真空容器21中的氩气或氮气压强可以典型地在0. 1与2000mbar之 间变化。这是必须的，以便使得有可能分别通过降低或增大在包含炉22的真空容器21中 的气体压强，将对应的电镀容器11或13中提供的坩埚23排空或向其供给液体锌。 所述电镀真空容器11或13包含等离子体电镀设备，该等离子体电镀设备包括 顶部由锌蒸汽约束腔室25覆盖的所述坩埚23，该锌蒸汽约束腔室25在通过它要被电镀的 基体的近处约束锌蒸汽。约束腔室25的壁一般由常规装置通过焦尔效应加热，从而锌不能 以固体形式或液体形式凝结在其上。一般地，约束腔室25的壁的内部温度在400 °与500 V 之间。约束腔室25具有进口开口 26和出口开口 27。在约束腔室25的每个开口 26和27 的附近，并且分别在电镀容器11或13内，提供基体存在探测器28和29，使得有可能当基体 按照以上已经公开的方案通过时，调节与用于锌蒸发的等离子体相匹配的电功率。导电坩 埚23-它一般由高密度石墨制成，借助于管24经在真空容器21中的气体压强的调节而被 供有液体锌。坩埚23相对于位于约束腔室25内的阳极(未表示)平均来说加负电偏压。 一般地提供磁路，该磁路位于坩埚23下面，并且使得有可能实现由在坩埚23中包含的液体 锌的表面上的等离子体能量散发产生的锌蒸汽的磁控放电。在基体的处理期间，当只有基 体进口探测器28被致动时，施加到等离子体上的电功率与基体通过在两个探测器28和29 之间的空间的长度成比例地逐渐增大，直到当两个探测器28和29由基体的存在致动时，它 到达正常工作功率。基体进口探测器28 —不再被致动，但出口探测器29仍然被致动，供给 到用于锌蒸发的等离子体的电功率，就与基体保留在两个探测器28和29之间的长度成比例地减小，直到当基体不再由位于约束腔室25的基体进口和出口开口附近的探测器中的 任一个探测到时，切断电功率。对腔室25上游的进口探测器28、或腔室25下游的出口探 测器29的标定，仅取决于探测器相对于基体行进方向的位置。作为结果，尽管探测器28和 29在按单方向运行的设备中具有绝对的进口或出口特征，但关于仅具有一个闸并因此首先 在一个方向上和然后在另一个方向上运行的设备，情况并不是这样。在这种情况下，在基体 行进的一个方向上的进口探测器成为在相反方向上的出口探测器，并且反之亦然。当基体由薄片制成时，进口探测器15和28和出口探测器16和29也可测量薄片 的宽度，以便例如确定在关心的处理区域中出现的薄片的面积。本发明的操作条件和具体配置a)在处理期间对气体压强的管理主程序控制密封门14的打开和关闭、以及连接到各相应真空容器上的真空泵30 的接通和断开，以便当闸2和6不处于在处理区域3、4及5中实行的氩气压强以下的压强 时，通过借助于进口闸2和出口闸6的密封门14隔离这些区域，保持在设施的处理区域3、4 及5中的恒定气体压强。一般地，氩气在这些区域中为在0. 05与5Pa之间，优选地在0. 5Pa 左右的压强。b)在生产期间的行进系统行进系统的特征在于有两种不同的速度范围运送速度，它是用于真空闸2和6的 进口和出口的快速前进速度；和用于电镀的处理速度，它较慢。这是基本的，以通过限制基 体从真空闸中的进入和退出时间来保证足够的生产率。运送速度比处理速度高，以便限制 过渡效应。一般地，处理速度在30m/min以下，并且运送速度高于20m/min。基体的前进由在完全处理循环期间位于在由基体行进的路径上的基体存在探测 器控制，并且由主程序控制。在使基体能够通过的每个真空密封门14的上游和下游有至少 一个基体存在探测器，并且在处理区域3、4及5中的每件处理设备的上游分别有至少一个 基体存在探测器15、28，和在其下游分别有至少一个基体存在探测器16、29。由相对于密封 门14或一件处理设备的上游和下游探测器传输的信号的控制使得有可能确定基体通过的 开始和结束。由主程序控制的基体前进取决于在进口闸2和出口闸6与处理区域3、4及5之间 的密封隔离门14的打开，这种打开本身取决于在设备的这些处理区域3、4及5中实行的气 体压强的测量结果。c)处理设备的伺服控制通过由分别位于等离子体处理装置上游的至少一个基体存在探测器15和28、和 分别位于其下游的至少一个基体存在探测器16和29对于基体的探测，每件处理设备受基 体的前进的控制。d)处理设备的管理每个处理装置9、19及20由专用于这个处理装置的从程序控制，该从程序控制其 起动，控制与为了处理供给的等离子体相匹配的电功率的增大、维持、及减小，及最后根据 由位于所述装置上游和下游的探测器传输的信号控制电功率的切断。当只有进口探测器15 或28被致动时，与等离子体相匹配的功率与位于上游进口探测器与下游出口探测器之间 的基体的面积成比例地增大。当两个探测器15和16或相应的28和29由基体致动时，与等
