專利名稱：制備涂覆的金屬線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備用于增強(qiáng)彈性材料的金屬線的方法，該彈性材料例如為用于生產(chǎn)輪胎、管材、傳送帶、傳動(dòng)帶和電纜的半成品。
特別地，本發(fā)明涉及一種包括有金屬芯和金屬涂層的類型的金屬線。
在本說明書和在后面的權(quán)利要求書中，術(shù)語“金屬”用來表示單個(gè)金屬和金屬合金。
本發(fā)明還涉及一種用于增強(qiáng)彈性材料、屬于包括有金屬芯和金屬涂層的類型的金屬線，同樣涉及一種包括多個(gè)這種金屬線的金屬繩并且涉及其制備方法。
現(xiàn)有技術(shù)用于制備包括有金屬芯和金屬涂層并且用于增強(qiáng)彈性材料的金屬線的方法是已知的，該彈性材料例如為用于生產(chǎn)輪胎的半成品。后者通常通過將金屬線或金屬繩(包括多個(gè)絞合在一起的金屬線)嵌入彈性材料以形成例如輪胎的帶層而得到增強(qiáng)。這種線的金屬芯帶有金屬涂層，以實(shí)現(xiàn)將適宜的耐蝕性提供給所述的線和確保其對(duì)硫化的彈性材料優(yōu)良的粘合性的雙重作用。
例如，基本涉及下文中所述步驟的制備黃銅化的鋼線的方法是已知的-在兩個(gè)不同電解浴中的電沉積步驟，其中分別依次進(jìn)行將鋼芯鍍銅和鍍鋅；-鋅擴(kuò)散到銅中的熱處理步驟，由此沉積以形成黃銅合金；-在酸溶液，通常為磷酸中的酸洗步驟，以除去由于熱擴(kuò)散處理步驟而在表面上形成的鋅氧化物；和
-拉伸步驟，目的在于獲得預(yù)定直徑和預(yù)定機(jī)械抗性的黃銅化的線。
這類常規(guī)方法盡管基本適用于該目的，然而卻具有還沒有被克服的一系列缺陷，例如，過多的步驟數(shù)目、上述擴(kuò)散步驟過長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間和在該擴(kuò)散步驟之后線的機(jī)械抗性降低。而且，在黃銅涂層中，在線的徑向和軸向上有不希望的銅的濃度梯度，以及在線的軸向和徑向上黃銅數(shù)量的可變性。
更特別地，在線的徑向上銅百分比的變化達(dá)到等于約±3wt％的數(shù)值，黃銅層的徑向最外面區(qū)域通常更富含鋅，并且黃銅層的徑向最里面區(qū)域，即在與鋼分界面上的區(qū)域更富含銅。在線的軸向上銅百分比的變化達(dá)到等于約±2wt％的數(shù)值。至于黃銅數(shù)量的變化，在線的軸向和徑向上這些變化達(dá)到0.5g黃銅/kg鋼的數(shù)值，由此黃銅層的厚度不均勻。
除了上述缺陷之外，還可能形成具有主體居中的立方體結(jié)構(gòu)的β黃銅。β黃銅的存在，特別是在濃度超過10wt％的時(shí)候，使得拉伸步驟極度困難并且導(dǎo)致拉伸的模具過多的磨損，以及有未被完全涂覆和/或含有不可接受數(shù)量(約50mg/m2數(shù)量級(jí))的雜質(zhì)例如氧化物的線區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)，這些氧化物不僅來源于用于上述酸洗步驟的酸，而且來源于存在于鍍銅浴中的氧化物和來源于存在于用于拉伸步驟的潤滑劑中的那些氧化物。
用于涂覆金屬線的方法也是已知的，例如描述于美國專利4,517,066中的方法，其出于獲得所涂覆的線對(duì)彈性材料合適的粘合性的目的提供了通過濺射而進(jìn)行沉積步驟，以將極度薄的金屬薄膜涂覆于線的芯上。然而，該金屬薄膜太薄(幾個(gè)-0.4μm)以致于有這樣的風(fēng)險(xiǎn)或多或少的大面積的芯表面沒有被完全涂覆或者表面區(qū)域盡管基本被涂覆，但存在表面缺陷，由此不能確保線合適的耐蝕性。
以相同的方式，為了獲得所涂覆的線對(duì)彈性材料合適的粘合性，在美國專利5,403,419中描述了一種涂覆金屬線的方法，其中通過真空沉積、離子電鍍、DC或RF磁控管濺射、二極濺射或者RF濺射方法使薄的金屬薄膜沉積。
發(fā)明概述本申請(qǐng)人已經(jīng)感覺到提供一種制備用于增強(qiáng)彈性材料、屬于包括有金屬芯和金屬涂層類型的金屬線的方法的必要性，該方法允許獲得這樣的線其由于將線結(jié)合到將被增強(qiáng)的彈性材料中而具有合適的機(jī)械強(qiáng)度，并且包括有特別地在涂層的均勻性和均質(zhì)性方面具有高質(zhì)量以及提高的耐蝕性的涂層，在該線粘合到彈性材料上時(shí)有積極的效果。
根據(jù)其第一方面，本發(fā)明涉及一種制備用于增強(qiáng)彈性材料的金屬線的方法，該金屬線包括金屬芯和金屬涂層，所述芯具有預(yù)定的初始直徑，該方法包括以下步驟a)使金屬芯進(jìn)行至少一種表面處理，以達(dá)到將芯的表面預(yù)先處理以被所述涂層涂覆的目的；b)將所述芯熱處理；c)通過等離子體沉積技術(shù)使所述金屬涂層在所述熱處理的芯上沉積至預(yù)定的初始厚度；和d)拉伸所涂覆的芯，直到芯的最終直徑小于所述的預(yù)定初始直徑并且金屬涂層的最終厚度小于所述的預(yù)定初始厚度。
在下面的說明書和在隨后的權(quán)利要求書中，詞句“芯的初始直徑”和“涂層的初始厚度”用于分別表示在拉伸所涂覆的芯之前芯的直徑和涂層的厚度。
在下面的說明書和隨后的權(quán)利要求書中，詞句“芯的最終直徑”和“涂層的最終厚度”用于表示在拉伸所涂覆的芯之后芯的直徑和涂層的厚度。
在下面的說明書和隨后的權(quán)利要求書中，詞句“等離子體沉積技術(shù)”用于表示使用了等離子體作為使將被沉積的(例如以濺射或者以通過電弧的蒸發(fā))金屬的蒸發(fā)活化的方式、作為將被沉積的(例如以等離子體噴射)金屬的載體或者作為將真空沉積室中的工藝氣體解離(例如以等離子體增強(qiáng)的化學(xué)汽相沉積(PECVD))的方式的任何沉積技術(shù)。
首先，由于金屬芯被表面處理以使得將芯的表面預(yù)先處理以被涂覆，即，獲得了適于在其整個(gè)表面上均勻地接收涂層的芯這樣的事實(shí)，因此有利地是可以獲得具有改進(jìn)的質(zhì)量的線。換句話說，有利地基本消除了由熱處理所產(chǎn)生的芯表面的大皺褶或不均勻，由此得到適合于在其上使涂層沉積的芯表面。如果芯由具有非常粗糙的表面的金屬，例如鋼制成，則該有利的效果是特別所希望的。
其次，由于金屬芯被熱處理的事實(shí)，有利地是賦予給金屬芯適合于冷變形，例如拉伸步驟中涉及的變形的結(jié)構(gòu)。
而且，由于通過等離子體沉積技術(shù)使金屬涂層沉積的事實(shí)，有利地是可以獲得以均勻和均質(zhì)的方式涂覆的線。
換句話說，有利地是可以獲得以將線的軸向和徑向上沉積的金屬數(shù)量的變化最小化這樣的方式涂覆的線。另外，在由金屬合金組成的層沉積的情況下，有利地減少了在線的軸向和徑向上所述合金的各自組分的濃度梯度的形成。出于獲得所希望的耐蝕性的目的，涂層的這種均勻性和均質(zhì)性特別重要。
