專利名稱：一種常壓等離子帶鋼鍍膜工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及帶鋼表面處理技術，特別涉及一種常壓等離子帶鋼鍍膜工藝。
背景技術：
具有良好表面性能的鋼板是汽車、建筑和家電行業(yè)的關鍵材料。 現(xiàn)有的帶鋼鍍膜技術主要包括熱鍍鋅、電鍍鋅、電鍍錫、彩涂等鍍膜 工藝。通常還包括化學前處理和磷化、鈍化、耐指紋鍍膜等前后處理工序。 近些年來，市場對具有較好表面性能鋼板的需求不斷增長，同時，用
戶對涂鍍層產(chǎn)品的性能要求也越高越高。用戶希望涂鍍層產(chǎn)品不僅能滿足 耐腐蝕、環(huán)保相容性、優(yōu)良的可加工性和表面光學性能，還能具有裝飾性、 抗涂寫性、易清潔、耐磨損、耐指紋、隔音、抗劃痕等性能；用戶要求涂 鍍層越來越薄，綜合性能越來越好。
真空鍍膜作為表面改性和鍍膜工藝，已經(jīng)在電子、玻璃、塑料等行業(yè) 得到了廣泛的應用。真空鍍膜技術主要優(yōu)點在于其環(huán)保、良好的薄膜性能 和可鍍物質的多樣性。作為帶鋼鍍膜的環(huán)保、多功能工藝，己經(jīng)進行了很 多研發(fā)。但是這些工藝都需要在一定的真空鍍膜進行。為了達到所需的真 空度，尤其是對于鋼巻大規(guī)模生產(chǎn)所用的空對空方式，需要7 — 8級的多 級密封裝置，設備復雜， 一次性投資費用高，生產(chǎn)維護成本昂貴。因此， 帶鋼真空鍍膜技術之后的下一個發(fā)展方向是常壓等離子鍍膜技術。
隨著壓力的提高，電子的平均自由程縮短，薄膜的質量受到了影響。 盡管如此，常壓等離于鍍膜技術是對鋼鐵行業(yè)大規(guī)模鍍膜生產(chǎn)很有前景的 技術，同時與傳統(tǒng)的熱鍍、電鍍相比，其薄膜質量也可以達到令人滿意的 程度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種常壓下等離子帶鋼鍍膜的工藝，整個工藝
過程環(huán)保，可以實現(xiàn)多種鍍膜產(chǎn)品；與帶鋼真空鍍膜相比，工藝過程簡單， 投資低。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是，
一種常壓等離子帶鋼鍍膜工藝，基板巻開巻后進入常壓等離子鍍膜單 元；采用兩個電極，其中高壓電極位于鋼板的上方，用阻擋層覆蓋；運行 的基板位于高壓電極下方，基板接地或位于接地電極的上方，通過絕緣物 質阻隔；通過載氣通入有機前驅體，氣體流量大于0.01sccm;以及反應性 氣體，流量大于lsccm，在兩個電極間加上交流電或直流電，頻率在 200Hz-20KHz之間；介電層或者絕緣層阻擋了電流，產(chǎn)生介電放電；介質 阻擋放電產(chǎn)生等離子，鋼板在通過等離子區(qū)域時，進行鍍膜；基板運行速 率在2~200米/分之間。
所述的基板為冷軋鋼巻、鍍鋅板巻、不銹鋼巻或有機預涂鋼巻。 又，電極采用的交流電壓的頻率在200Hz到20kHz范圍內可調。
所述的阻擋層可以選用石英、Al203或陶瓷材料。
所述的介質阻擋放電為處于輝光放電、湯森放電或低溫等離子三種狀 態(tài)；優(yōu)選地，介質阻擋放電保持在湯森放電范圍內。
所述的反應性氣體采用氦氣、氮氣、氬氣或氧氣。其中反應性氣體的 通入量由該氣體抑制亞穩(wěn)態(tài)的能力決定。
所述的有機前驅體為HMDSO、 HMDS、 SiH4中的一種。
又，本發(fā)明所述的有機前驅體通過預熱，經(jīng)載氣運送到鍍膜系統(tǒng)，發(fā) 生反應。
本發(fā)明工藝中鍍膜后，進行加熱或冷卻。
常壓下，冷放電通常由很多的半徑在IOO微米級別的微放電組成，很 容易成弧。電流密度被限制到一定范圍內，才能產(chǎn)生等離子。介電阻擋放 電是常壓下最容易實現(xiàn)等離子的方法，其放電性質可以使輝光放電、湯森 放電、等離子放電等形式。通常通過兩個電極間的氣體層及其中間的固體 電介質層來實現(xiàn)。固體電介質可以被當作氣體間隙連接的電容。
可以通過采用兩種方法來防止常壓下產(chǎn)生微放電1)氣體預放電， 允許同時發(fā)生很多大的雪崩，導致形成大面積放電區(qū)域。2)離子和亞穩(wěn) 態(tài)原子、分子轟擊形成的陰極二次放電導致的湯森放電。只有湯森放電可