10离子体相匹配的功率是额定值。当只有相对于基体的行进在下游的出口探测器16或29被 致动时，与等离子体相匹配的功率与位于两个探测器之间的基体的面积成比例地减小。基 体存在探测器可根据任何原理运行，不管它是机械的、磁的、电学的还是光学的。e)用来管理等离子体电镀单元的从程序的特定功能参照图4和考虑等离子体电镀装置19或20，用来管理等离子体电镀装置19或20 的从程序包括如下功能。 通过任何手段进行控制，例如通过称重、电接触或光学测量，并且通过对在包含 炉22的真空容器21-它存储备用的液体锌-中的气体压强起作用，经在坩埚23的底部显 露的供给管24维持在坩埚23中的液体锌的液位； 将约束腔室25的内壁维持在最小恒定温度下_它典型地在400°与500°C之 间，以便防止其中锌以液体或固体形式的任何凝结； 经连接到坩埚23上的电源，控制与在锌蒸汽中形成的等离子体相匹配的功率， 该控制由进口探测器28和出口探测器29按如下方式提供〇当进口探测器28和出口探测器29不被致动时，电源就不输送为了在约束腔室 25中产生等离子体的任何功率，或者更一般地输送最小功率；O当进口探测器28由基体的存在而致动时，与等离子体相匹配的并由电源提供 的功率，与在约束腔室25中包含的基体的面积成比例地增大，以便当进口探测器28和对应 的出口探测器29被致动时达到由电源输送的恒定额定功率；〇当进口探测器停止由基体致动时，与等离子体相匹配的功率与在约束腔室25 中包含的基体的面积成比例地逐渐减小；〇当进口探测器28和出口探测器29都不活动时，电源不再供给任何功率，或者更 一般地输送最小功率。在其中基体从第二电镀装置20运动到第一电镀装置19的情况下，过程相对于两 个探测器28和29颠倒，因为在这种情况下，相对于等离子体电镀装置，进口探测器28成为 出口探测器，并且出口探测器29成为进口探测器。实际应用的例子图1至4所示的设备使长的钢基体能够被等离子体镀锌。这个设备包括基体加载 工作台31，在引入区域1中；进口真空闸2 ；基体处理区域3、4及5，始终维持在0. 005mbar 的氩气下；出口真空闸6 ；及在出口区域7中基体排出工作台32。位于用于基体进、出设备的两个进口和出口真空闸2和6之间的处理区域包括处 理区域3，用来通过离子轰击而活化钢基体的表面，去除任何表面氧化物或污染以便提供锌 沉积的良好粘附。这个处理区域3后面有设有扩散泵30的运输和高真空泵送容器10、第一 等离子体电镀容器11、第二运输和泵送容器12、及最后是第二等离子体电镀容器13。该第 二等离子电镀容器13通过密封门14与出口真空闸6相连接。当在真空闸2或6中实行的 残余空气压强大于10_4mbar时，处理区域具体地由密封门14与进口真空闸2和出口真空闸 6相隔离。运输系统包括机动辊子床17，并且基体从引入区域1向出口区域7穿过设备地 运输。设备设计成处理在加载工作台1上大批放置的长基体，如最长12m的混凝土条和 工字钢。因而基体包括彼此并排延伸的多个产品。根据被处理基体的几何形状和希望的锌层厚度，每批可电镀的钢的重量典型地在500kg和1300kg之间。处理工序包括如下步骤 将基体加载到载加工作台31上； 通过关闭密封门14将处理区域3、4及5与进口真空闸2相隔离； 再次打开进口真空闸2于空气中； 打开与进口区域1相邻的进口闸2的外部密封门14 ； 按60m/min的运输速度将基体引入直至进口真空闸2的底部，通过借助于负载 存在探测器33探测在进口间2的底部处的负载头部，停止辊子床17 ； 关闭进口真空闸2的外部密封门14 ； 将进口真空闸2置在高真空下； 打开在进口真空闸2与第一处理区域3之间的中间密封门14 ； 使要被处理的负载按其9m/min的处理速度前进；·由进口探测器15和出口探测器16致动在第一处理区域3中的表面的等离子体 活化处理； 由进口探测器28和出口探测器29致动在电镀装置19中的等离子体蒸发电镀 处理； 由对应进口探测器28和出口探测器29致动在第二电镀装置20中的等离子体 蒸发电镀处理； 当在出口真空闸6的底部处探测到基体时，再次关闭在第二电镀装置20与这个 出口真空闸6之间的密封门14 ； 再次打开出口真空闸6于空气中； 当在出口真空闸6中达到大气压强时，这个闸6的外部密封门打开； 按60m/min的运输速度将基体带出出口真空闸6，直到在排出区域7中探测到排 出工作台32的端部； 从排出工作台32排出基体； 关闭出口真空闸6的外部密封门14 ； 将出口真空闸6置于高真空下； 打开在出口真空闸6与第二电镀装置20之间的内部密封门14。