由于本發(fā)明的方法不需要在涂覆金屬涂層之后的熱擴(kuò)散處理步驟-在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，在電沉積的下游提供熱擴(kuò)散處理步驟-也不需要隨后在磷酸中的酸洗步驟，因此，基于等離子體技術(shù)的沉積有利地允許以相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的電沉積方法中形成成品涂層更快的方式形成成品涂層。
排除熱擴(kuò)散處理反過來允許消除用現(xiàn)有技術(shù)的方法制得的線由于這種熱擴(kuò)散處理而不可避免的機(jī)械抗性的降低。
另外，等離子體沉積技術(shù)允許獲得具有可便利地在隨后的拉伸步驟中變形的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的涂層。因此例如，如果金屬涂層包括黃銅，則等離子體沉積技術(shù)允許獲得具有由α黃銅(面心立方體)組成的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的黃銅層。α黃銅的可變形性有助于隨后的拉伸步驟，同時(shí)允許相對(duì)于在用含有β黃銅(體心立方體)的黃銅層涂覆的線的拉伸中所涉及的磨損，該拉伸的模具的磨損降低。
另外，存在于涂層中的雜質(zhì)例如氧化物的數(shù)量相對(duì)于存在于通過現(xiàn)有技術(shù)的電沉積方法制備的線中的數(shù)量急劇降低。
優(yōu)選地，上述根據(jù)本發(fā)明方法的表面處理、熱處理、沉積和拉伸步驟以基本連續(xù)的方式進(jìn)行。
在下面的說明書和隨后的權(quán)利要求書中，詞句“以基本連續(xù)的方式”用于表示在該制備方法的各種步驟之間不存在半成品的中間儲(chǔ)存，以使得以單個(gè)生產(chǎn)線連續(xù)制備具有未確定的長(zhǎng)度的涂覆線，或者在將多個(gè)該涂覆線絞合之后連續(xù)制備具有未確定的長(zhǎng)度的金屬繩。
根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方案，在約10-約80m/分鐘的速度下將該線的芯傳送通過分別的表面處理、熱處理、沉積和拉伸位置的順序。
以這種方式，通過從制備線的金屬芯的步驟到拉伸涂覆的芯的步驟，任選地包括另外的在芯上進(jìn)行的常規(guī)預(yù)先處理或者另外的在涂覆的芯上進(jìn)行的精制處理(例如芯或涂覆的芯的磷酸化處理以改進(jìn)其拉伸)而以基本連續(xù)的方式進(jìn)行的單個(gè)生產(chǎn)過程，可以有利地獲得用具有所希望的厚度的金屬涂層涂覆的金屬線。
還有利地可以通過將涂覆的芯用作起始產(chǎn)品而進(jìn)行用于制備成品的另外的生產(chǎn)過程。通過說明性實(shí)施例，為了制備包括多個(gè)涂覆的金屬線的金屬繩，可以在涂覆的芯上所進(jìn)行的拉伸步驟之后提供所述多個(gè)涂覆的金屬線的絞合步驟。
該制備方法還可以任選地包括一系列的預(yù)先步驟，以達(dá)到由線棒起始而獲得具有預(yù)定直徑的金屬芯的目的。
可以進(jìn)行例如在術(shù)語為“除垢”的領(lǐng)域中已知的存在于線棒上的氧化物的機(jī)械性去除。進(jìn)行該除垢步驟以使得線棒光滑，即基本消除其粗糙度。以這種方式，有利地消除了例如以在線棒外表面上的峰和谷形狀、在棒由鋼制得的情況下可以具有明顯的深度，通常約1.5μm-約2.0μm的任何的表面粗糙度，從而改進(jìn)了在相繼的沉積步驟中涂層對(duì)芯的粘合性以及沉積步驟的效果。除垢步驟之后優(yōu)選將線棒干拉伸，在其末端獲得了具有預(yù)定初始直徑的線芯。
在這些預(yù)先步驟之后，根據(jù)本發(fā)明的方法，將金屬芯進(jìn)行表面處理以除去可能存在于金屬芯表面上的氧化物。表面處理優(yōu)選包括這些步驟酸洗、清洗和任選地將金屬芯干燥。通過將金屬芯引入酸洗浴，例如含有硫酸的浴液而進(jìn)行酸洗步驟。隨后，被酸洗的芯通過水清洗并且任選地優(yōu)選通過由鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的熱空氣干燥(例如在約70℃-約90℃的溫度下，更優(yōu)選在約80℃的溫度下)。
作為酸洗步驟的替代，芯可以進(jìn)行選擇性的表面處理，例如通過等離子體蝕刻技術(shù)，如通過將氬離子傳送到芯表面上的蝕刻、清洗和活化。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，本發(fā)明的方法進(jìn)一步包括在所述熱處理之前優(yōu)選以使得獲得芯直徑稍微降低，例如約1-約3％的方式將芯干拉伸的步驟。
根據(jù)本發(fā)明方法的選擇性實(shí)施方案，上述表面處理，例如酸洗或者適用于該目的的任何其他選擇性處理可以在優(yōu)選為預(yù)先除垢的線棒上進(jìn)行，表面處理之后是干拉伸，以獲得具有預(yù)定初始直徑的金屬芯。
隨后，根據(jù)本發(fā)明的方法，在金屬芯上進(jìn)行熱處理。僅僅為了說明，所述金屬芯的熱處理優(yōu)選包括將芯逐漸加熱到預(yù)定的溫度，例如約900℃-約1000℃的步驟和隨后將芯冷卻至預(yù)定的溫度，例如約530℃-約580℃的步驟。優(yōu)選地，通過將金屬芯引入熔融的鉛浴液中而進(jìn)行冷卻步驟。作為選擇，通過將金屬芯引入熔融的鹽(即氯酸鹽、碳酸氫鹽)的浴液中、通過使金屬芯通過氧化鋯粉末或者借助于空氣而進(jìn)行冷卻步驟。
本發(fā)明的方法優(yōu)選另外包括進(jìn)一步的熱處理，其優(yōu)選在與上述相同的工作條件下進(jìn)行并且其包括將金屬芯進(jìn)一步逐漸加熱的步驟和隨后的冷卻步驟。
當(dāng)提供第一和第二熱處理時(shí)，優(yōu)選在第一熱處理之后進(jìn)行進(jìn)一步的干拉伸。如果提供了另外的熱處理，則優(yōu)選在每?jī)蓚€(gè)熱處理之間進(jìn)行干拉伸。
當(dāng)提供單個(gè)熱處理時(shí)，優(yōu)選通過使用拉伸模具進(jìn)行進(jìn)一步輕微的干拉伸，該拉伸模具優(yōu)選以氣密的方式在其入口處與真空沉積室連接。更優(yōu)選地，可以通過主要包括具有對(duì)稱的兩半部分的拉伸模具的所謂的分割拉伸模具進(jìn)行這種輕微的拉伸步驟。由于該特征，可以有利地以簡(jiǎn)單的方式替換拉伸模具，而不用中斷生產(chǎn)過程。