以產(chǎn)生輝光放電。
形成均勻大面積介質阻擋放電(DBD放電、Dielectric barrier discharge)
的方法和條件已經(jīng)比較清楚，同時很容易擴大化。在特定條件下，DBD可 以覆蓋鋼板幾米寬度，連續(xù)運行。
在常壓下，反應性氣體通過主要載氣通入等離子環(huán)境，形成薄膜。這 些氣體可以是氦氣、氬氣、或氮氣，用來保證均勻的放電。氣體的不同影 響了放電物理，尤其是均勻DBD放電物理。常壓輝光放電(APGD)通常 使用惰性氣體，使用氮氣來實現(xiàn)湯森放電(APTD) 。 APGD和APTD的 電極相同，但是最大離子化率明顯不同，前者為10—8，后者為10—"。同 時，在氬氣(10l3/cm3)或氮氣1013/cm3)中的放電脈沖持續(xù)的時間和亞穩(wěn) 態(tài)原子或分子的密度也不相同，因此分布的電能取決于用來穩(wěn)定放電的載 氣。頻率為10kHz時，氦氣中分布的平均電能為0.1W/cm2，氮氣中為 5W/cm2。在氦氣中，通過增加工作頻率可以提高放電中的等離子比例， 但是與氦氣相比，氮氣的成本要低很多。
通過選擇不同的載氣、可以實現(xiàn)不同的DBD放電；通過選用不同的 前驅體，可以實現(xiàn)不同的鍍膜。
本發(fā)明提出采用常壓等離子工藝進行帶鋼鍍膜?；宀牧峡梢允抢滠?鋼巻、鍍鋅板巻、不銹鋼巻、及有機預涂鋼巻等。
鋼巻開巻后進入常壓等離子鍍膜單元；通過載體和有機前驅體，通過 介質阻擋放電產(chǎn)生等離子，鋼板在通過等離子區(qū)域時，進行鍍膜；實現(xiàn)在 碳鋼(包括鍍鋅板)巻、不銹鋼巻、有機預涂層鋼巻上實現(xiàn)環(huán)保、多功能 鍍膜。
DBD介質阻擋放電在兩個電極間加上交流電，介電層或者絕緣層阻擋 了電流，就會產(chǎn)生介電放電。為了提高鍍膜速率，可以采用多組電極，每 組兩個電極。其中高壓電極位于鋼板的上方，用阻擋層覆蓋；運行的帶鋼 位于高壓電極下方，與高壓電極的間距可以調整、優(yōu)化；帶鋼接地，同時 也可以位于接地電極的上方，通過絕緣物質阻隔。
阻擋層可以選用石英、Al203或陶瓷材料。
電極采用的交流電壓的頻率在200Hz到20kHz范圍內可調。DBD可 以處于輝光放電、湯森放電或低溫等離子三種狀態(tài)。最好使其放電保持在湯森放電范圍內。
放電氣體可以采用氦氣和氮氣，最好是氮氣；同時還可以通入氧氣等
反應性氣體，其中反應性氣體的通入量由該氣體抑制亞穩(wěn)態(tài)的能力決定。
為了實現(xiàn)鍍膜，需要通入一些前驅體，HMDSO， HMDS、 SiH4等；這些 前驅體可以通過預熱單元，經(jīng)載氣運送到鍍膜系統(tǒng)，發(fā)生反應。
該工藝實現(xiàn)過程中基板的平均的氣體溫升在幾度之間，尤其適用于處 理一些對溫度敏感的基板。通過控制過程工藝參數(shù)，實現(xiàn)均勻、高速的表 面鍍膜。
為進一步提高鍍膜的性能，可以在鍍膜單元后，進行加熱或冷卻。 基板(巻)的運行速率在2到200米/分之間。 本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明可以實現(xiàn)環(huán)保的生產(chǎn)工藝，整個生產(chǎn)過程中沒有廢水、廢酸、 廢堿的排放；整條線可以實現(xiàn)真空鍍膜所能實現(xiàn)的Si02、Ti02等鍍膜產(chǎn)品、 但是不需要真空單元，投資、運行成本低。
本發(fā)明的涉及的產(chǎn)品可以包括TiOx、 SiOx等，可以作為單獨的鍍膜 產(chǎn)品或者磷化、鈍化的替代工藝。這些產(chǎn)品的應用主要有汽車、家電、建 筑、光伏、化學等行業(yè)。


圖1為本發(fā)明一實施例的示意圖； 圖2為本發(fā)明另一實施例的示意圖。
具體實施例方式
參見圖1，本發(fā)明常壓等離子帶鋼鍍膜工藝的一實施例，用于單面鍍 膜處理。
鋼巻開巻后進入常壓等離子鍍膜單元2;采用多組電極3，每組兩個
電極；其中高壓電極31位于帶鋼1的上方，用介電阻擋層4覆蓋；運行 的帶鋼1位于高壓電極31下方；帶鋼l位于接地電極32的上方，通過絕 緣物質6阻隔；在兩個電極間加上交(直)流電，介電層阻擋了電流，產(chǎn) 生介電放電；通過載氣通入有機前驅體以及反應性氣體5，氮氣、或氬氣、