在60m/min的运输速度下，将待被处理的基体引入到进口真空闸2中用的时间、或 基体从出口真空闸6到排出工作台32的退出时间，只有12秒左右，而在9m/s的处理速度 下用于进口真空闸2的释放时间是80秒左右。在这种设备中，与用于在出口真空闸6中的 新循环的3. 41分钟相对照，用于在进口真空闸2中的新循环的时间是4分钟。因此正是与 进口真空闸2的操作循环的时间相对应的较长时间，将这个设备的生产率限制到大约19吨 每小时。这个实际例子表示按最高可能运输速度工作的优点，以便减少等待时间和增大设 备的生产率。加载工作台31可一释放就被加载。当没有任何负载在进口真空闸2中被探测到 时，后者被隔离，并且再次置于大气压力。相同的原理应用于出口真空闸6、并且在每个处理 单元上游和下游的进口和出口探测器经从程序能够实现对于过程必需的电功率的管理，系统可在其由用来释放进口真空闸2的时间确定的最大生产量与由工作台31的加载限制的 较低生产量之间运行，而不要求设施的全部运动和过程的集中管理，因为过程的管理取决 于在设备的各个处理装置的上游和下游的基体的探测。一旦设备准备好生产，当在处理区域3、4及5中达到0. 005mbar的额定氩气压力 并且两个等离子体电镀单元19和20的坩埚23被供有液体锌时，主程序就管理待被处理的 基体从加载工作台31到排出工作台32的尽可能快的通过，同时提供如下工序进口真空闸 2和出口真空闸6放置在真空下和对于大气的再次打开；以及分别在60m/min的运输速度 和9m/min的处理速度下，基体从进口真空闸2到活化容器8和从电镀装置20到出口真空 闸6、及在处理区域3、4及5之间的运输。活化区域3包括基体的等离子体活化的装置，该装置包括由射频(RF)发生器供给 的感应等离子体源、和面对它的阳极，该阳极借助于直流(DC)发生器，向基体的表面加速 由感应源产生的氩离子。当在活化容器8中达到氩气的5X 10_3mbar的压强时，随着基体通 过进口探测器15和出口探测器16，经如下逻辑程序管理等离子体活化装置
0103]IF ( “探测器15”=通_，并且“探测器16，，=断(OFF))THEN0104]RF功率通0105]直流功率斜坡上升0106]ELSEIF ( “探测器 15"=通，并且‘‘探测器16”=通)THEN0107]RF功率通0108]直流功率到额定值0109]ELSEIF ( “探测器 15"=断，并且‘‘探测器16”=通)THEN0110]RF功率通0111]直流功率斜坡下降0112]ELSEIF ( “探测器 15"=断，并且‘‘探测器16”=断)THEN0113]直流功率断0114]RF功率断0115]当在电镀区域4的电镀容器11中达到5X 10_3mbar的氩气压强，约束腔室25的内
壁处于500°C，及另外坩埚23被供有液体锌时，随着基体通过进口探测器28和出口探测器 29，经如下逻辑程序管理等离子体锌涂敷装置19 IF( “探测器28”=通，并且“探测器29”=断)THEN“坩埚23” Zn液位控制等离子体功率斜坡上升ELSEIF ( “探测器28” =通，并且“探测器29” =通)THEN“坩埚23” Zn液位控制等离子体功率到额定值ELSEIF ( “探测器28” =断，并且“探测器29” =通)THEN“坩埚23” Zn液位控制等离子体功率斜坡下降ELSEIF( “探测器28” =断，并且“探测器29” =断)THEN等离子体功率至最小值
应该注意，“最小值”在一定情况下可以指电源的纯粹和简单切断。一切都取决于 维持在坩埚23中包含的液体锌的温度必需的功率，以便防止其固化。一般地，由约束腔室 25的炽热壁辐射的功率足够，并且在这种情况下可切断电源(等离子体功率断)。
权利要求