在所述熱處理之后，本發(fā)明的方法進(jìn)一步包括上述等離子沉積步驟，其優(yōu)選在第一預(yù)定壓力下在至少一個(gè)真空沉積室中進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方案，上述等離子體沉積技術(shù)選自濺射、通過電弧的蒸發(fā)、等離子體噴射和等離子體增強(qiáng)的化學(xué)汽相沉積(PECVD)。
優(yōu)選地，被本發(fā)明的方法使用的沉積技術(shù)是濺射。在這種情況下，由于為了獲得具有所希望的組成的合金而足以使用由這種組成的合金所組成的陰極，因此對(duì)由合金組成的涂層的組成的控制有利地得到改進(jìn)和簡(jiǎn)化。
為了進(jìn)行濺射，可以使用至少一個(gè)帶有適用于產(chǎn)生預(yù)定壓力的真空泵和帶有用于提供載氣的裝置的常規(guī)真空沉積室。在至少一個(gè)真空沉積室中，提供至少一個(gè)由將被沉積的金屬所組成的陰極，例如以使將被涂覆并組成陽極的線的芯通過其中的管形式。作為選擇，該至少一個(gè)陰極可以以使陽極通過其中或者分別與其平行的圓形或矩形板的形式提供。
濺射主要由通常在等于約200-500eV的能量下、采用在通過將電壓施加于陰極和陽極之間產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下獲得的載氣離子對(duì)陰極的離子轟擊組成。更特別地，載氣離子朝著陰極加速，主要造成隨著朝著陽極，即朝著芯引導(dǎo)的陰極原子散發(fā)而發(fā)生的一系列碰撞，同樣，自由電子也朝著陽極加速。通過另外的載氣原子碰撞將自由電子離子化，由此只要提供了足夠的能量，則該過程自身重復(fù)并且自身維持。
優(yōu)選地，沉積技術(shù)是磁控管濺射，其由于通過磁場(chǎng)對(duì)帶電荷的顆粒釋放的作用，特別由于鄰近陰極的電子的受限作用并且由于等離子體密度的增加，允許增加了沉積速率。
作為選擇，可以使用通過電弧技術(shù)的沉積，后者由通常在100eV數(shù)量級(jí)的能量下對(duì)將被沉積的金屬進(jìn)行離子或電子轟擊組成。
等離子體沉積技術(shù)還可以由所謂的等離子體噴射組成，該等離子體噴射尤其涉及提供優(yōu)選尺寸約0.1μm的將被沉積的金屬粉末以等離子體流。將通過等離子體加速并且加熱直到達(dá)到金屬熔點(diǎn)的粉末導(dǎo)向?qū)⒈煌扛驳慕饘?，由此產(chǎn)生由多個(gè)金屬顆粒的覆蓋層組成的涂層。
用于進(jìn)行上述本發(fā)明方法的沉積步驟的等離子體沉積技術(shù)還可以是等離子體增強(qiáng)的化學(xué)汽相沉積(PECVD)。這種技術(shù)主要涉及在真空室中(例如在等于約0.1-10托的壓力下)前體氣體的等離子體解離。優(yōu)選地，該前體氣體包括有機(jī)金屬化合物，例如(六氟乙酰丙酮化物)銅(三甲基乙烯基硅烷)((hfac)Cu(VTMS))、(六氟戊二酮化物)銅(乙烯基三甲氧基硅烷)((hfac)Cu(VTMOS))、二乙基鋅和二苯基鋅，其有利地具有25-80℃數(shù)量級(jí)的低分解溫度。
根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明的方法包括提供串聯(lián)排列的第一真空沉積室和第二真空沉積室的步驟，每一個(gè)所述的真空沉積室處于第一預(yù)定壓力下；和在至少一個(gè)所述真空沉積室中在所述第一預(yù)定壓力下通過使將被涂覆的芯依次通過所述真空沉積室而使金屬涂層沉積的步驟。
用于進(jìn)行第二真空沉積室的等離子體沉積技術(shù)的裝置可以以備用模式放置。以這樣的方式，不必中斷生產(chǎn)過程而替換將被沉積到芯上的金屬源，例如濺射過程中的金屬陰極。當(dāng)金屬源完全消耗或者必須沉積不同的金屬時(shí)必須進(jìn)行的用于形成涂層的金屬源的這類替換可以有利地在兩個(gè)真空沉積室的第一個(gè)中進(jìn)行，同時(shí)將兩個(gè)真空沉積室的第二個(gè)轉(zhuǎn)換到操作模式，由此避免了生產(chǎn)停止并且導(dǎo)致了本發(fā)明方法的生產(chǎn)率增加。
有利地，除了如上所述可以替換將被沉積在芯上的金屬源而不中斷生產(chǎn)過程之外，本發(fā)明方法的該優(yōu)選實(shí)施方案還允許通過將兩個(gè)室轉(zhuǎn)換到工作模式并且設(shè)定不同的沉積條件或者通過在均被設(shè)定為工作模式的兩個(gè)真空沉積室中提供具有不同組成的金屬源而以基本同時(shí)的方式獲得不同的線。
優(yōu)選地根據(jù)例如將進(jìn)行上述沉積步驟的路徑多次將芯傳送通過所述的至少一個(gè)真空沉積室。換句話說，沿著至少一個(gè)真空沉積室的沉積區(qū)域?qū)⒕€送回預(yù)定數(shù)目的次數(shù)。
以這種方式，有利地可以甚至在保持于80m/分鐘數(shù)量級(jí)的高傳送速度下的芯上使金屬涂層沉積至合適的初始厚度。出于說明的目的，可以例如根據(jù)將被覆蓋預(yù)定數(shù)目次數(shù)的朝前和朝后的路徑而通過用于將排列在至少一個(gè)真空沉積室內(nèi)的芯送回的合適裝置傳送芯，這增加了芯在該至少一個(gè)真空沉積室內(nèi)的停留時(shí)間，直到獲得所希望的涂層初始厚度。
另外，本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方案提供了在多個(gè)沿著預(yù)定的傳送方向傳送的芯上同時(shí)進(jìn)行沉積步驟，以有利地提高本方法的生產(chǎn)率。
當(dāng)?shù)入x子體沉積技術(shù)是濺射時(shí)，優(yōu)選地在至少一個(gè)經(jīng)受第一預(yù)定壓力的真空沉積室中涂覆金屬芯，該壓力優(yōu)選約10-3毫巴-約10-1毫巴，更優(yōu)選為10-2毫巴數(shù)量級(jí)。
通過說明性實(shí)施例，本發(fā)明的方法允許在包含于上述優(yōu)選數(shù)值范圍的壓力下將例如由黃銅制成、具有幾個(gè)微米數(shù)量級(jí)的合適厚度，優(yōu)選約0.5μm-約2μm，更優(yōu)選約1.5μm的涂層沉積在例如由鋼制成的芯上。
優(yōu)選地，本發(fā)明的方法進(jìn)一步包括在至少一個(gè)經(jīng)受高于所述第一預(yù)定壓力的第二預(yù)定壓力的預(yù)存室中傳送芯的步驟，所述的至少一個(gè)預(yù)存室設(shè)置在所述至少一個(gè)真空室的上游。
以這種方式，有利地以至少兩個(gè)相繼的步驟，即以逐步的方式獲得了所希望的真空條件，從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)，這相對(duì)于以單個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)真空條件而言更簡(jiǎn)單并且更方便。