一种用于相继基体的等离子体处理方法，这些基体包括一个或多个钢产品，在该方法中，将基体一个接一个地运输穿过至少一个等离子体处理区域(3、4、5)，其特征在于，，用于在处理区域(3、4、5)中产生等离子体的电功率根据当基体行进穿过这个处理区域(3、4、5)时存在于这个处理区域(3、4、5)中的基体的面积而变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当基体进入处理区域(3、4、5)时，在这个 区域中产生等离子体，并且当这个产品已经离开处理区域(3、4、5)时，等离子体被减活化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在处理区域(3、4、5)中产生等离子体 的电功率与进入处理区域(3、4、5)中的基体的面积成比例地增大，直到当基体在基体行进 的方向上沿着处理区域(3、4、5)的整个长度延伸时，达到额定工作功率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，当产品离开处理区域(3、4、 5)时，产生等离子体的电功率与存在于这个处理区域中的基体的面积成比例地减小，直到 当基体已经完全离开处理区域(3、4、5)时，达到最小工作功率或产生的离子体的供电被切 断。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，探测基体向处理区域(3、4、 5)中的进入和这个基体从处理区域(3、4、5)的退出，并且基于对基体的这种探测根据存在 于处理区域(3、4、5)中的基体的面积，控制产生等离子体的电功率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在处理区域(3、4、5)中对基体的处理由 从程序基于由于探测到基体进入处理区域(3、4、5)中和探测到基体从这个处理区域(3、4、 5)中退出而产生的信号独立地控制，这个从程序服从于当达到在处理区域(3、4、5)中产生 等离子体之前要求的物理条件时由主程序发送的信号。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，基体被运输穿过第一处理区 域(3)，在该第一处理区域(3)中基体的表面通过离子轰击被活化，该第一处理区域(3)的 后面有至少一个第二处理区域(4、5)，在该第二处理区域(4、5)中，基体通过由等离子体蒸 发的锌凝结在基体的表面上而被涂覆。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在第二处理区域(4、5)中，根据当基体行 进时存在于这个区域中的这个基体的面积，电功率被输送到等离子体并且通过等离子体发 出的离子向存在于这个第二处理区域(4、5)中的液体锌的表面上的轰击而被耗散。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，基体穿过进口真空闸(2)和 出口真空闸(6)被朝向处理区域(3、4、5)运输和从这个区域运输。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，基体以运输速度被引入到进口真空闸 (2)中和从出口真空闸(6)离开，该运输速度根据基体在处理区域(3、4、5)中的处理速度而 被确定，并且比这个处理速度大。
11.一种用于相继基体的等离子体处理设备，这些基体包括一个或多个钢产品，所述 设备具有至少一个等离子体处理装置(9、19、20)和运输装置(17)，所述等离子体处理装置 (9,19,20)具有其中提供有处理区域的腔室，所述运输装置(17)用来使基体行进穿过等离 子体处理装置(9、19、20)的处理区域，其特征在于，探测器(15、16、28、29)被提供在处理装 置(9、19、20)的进口和出口处，这些探测器(15、16、28、29)借助于从程序与所提供的电功 率合作，用于当基体行进穿过处理区域时根据存在于这个处理区域中的基体的面积在这个 处理区域中产生等离子体。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于包括具有真空容器(8)的第一处理装置 (9)，该真空容器(8)具有用来活化基体表面的等离子体离子源，第一处理装置(9)后面有 至少一个第二处理装置(19、20)，该第二处理装置(19、20)具有用来电镀基体的镀锌真空 容器(11、13)。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，进口真空闸⑵被提供在第一装置(9) 的上游，该进口真空闸(2)由密封门(14)与第一装置(9)的容器(8)分离开，基体进入探 测器(15)被提供在容器⑶中第一装置(9)的处理区域的上游，并且基体退出探测器(16) 安装在容器(8)中这个处理区域的下游。