另外，提供至少一個(gè)預(yù)存室有利地允許了保護(hù)真空沉積室(在其中進(jìn)行沉積步驟)免于灰塵和外部物質(zhì)通常例如氧氣的污染，這些物質(zhì)對(duì)沉積步驟的效果和對(duì)將被沉積的涂層的金屬純度是不利的?？梢院?jiǎn)單地通過將化學(xué)惰性氣體流引入該至少一個(gè)預(yù)存室而實(shí)現(xiàn)這種有利的效果。
優(yōu)選地，出于該目的，所述至少一個(gè)預(yù)存室含有相同的在所述至少一個(gè)真空沉積室中用作載氣的氣體，從而允許對(duì)所述至少一個(gè)預(yù)存室和對(duì)所述至少一個(gè)真空沉積室使用相同類型的氣體供給。
更優(yōu)選地，上述化學(xué)惰性氣體是氬氣，從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)其是便利的，導(dǎo)致了限制生產(chǎn)成本。
優(yōu)選地，在所述至少一個(gè)真空沉積室的下游提供另外的經(jīng)受上述第二預(yù)定壓力的預(yù)存室。
優(yōu)選地，所述第二預(yù)定壓力約0.2-約10毫巴，更優(yōu)選約1毫巴的數(shù)量級(jí)。
根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明的方法包括提供如上所述串聯(lián)排列的第一和第二真空沉積室的步驟，第一真空沉積室設(shè)置在如上所述的第一預(yù)存室的下游，第二真空沉積室設(shè)置在將兩個(gè)真空沉積室隔開的第二預(yù)存室的下游，第三預(yù)存室設(shè)置在第二真空沉積室的下游。
以這種方式，除了上述有利地以逐步方式實(shí)現(xiàn)所希望的真空條件之外，還有利地可以通過將第一真空沉積室轉(zhuǎn)換到備用模式并且通過將第二真空沉積室轉(zhuǎn)換到工作模式而替換第一真空沉積室中的金屬源，并且可以通過將兩個(gè)真空沉積室置于工作模式而設(shè)定不同的沉積條件或者在兩個(gè)真空沉積室中提供不同的金屬源。
優(yōu)選地，芯由相對(duì)于制成涂層的金屬而言不同的金屬制成。
以這種方式，芯的金屬可以選自更適用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械支撐作用的金屬，而涂層的金屬可以選自更適用于獲得金屬線與彈性材料之間合適的粘合性，以及合適的耐蝕性的金屬。由于這些特征，可以有利地制得用于增強(qiáng)彈性材料以形成例如具有優(yōu)良質(zhì)量的輪胎、管材、傳送帶、傳動(dòng)帶和電纜的金屬線和金屬繩(包括多個(gè)絞合在一起的金屬線)。
優(yōu)選地，金屬芯由鋼制成，鋼是用于增強(qiáng)彈性材料的最合適的材料，該彈性材料例如為用于生產(chǎn)輪胎帶層的半成品。
金屬涂層可以包括金屬或者二元或三元的金屬合金。
優(yōu)選地，涂層金屬選自銅、鋅、錳、鈷、錫、鉬、鐵和它們的合金。
仍然更優(yōu)選地，涂層金屬是黃銅。有利地是，包括用黃銅層涂覆的芯的線具有高的耐蝕性。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，涂層金屬是銅含量約60-約72wt％，更優(yōu)選約64-約67wt％的黃銅。
如果銅以低于60wt％的百分比存在，事實(shí)上則有不希望的β黃銅形成，然而，如果銅以高于72wt％的百分比存在，則線與用該線增強(qiáng)的彈性材料過度地反應(yīng)活性。線與彈性材料的這種反應(yīng)活性造成了在線上形成厚的硫化物層，這造成不希望的線性能的惡化。因此，在上述優(yōu)選的銅組成的數(shù)值范圍中，有利地避免了β黃銅的形成，同時(shí)將線與彈性材料的反應(yīng)活性保持在可接受的程度。
優(yōu)選地，涂層金屬是選自Zn-Co、Zn-Mn、Cu-Zn-Mn、Zn-Co-Mo、Cu-Zn-Sn的合金。
通過用這些合金的其中一種涂覆金屬芯，進(jìn)一步提高了線的耐蝕性。
優(yōu)選地，本發(fā)明的方法包括使由組成為63％Cu、34％Zn、3％Mn的三元Cu-Zn-Mn合金所組成的涂層金屬沉積的步驟。
優(yōu)選的Zn-Co合金組成是99％Zn、1％Co，優(yōu)選的Zn-Mn合金組成是98％Zn、2％Mn，優(yōu)選的Zn-Co-Mo合金組成是99％Zn、0.5％Co、0.5％Mo，而優(yōu)選的Cu-Zn-Sn合金組成是67％Cu、30％Zn、3％Sn。
優(yōu)選地，所述涂層金屬還包括預(yù)定數(shù)量的、用于促進(jìn)金屬線拉伸的潤滑劑。
以這種方式有利地提高了線的拉伸性。
當(dāng)涂層包括具有差的拉伸性的材料例如Zn-Mn合金時(shí)，特別優(yōu)選該實(shí)施方案。
更優(yōu)選地，潤滑劑選自含磷化合物(例如有機(jī)磷酸鹽)、含硫化合物(例如硫醇、硫酯、硫醚)、含氯化合物(例如有機(jī)氯化物)。優(yōu)選地，所述潤滑劑是所謂的“極壓潤滑劑”，即在高溫和高壓下分解(例如導(dǎo)致形成鐵、銅或鋅的磷化物、硫化物和氯化物)的潤滑劑。
仍然更優(yōu)選地，涂層材料包括預(yù)定數(shù)量的磷。有利地，包括有包含預(yù)定數(shù)量的磷的涂層的金屬線的拉伸性得到提高，而不影響涂層對(duì)其中嵌入了線的彈性材料的粘合性。
優(yōu)選地，涂層材料包括的磷的用量為大約1-3wt％，更優(yōu)選大約2wt％，相對(duì)于涂層金屬的總重量計(jì)。
有利地，通過以這種優(yōu)選的數(shù)量在將被沉積到金屬芯上的金屬中包括磷，例如通過提供含有磷的陰極，本發(fā)明方法中涉及到的等離子體沉積步驟允許以均勻的方式使正好以相同的數(shù)量(即1-3％)沉積包括磷的金屬涂層。因此，由于磷均勻地存在于涂層的整個(gè)厚度中，因此隨后的拉伸步驟由于磷的潤滑作用而得到改進(jìn)，與已經(jīng)設(shè)定的拉伸程度無關(guān)。
另外，由于通過等離子體沉積技術(shù)使涂層沉積這樣的事實(shí)，在線的徑向上，在所述涂層中所述潤滑劑的數(shù)量的百分比變化相對(duì)于形成涂層的金屬重量而低于約1wt％，更優(yōu)選約0.01wt％-約1wt％。
以類似的方式，在線的軸向上，在所述涂層中所述潤滑劑的數(shù)量的百分比變化相對(duì)于形成涂層的金屬重量而低于約1wt％，更優(yōu)選約0.01wt％-約1wt％。
優(yōu)選地，金屬涂層的初始厚度至少約0.5μm。
仍然更優(yōu)選地，金屬涂層的初始厚度約0.5-約2μm。
以這種方式，由于涂覆的芯的拉伸步驟而獲得了合適數(shù)值的金屬涂層的初始厚度，這允許獲得所希望數(shù)值的芯的最終直徑和線的機(jī)械抗性有利的增加。出于說明的目的，由于涂覆的芯的拉伸步驟，具有初始的斷裂負(fù)荷-即在涂覆的芯的拉伸步驟之前-等于約1200MPa的線可以達(dá)到約3200MPa的最終斷裂負(fù)荷。
優(yōu)選地，以使得獲得最終直徑相對(duì)于芯的初始直徑減少約75-95％，更優(yōu)選減少約80-90％，仍然更優(yōu)選相對(duì)于初始直徑減少約85％的芯的方式進(jìn)行拉伸步驟。
根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方案，以使得獲得最終厚度相對(duì)于涂層的初始厚度減少約75-95％，更優(yōu)選減少約78-88％，仍然更優(yōu)選減少約初始厚度的83％的涂層的方式進(jìn)行拉伸步驟。
優(yōu)選地，芯的初始直徑約0.85mm-約3mm，并且以使得獲得最終直徑為0.10-0.50mm的芯的方式進(jìn)行拉伸步驟。
優(yōu)選地，涂層的初始厚度約0.5-約2μm，并且以使得獲得最終厚度為80-350nm的金屬涂層的方式進(jìn)行拉伸步驟。
根據(jù)其第二方面，本發(fā)明涉及一種用于增強(qiáng)彈性材料、屬于包括有金屬芯和金屬涂層的類型、通過上述制備方法獲得的金屬線。
有利地，由于上述本發(fā)明方法的特征，本發(fā)明的線包括均勻并且均質(zhì)的金屬涂層，并且具有改進(jìn)的機(jī)械抗性。
另外，有利地獲得包括黃銅層、易于在隨后的拉伸步驟中變形的線，該黃銅層具有由α黃銅組成的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
有利地，由本發(fā)明方法制得的金屬線包括基本上不含雜質(zhì)的金屬涂層。
優(yōu)選地，涂層金屬是黃銅，并且在線的徑向上，涂層中銅的數(shù)量的百分比變化低于約1wt％。
優(yōu)選地，金屬芯由相對(duì)于制成涂層的金屬而言不同的金屬制成。
優(yōu)選地，金屬芯由鋼制成。
優(yōu)選地，涂層由銅含量約60-約72wt％，更優(yōu)選約64-67wt％的黃銅制成。
優(yōu)選地，在線的軸向上，涂層中銅的數(shù)量的百分比變化低于約0.5wt％。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，在線的軸向上，涂層中黃銅數(shù)量的以重量計(jì)的變化低于約0.15g黃銅/kg鋼。
優(yōu)選地，在線的徑向上，涂層中黃銅數(shù)量的以重量計(jì)的變化低于約0.15g黃銅/kg鋼。
優(yōu)選地，本發(fā)明的線的涂層金屬由組成為63％Cu、34％Zn、3％Mn的三元Cu-Zn-Mn合金組成。
優(yōu)選的Zn-Co合金組成是99％Zn、1％Co，優(yōu)選的Zn-Mn合金組成是98％Zn、2％Mn，優(yōu)選的Zn-Co-Mo合金組成是99％Zn、0.5％Co、0.5％Mo，而優(yōu)選的Cu-Zn-Sn合金組成是67％Cu、30％Zn、3％Sn。
優(yōu)選地，本發(fā)明的線包括直徑為0.10-0.50mm的芯。優(yōu)選地，本發(fā)明的線包括厚度為80-350nm的金屬涂層。
最后，本發(fā)明涉及一種制備用于增強(qiáng)彈性材料的金屬繩的方法，如附屬的權(quán)利要求30所定義，并且涉及一種如附屬的權(quán)利要求31所定義的金屬繩。
附圖簡(jiǎn)述下文中參照附圖，使得本發(fā)明另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將更容易從根據(jù)本發(fā)明制備用于增強(qiáng)彈性材料、屬于包括有金屬芯和金屬涂層類型的金屬線的方法的一些優(yōu)選實(shí)施方案的描述中變得明顯，其中出于說明和非限制的目的，給出了所述方法的兩個(gè)流程圖。
在圖中，

圖1和2是說明制備用于增強(qiáng)彈性材料、屬于包括有金屬芯和金屬涂層類型的金屬線的本發(fā)明方法分別的優(yōu)選實(shí)施方案的流程圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳述制備用于增強(qiáng)彈性材料、屬于包括有金屬芯和金屬涂層類型的金屬線的本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方案以圖1中所示的流程圖說明。
參照該圖，本發(fā)明的方法包括將金屬線棒除垢。
除垢步驟之后是線棒的干拉伸，在其末端獲得了具有預(yù)定初始直徑的線芯。
使這樣獲得的金屬芯送到至少一種表面處理，以達(dá)到將芯的表面預(yù)先處理以被涂層涂覆的目的。
作為選擇，如圖2中所示，在除垢的金屬線棒上進(jìn)行表面處理并且在表面處理的線棒上進(jìn)行拉伸，以獲得具有預(yù)定初始直徑的線芯。
表面處理步驟優(yōu)選包括在含有例如硫酸的浴液中將芯(圖1)/棒(圖2)電解性酸洗，并且通過隨后在水中將酸洗的芯清洗的步驟。參照?qǐng)D1，為了從清洗的芯中除去任何殘余的水，隨后例如通過由設(shè)置在清洗步驟下游的鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的在約80℃的熱空氣將芯干燥。
如圖1中所示，干燥步驟之后是干拉伸步驟并且之后是熱處理，例如通過在熔爐中進(jìn)行的鉛淬火熱處理。
本方法的所有步驟優(yōu)選以基本連續(xù)的方式進(jìn)行。
如圖2中所示，在希望明顯的斷面減少的情況下或者在處理具有高拉伸斷裂負(fù)荷的金屬的情況下，例如在碳含量等于約0.8wt％的鋼的情況下，可以多次進(jìn)行干拉伸和熱處理步驟。
在熱處理步驟之后的本發(fā)明方法的步驟中，使金屬涂層在通過等離子體沉積技術(shù)這樣處理的金屬芯上沉積至預(yù)定的初始厚度。
根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方案，等離子體沉積技術(shù)可以是，例如濺射技術(shù)。
優(yōu)選地，在至少一個(gè)經(jīng)受第一預(yù)定壓力的真空沉積室中涂覆金屬芯，該壓力優(yōu)選約10-3毫巴-約10-1毫巴。
為了避免由于將被沉積的金屬的消耗或者由于生產(chǎn)的變化，例如涂層種類的變化而在濺射過程中的任何中斷，在第一真空沉積室中進(jìn)行涂層的沉積，第二真空沉積室與第一真空沉積室串聯(lián)排列并且被設(shè)定成備用模式。第一和第二真空沉積室都含有在預(yù)定的第一壓力，優(yōu)選約10-3毫巴-約10-1毫巴下的載氣，例如氬氣。
特別地，在于第一真空沉積室中傳送之前，為了保護(hù)第一和當(dāng)使用時(shí)的第二真空沉積室免于灰塵和其它污染物，提供分別設(shè)置在第一和第二真空沉積室下游的第一預(yù)存室和第二預(yù)存室。