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，进口真空闸(2)包括用来探测与所述密 封门(14)相对的基体的到达的探测器(33)。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的设备，其特征在于，第二装置(19、20)的镀 锌真空容器(11、13)包括锌蒸汽约束腔室(25)，其中存在包含液体锌的坩埚(23)，和用来 在这个约束腔室(25)内的处理区域中产生等离子体的装置，使得能够通过在坩埚(23)中 包含的液体锌的表面上的等离子体的能量的耗散形成锌蒸汽，基体进入探测器(28)被提 供在镀锌真空容器(11、13)中约束腔室(25)的上游，并且基体退出探测器(29)安装在这 个容器(11、13)中在约束腔室(25)的下游。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述坩埚(23)借助于管(24)被从炉 (22)供给液体锌，该炉(22)位于与镀锌真空容器(11、13)相分离的真空容器(21)中，炉 (22)包含至少部分地维持在熔化状态下的锌，并且所述管(24)的端部浸入在该锌中。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的设备，其特征在于，镀锌真空容器(11、13) 后面有出口真空闸(6)，该出口真空闸(6)由密封门(14)与镀锌容器(11、13)分离开。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，出口真空闸(6)包括探测器，用来探测 基体穿过第二装置(19、20)的所述密封门(14)的完全通过。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的设备，其特征在于，运输容器(10、12)被提 供在第一装置(9)与第二装置(19、20)之间，具有用来将基体行进穿过第一和第二装置的 处理区域的装置。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的设备，其特征在于，镀锌真空容器(11、13) 的前面或后面有运输容器(10、12)，该运输容器(10、12)具有用来使基体行进穿过镀锌真 空容器(11,13)的传动装置(17)。
21.根据权利要求12至20中任一项所述的设备，其特征在于，所述容器(8、10、11、12、 13)包括工作台，在该工作台上布置有所涉及容器的钟罩形顶部部分，该顶部部分能够全部 除去或升起以便使能够接近布置在容器内的设备。
22.根据权利要求12至21中任一项所述的设备，其特征在于，镀锌真空容器(11、13) 由管(18)形式的柔性密封连接件连接到一个或多个相邻容器(10、12)上，使得基体能够穿 过在相继容器之间的这种连接件。
23.根据权利要求11至22中任一项所述的设备，其特征在于，包括主程序和从程序， 该主程序根据在等离子体处理装置(9、19、20)中产生等离子体之前要求的物理条件的存 在控制基体的行进，从程序与每个等离子体处理装置相关联并且服从于主程序，该从程序 与进口探测器(15,28)和出口探测器(16,29)合作，以便根据来自进口探测器(15,28)和出口探测器(16、29)的信号调节产生等离子体的电功率，从而当进口探测器(15、28)探测 到基体并且出口探测器(16、29)没有探测到任何时候基体时，与基体的面积成比例地增大 与等离子体相匹配的功率；当进口探测器(15、28)和出口探测器(16、29)探测到这个基体 时，这个功率为额定值；以及当只有出口探测器(16、29)探测到基体的存在时，与位于进口 探测器(15、28)与出口探测器(16、29)之间的基体的面积成比例地减小这个功率。
全文摘要
本发明涉及用于相继基体的等离子体处理方法和系统，这些基体包括一个或多个钢产品，其中，基体一个接一个地被运输穿过至少一个等离子体处理区域，其特征在于，用来在处理区域中产生等离子体的电功率根据当基体行进穿过这个区域中时存在于这个处理区域中的基体的面积而变化。
文档编号C23C14/56GK101910447SQ200880122360
公开日2010年12月8日 申请日期2008年11月7日 优先权日2007年11月19日
发明者P·范登布兰德 申请人:工业等离子体服务与技术Ipst有限公司