在第二真空沉積室的下游另外提供第三預(yù)存室。換句話說，第一預(yù)存室、第一真空沉積室、第二預(yù)存室、第二真空沉積室和第三預(yù)存室依次串聯(lián)排列。
第一、第二和第三預(yù)存室含有經(jīng)受高于所述第一預(yù)定壓力、例如為0.5毫巴數(shù)量級(jí)的第二預(yù)定壓力的氬氣。
以這種方式，有利地以逐步的方式在每一真空沉積室中實(shí)現(xiàn)了所希望的10-3毫巴-10-1毫巴的真空條件。
在第一和第二真空沉積室中，提供兩個(gè)分別的由將被沉積的金屬例如黃銅組成、優(yōu)選以管狀或板狀的陰極。另外，在每一真空沉積室中提供分別的由將被涂覆的芯組成的陽極。為了進(jìn)行上述沉積步驟，將每一陽極引入分別的管式陰極，或者分別使得平行通到分別的板狀陰極。
在第一和第二真空沉積室中，優(yōu)選提供多個(gè)用于送回芯的裝置，以增加芯在每一真空沉積室中的停留時(shí)間，由此允許甚至在高的芯傳送速度，優(yōu)選約10-約80m/分鐘下獲得所希望的涂層的初始厚度。
優(yōu)選地，通過將壓力設(shè)定為10-3-5·10-2毫巴數(shù)量級(jí)、施加于電極的電壓約100-約1000V和電流約0.1-約10A而進(jìn)行濺射。由于隨之發(fā)生的放電，載氣的離子朝著將被沉積的金屬的陰極加速并且該金屬的原子朝著將被涂覆的芯汽化。
通過遵照上述優(yōu)選的電壓、電流和氣體壓力值，取決于陰極與陽極之間的距離和取決于陰極的形狀，有利地獲得了約100-約1000nm/分鐘的黃銅沉積速率。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)根據(jù)沉積的效果，作為陰極尺寸和形狀的函數(shù)，陰極與陽極之間約幾cm至幾十cm的距離特別優(yōu)選。
根據(jù)本發(fā)明方法的隨后步驟，將這樣涂覆的芯拉伸，直到獲得最終直徑低于預(yù)定初始直徑的芯和最終厚度低于預(yù)定初始厚度的金屬涂層。
如圖1圖表的對(duì)應(yīng)的方框所示，優(yōu)選地在例如含有本身常規(guī)的潤滑油的乳液浴液中并且優(yōu)選通過由也是本身常規(guī)的碳化鎢制成的拉伸模具進(jìn)行該涂覆芯的拉伸步驟。
通過由上述等離子體沉積技術(shù)獲得的主要包括α相黃銅的黃銅的變形性特征，有助于涂覆芯的拉伸。
在本發(fā)明方法的該拉伸步驟的末端，獲得了用金屬涂層均勻并且均質(zhì)涂覆的金屬線。
最后，如上所述獲得的多個(gè)涂覆線的另外的絞合步驟允許獲得了用于增加彈性材料例如輪胎的帶層的繩。
根據(jù)本發(fā)明方法的選擇實(shí)施方案，為了進(jìn)行金屬涂層的沉積步驟，在每一真空沉積室中提供兩個(gè)陰極，這允許了相對(duì)于可以通過使用單個(gè)陰極實(shí)現(xiàn)的速率而將沉積速率翻倍。在其中提供兩個(gè)板狀陰極的情況下，這些陰極彼此平行排列并且在其中預(yù)定的距離，優(yōu)選約1-10cm下使將被涂覆的線傳送到陰極之間的中間位置。
根據(jù)用于增強(qiáng)彈性材料、屬于包括有金屬芯和金屬涂層類型的本發(fā)明的金屬線的優(yōu)選實(shí)施方案，該涂層可以包括三元金屬合金，例如優(yōu)選組成為63％Cu、34％Zn、3％Mn的Cu-Zn-Mn。
為了使這類金屬涂層沉積在例如由鋼制成的金屬芯上，可以例如提供兩個(gè)本發(fā)明方法的選擇實(shí)施方案。
根據(jù)第一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明提供通過濺射技術(shù)以完全類似于上述參照黃銅層沉積方式的方式涂層在芯上的沉積步驟，僅有的差異是陰極的組成，它在此情況下由上述所希望組成的三元合金組成。
根據(jù)第二個(gè)實(shí)施方案，本方法提供通過濺射技術(shù)或者通過另一種等離子體沉積技術(shù)的兩個(gè)連續(xù)的沉積步驟。更準(zhǔn)確地說，在第一步驟中，使用相應(yīng)的黃銅陰極使黃銅層沉積在芯上，而在第二步驟中，使用相應(yīng)的錳陰極使錳層沉積在黃銅化的芯上。
作為對(duì)錳的替代，可以沉積類似地用于提高線的耐蝕性和線對(duì)彈性材料的粘合性，特別是老化后的粘合性的其他化學(xué)元素，例如鈷、錫、鉬、鐵。
與金屬涂層的性質(zhì)無關(guān)，當(dāng)通過兩個(gè)連續(xù)的沉積步驟-由二元合金組成的金屬涂層的第一沉積步驟和單個(gè)組分涂層的第二沉積步驟-獲得芯的涂層時(shí)，由二元合金組成的涂層的初始厚度優(yōu)選約0.5-約2μm，而單個(gè)組分涂層的初始厚度優(yōu)選約0.01-約0.2μm。
本發(fā)明方法的每一上述步驟可以在多個(gè)線上同時(shí)進(jìn)行。
進(jìn)一步通過下列說明性實(shí)施例描述本發(fā)明。
實(shí)施例1使直徑約5.5mm的鋼線棒以基本連續(xù)的方式進(jìn)行除垢步驟并且進(jìn)行干拉伸-在其末端獲得初始直徑等于約1.4mm的線芯。
隨后，進(jìn)行采用硫酸將芯電解性酸洗。特別地，通過以基本連續(xù)的方式將其傳送到設(shè)置在除垢位置下游的硫酸浴液中而將芯酸洗。隨后通過將芯傳送到水中而將芯清洗，所述清洗步驟提供在酸洗浴液的下游。
隨后，以基本連續(xù)的方式進(jìn)行芯的鉛淬火熱處理-由在約950℃溫度下在爐中的加熱步驟和隨后在約550℃溫度下在空氣中的冷卻步驟組成。芯從爐中的排出速率等于約36m/分鐘。
隨后，以基本連續(xù)的方式將鋼芯送入含有在約0.5毫巴下的氬氣的第一預(yù)存室。
隨后，以基本連續(xù)的方式將芯傳送到真空沉積室例如上述的真空沉積室中，該真空沉積室特別含有在約10-3毫巴壓力下的氬氣作為載氣并且包括直徑等于約30mm、由銅含量為64wt％和36wt％鋅的黃銅組成的管狀陰極。在約36m/分鐘的速度下以基本連續(xù)的方式將鋼芯送入該真空沉積室。以基本連續(xù)的方式使初始厚度等于約1.4μm的黃銅涂層沉積在鋼芯上。
出于該目的，在真空沉積室內(nèi)設(shè)定約10-3毫巴的壓力之后，在約36m/分鐘的速度下將芯(即陽極)引入管式的黃銅陰極并且通過管式的黃銅陰極內(nèi)的回送裝置多次滑移，直到獲得上述的初始涂層厚度。陰極與陽極之間的距離保持等于約29mm。
更特別地，使用等于約379V的電壓和等于約2.74A的電流。依靠該優(yōu)選的電壓和電流值并且依靠上述優(yōu)選的氣體壓力數(shù)值，獲得了等于約800nm/分鐘的黃銅沉積速率。
隨后，以基本連續(xù)的方式將涂覆的鋼芯傳送到含有在約0.5毫巴壓力下的氬氣并且設(shè)置在真空沉積室下游的第二預(yù)存室中。
然后通過由碳化鎢制成的拉伸模具以基本連續(xù)的方式在含有潤滑油的浴液(其是在水中10wt％上述潤滑劑的乳液)中將鋼芯拉伸，直到獲得最終直徑等于約0.25mm的芯和最終厚度等于約0.2μm的金屬涂層。
由于黃銅涂層的變形性特征，有助于將這樣涂覆的芯拉伸，該黃銅涂層通過X-射線衍射分析表現(xiàn)出僅僅由α相組成。
在上述拉伸步驟的末端，獲得了用黃銅均勻和均質(zhì)涂覆的鋼線。
在用根據(jù)上述本方法的實(shí)施方案制得的黃銅涂層涂覆的鋼線上進(jìn)行的原子吸收光譜(AAS)分析表明在線的軸向上，黃銅涂層的銅含量為63.5-64.5wt％。
相同的線的掃描電子顯微鏡(SEM)分析表明在線的徑向上，黃銅涂層的銅含量為63-65wt％。
另外，相同的線的從S分析表明在線的軸向和徑向上，涂層中黃銅數(shù)量以重量計(jì)的變化等于約±0.15g黃銅/kg鋼。
最后，涂層的性質(zhì)和組成相同，機(jī)械拉伸強(qiáng)度測(cè)試表明通過本發(fā)明方法制得的線的機(jī)械抗性增加值相對(duì)于由通過包括有電沉積步驟的現(xiàn)有技術(shù)方法制得的線表現(xiàn)出的抗性而言，等于5-10％。
另外，提供對(duì)多個(gè)用如上所述獲得的黃銅涂覆的鋼線的另外的絞合步驟，以獲得增強(qiáng)彈性材料例如輪胎的帶層的繩。
以本身已知的方式，將根據(jù)本發(fā)明方法制得的繩結(jié)合到彈性材料制品例如用于生產(chǎn)輪胎、管材、傳送帶、傳動(dòng)帶和電纜的半成品中。
實(shí)施例2如實(shí)施例1中那樣使直徑約5.5mm的鋼線棒進(jìn)行除垢步驟。
在除垢步驟之后，如實(shí)施例1中所述的那樣進(jìn)行采用硫酸將線棒電解性酸洗和隨后于水中的清洗。
以基本連續(xù)的方式將這樣酸洗和清洗的棒干燥并且經(jīng)受干拉伸-在其末端獲得了初始直徑等于約1.4mm的線芯。
隨后，以如實(shí)施例1中所述的那樣進(jìn)行鉛淬火熱處理、沉積和濕拉伸步驟。
提供對(duì)多個(gè)用如上所述獲得的黃銅涂覆的鋼線的另外的絞合步驟，以獲得增強(qiáng)彈性材料例如輪胎的帶層的繩。
以本身已知的方式，將根據(jù)本發(fā)明方法制得的繩結(jié)合到彈性材料制品例如用于生產(chǎn)輪胎、管材、傳送帶、傳動(dòng)帶和電纜的半成品中。
實(shí)施例3
如實(shí)施例1中所述那樣獲得初始直徑等于約1.4mm的鋼線芯。
隨后，如實(shí)施例1中所述那樣將鋼芯表面處理和鉛淬火。
芯從爐中的排出速率等于約36m/分鐘。
如實(shí)施例1中所述那樣將鋼芯送入第一預(yù)存室，然后送入真空沉積室，除了該真空沉積室包括有多個(gè)由銅含量為63.5wt％和36.5wt％鋅的黃銅組成的矩形陰極(45cm×7cm)之外。在約36m/分鐘的速度下以基本連續(xù)的方式將鋼芯送入該真空沉積室，然后通過磁控管濺射技術(shù)以基本連續(xù)的方式使初始厚度等于約1.5μm的黃銅涂層沉積在鋼芯上。
出于該目的，在真空沉積室內(nèi)設(shè)定約3·10-3毫巴的壓力之后，在約36m/分鐘的速度下通過平行于矩形陰極的回送裝置使芯(即陽極)多次通過，直到獲得上述的初始涂層厚度。陰極與陽極之間的距離保持等于約29mm。
更特別地，使用等于約369V的電壓和等于約2.64A的電流。依靠該優(yōu)選的電壓和電流值并且依靠上述優(yōu)選的氣體壓力數(shù)值，獲得了等于約800nm/分鐘的黃銅沉積速率。
隨后，根據(jù)本發(fā)明方法的第三步驟，使用碳化鎢的拉伸模具以基本連續(xù)的方式在含有潤滑油的浴液中將涂覆的鋼芯拉伸，直到獲得最終直徑等于約0.25mm的芯和最終厚度等于約0.2μm的金屬涂層。
由于黃銅涂層的變形性特征，有助于將這樣涂覆的芯拉伸，該黃銅涂層通過X-射線衍射分析表現(xiàn)出僅僅由α相組成。
在上述拉伸步驟的末端，獲得了用黃銅均勻和均質(zhì)涂覆的鋼線。
實(shí)施例4如參照實(shí)施例1所述的那樣制備兩個(gè)初始直徑等于約1.4mm的鋼線芯。
隨后，如參照實(shí)施例1所述的那樣將鋼芯表面處理和鉛淬火。
芯從爐中的排出速率等于約36m/分鐘。
如實(shí)施例1中所述那樣將鋼芯依次送入第一預(yù)存室和送入第一真空沉積室，除了該第一真空沉積室包括兩個(gè)包含黃銅的管式陰極，該黃銅具有銅含量為64wt％和35.5wt％鋅并且另外包括0.5wt％的磷之外。
第二預(yù)存室設(shè)置在第一真空沉積室的下游，并且第二真空沉積室設(shè)置在第二預(yù)存室的下游。將第二真空沉積室的磁控管置于備用模式。
另外，第三預(yù)存室設(shè)置在第二真空沉積室的下游。
第一和第二真空沉積室設(shè)定在約5·10-2毫巴的壓力下。第一、第二和第三預(yù)存室含有在約0.5毫巴壓力下的氬氣。
在約36m/分鐘的速度下以基本連續(xù)的方式將鋼芯平行送入第一預(yù)存室和送入第一真空沉積室。在第一真空沉積室中，通過磁控管濺射技術(shù)以基本連續(xù)的方式將初始厚度等于約1.5μm的黃銅涂層沉積在每一鋼芯上。
出于該目的，在第一真空沉積室內(nèi)設(shè)定約5·10-2毫巴的壓力之后，在約36m/分鐘的速度下分別將芯(即陽極)引入管式的黃銅陰極并且通過分別的管式黃銅陰極內(nèi)的回送裝置多次滑移，直到獲得上述的初始涂層厚度。陰極與陽極之間的距離保持等于約30mm。
更特別地，使用等于約387V的電壓和等于約3.36A的電流。依靠該優(yōu)選的電壓和電流值并且依靠上述優(yōu)選的氣體壓力數(shù)值，獲得了等于約800nm/分鐘的黃銅沉積速率。
然后將離開第三預(yù)存室的鋼芯使用由碳化鎢制成的拉伸模具以基本連續(xù)的方式在含有潤滑油的浴液中拉伸，直到獲得最終直徑等于約0.25mm的芯和最終厚度等于約0.2μm的金屬涂層。
在上述拉伸步驟的末端，獲得了兩個(gè)用黃銅均勻和均質(zhì)涂覆的鋼線。
除了如通過X-射線衍射分析檢測(cè)到的黃銅僅僅由α相組成這樣的事實(shí)之外，由于涂層內(nèi)的磷進(jìn)一步有助于在拉伸期間的冷變形性，因此這樣涂覆的芯的拉伸得到改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種制備用于增強(qiáng)彈性材料的金屬線的方法，該金屬線包括金屬芯和金屬涂層，所述芯具有預(yù)定的初始直徑，該方法包括以下步驟a)使所述金屬芯進(jìn)行至少一種表面處理，以將芯的表面預(yù)先處理以被所述涂層涂覆；b)將所述芯熱處理；c)通過等離子體沉積技術(shù)使所述金屬涂層在所述芯上沉積至預(yù)定的初始厚度；和d)拉伸所涂覆的芯，直到芯的最終直徑小于所述的預(yù)定初始直徑并且金屬涂層的最終厚度小于所述的預(yù)定初始厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的表面處理、熱處理、沉積和拉伸步驟以基本連續(xù)的方式進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在約10-約80m/分鐘的速度下將所述芯傳送通過分別的表面處理、熱處理、沉積和拉伸位置的順序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中表面處理步驟包括在酸洗浴液中將所述芯酸洗并且在水中將酸洗的芯清洗的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，進(jìn)一步包括將所清洗的芯干燥的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中通過至少一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行所述的干燥步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在所述熱處理之前將所述芯干拉伸的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述等離子體沉積技術(shù)選自濺射、通過電弧的蒸發(fā)、等離子體噴射和等離子體增強(qiáng)的化學(xué)汽相沉積(PECVD)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8的方法，其中在第一預(yù)定壓力下，在至少一個(gè)真空沉積室中進(jìn)行所述的將金屬涂層沉積在所述芯上的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中多次進(jìn)行將金屬涂層沉積在所述芯上的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述第一預(yù)定壓力約10-3-10-1毫巴。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括在高于所述第一預(yù)定壓力的第二預(yù)定壓力下將所述芯傳送到至少一個(gè)預(yù)存室的步驟，所述預(yù)存室設(shè)置在所述至少一個(gè)真空沉積室的上游。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述第二預(yù)定壓力約0.2毫巴-約10毫巴。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括將線棒除垢和將所述棒干拉伸的預(yù)先步驟，以獲得所述具有預(yù)定初始直徑的芯。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中涂層由不同于芯的金屬材料的金屬材料制成。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述芯由鋼制成。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述涂層金屬選自銅、鋅、錳、鈷、錫、鉬、鐵和其合金。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述涂層金屬是黃銅。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中黃銅的銅含量約60-約72wt％。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述涂層金屬進(jìn)一步包括預(yù)定數(shù)量的潤滑劑。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬涂層的初始厚度至少約0.5μm。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中所述金屬涂層的初始厚度約0.5-約2μm。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述拉伸步驟造成芯的最終直徑相對(duì)于芯的初始直徑減少約75-95％。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中芯的最終直徑為0.10-0.50mm。
25.根據(jù)權(quán)利要求1或23的方法，其中所述拉伸步驟造成涂層的最終厚度相對(duì)于涂層的初始厚度減少約75-95％。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中金屬涂層的最終直徑為80-350nm。
27.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述芯的初始直徑約0.85-約3mm。
28.根據(jù)權(quán)利要求1或25的方法，其中所述涂層的初始厚度約0.5-約2μm。
29.一種用于增強(qiáng)彈性材料的金屬線，所述金屬線包括金屬芯和金屬涂層，所述金屬線通過根據(jù)權(quán)利要求1-28任一項(xiàng)的方法獲得。
30.一種制備用于增強(qiáng)彈性材料的金屬繩的方法，所述方法包括制備多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1-28的任一項(xiàng)的線的步驟和將所述的多個(gè)線絞合的步驟。
31.一種用于增強(qiáng)彈性材料的金屬繩，包括根據(jù)權(quán)利要求30的多個(gè)線。
全文摘要
描述了一種制備用于增強(qiáng)彈性材料的金屬線的方法以及一種用于增強(qiáng)這種彈性材料的金屬線和金屬繩。該金屬線包括具有預(yù)定初始直徑的金屬芯和金屬涂層。該方法包括以下步驟a)使芯進(jìn)行至少一種表面處理，以達(dá)到將芯的表面預(yù)先處理以被涂層涂覆的目的；b)將芯熱處理；c)通過等離子體沉積技術(shù)使金屬涂層在芯上沉積至預(yù)定的初始厚度；d)拉伸所涂覆的芯，直到芯的最終直徑小于所述的預(yù)定初始直徑并且金屬涂層的最終厚度小于所述的預(yù)定初始厚度。有利地，可以獲得以均勻和均質(zhì)的方式涂覆的線，該線包括具有適合于使涂層沉積的光滑表面和適合于拉伸步驟中涉及的冷變形的結(jié)構(gòu)的芯。
文檔編號(hào)C23C14/16GK1732283SQ200380107400
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2003年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月23日
發(fā)明者F·帕瓦恩, S·艾格雷斯蒂, P·L·卡瓦羅蒂, L·諾比利 申請(qǐng)人:倍耐力輪胎公司