或氦氣、或氧氣，流量大于lsccm，在兩個電極間加上交流電或直流電， 頻率在200Hz-20KHz之間；介電層或者絕緣層阻擋了電流，產(chǎn)生介電放電；
介質阻擋放電產(chǎn)生等離子，鋼板在通過等離子區(qū)域時，進行鍍膜。
再請參見圖2，其為本發(fā)明工藝的第二實施例，其用于雙面鍍膜處理。
鋼巻開巻后進入常壓等離子鍍膜單元2;采用多組電極3，每組兩個
電極；其中高壓電極31位于帶鋼1的上方，用介電阻擋層4覆蓋；運行 的帶鋼1位于高壓電極31下方；在兩個'電極間加上交(直)流電，介電 層阻擋了電流，產(chǎn)生介電放電；通過載氣通入有機前驅體以及反應性氣體 5，通過介質阻擋放電產(chǎn)生等離子，帶鋼1在通過等離子區(qū)域時，進行鍍膜。
實施例1
用氮氣作為載氣、HMDSO作為前驅體產(chǎn)生湯森放電實現(xiàn)帶鋼鍍Si02。 在本實施例中，選用氮氣作為載氣，DBD產(chǎn)生湯森放電，對冷軋鋼巻
鍍Si02薄膜。
在DBD段，在常壓下，通入20sccm氮氣，HMDSO的含量在20ppm， 保證[N20]/[HMDSO]的比例在24左右，以實現(xiàn)Si02薄膜。 電壓的頻率為6kHz，其放電密度在0.1 2W/cn^之間。 冷軋板以20米/分通過，可實現(xiàn)50 100nmSiO2的鍍膜產(chǎn)品。 冷軋板的寬度在300mm范圍內時，薄膜厚度波動在3%以內。其薄膜 結構如圖1所示，可見其沉積出的為Si02薄膜。
實施例2
用氮氣作為載氣、SiH4作為前驅體產(chǎn)生湯森放電實現(xiàn)帶鋼鍍Si02。 在本實施例中，選用氮氣作為載氣，DBD產(chǎn)生湯森放電，對冷軋鋼巻
鍍Si02薄膜。
在DBD段，在常壓下，以5 sccm的速度通入氮氣，SiH4的含量保持 在5ppm， 02的含量保持在15ppm。
電壓的頻率選擇1 10kHz范圍內，其放電密度在3.4W/cn^之間。距 鋼板的范圍在1 2mm范圍內可調。
冷軋板以10米/分通過，可實現(xiàn)50 100nmSiO2的鍍膜產(chǎn)品。 冷軋板的寬度在300mm范圍內時，薄膜厚度波動在5%以內。XPS分
析結果表面其表面是Si02結構，折射系數(shù)在1.15 1.4范圍內。隨著鋼板速
度的減少，其Si02的純度在不斷提高，最高到98%。
實施例3
用氮氣作為載氣、TiO[CH3COCH=C(0-)CH3]2作為前驅體產(chǎn)生湯森放 電實現(xiàn)不銹鋼巻鍍Ti02。
在本實施例中，選用氮氣作為載氣，TiO[CH3COCH=C(0-)CH3]2作為 前驅體產(chǎn)生湯森放電，對不銹鋼巻鍍7102薄膜。
在DBD段，在常壓下，以5sccm的速度通入氮氣，氧氣的含量為20 %， TiO[CH3COCH^C(0-)CH3]2的流量保持在0.02 lmol/l之間。
電壓的頻率選擇100kHz，距鋼板的范圍為lmm。
如果不銹鋼板預熱到200 300度，以10米/分通過，可實現(xiàn)20 50nm Ti02的鍍膜產(chǎn)品。鍍膜中氧元素的含量與通入氣體中氧氣的含量成正比。 隨著預熱溫度的升高，鍍層中的Ti一OH的含量逐漸減少。如果采用退火 后處理可以使沉積的T i O 2結構向銳鈦礦結構轉化。
權利要求
1. 一種常壓等離子帶鋼鍍膜工藝，基板卷開卷后進入常壓等離子鍍膜單元；采用兩個電極，其中高壓電極位于鋼板的上方，用阻擋層覆蓋；運行的基板位于高壓電極下方，基板接地或位于接地電極的上方，通過絕緣物質阻隔；通過載氣通入有機前驅體，氣體流量大于0.01sccm；以及反應性氣體，流量大于1sccm；在兩個電極間加上交流電或直流電，頻率在200Hz-20KHz之間；介電層或者絕緣層阻擋了電流，產(chǎn)生介電放電；介質阻擋放電產(chǎn)生等離子，基板在通過等離子區(qū)域時，進行鍍膜，基板運行速率在2～200米/分之間。
2. 如權利要求1所述的常壓等離子帶鋼鍍膜工藝，其特征是，所述的基 板為冷軋鋼巻、鍍鋅板巻、不銹鋼巻或有機預涂鋼巻。
3. 如權利要求1所述的常壓等離子帶鋼鍍膜工藝，其特征是，采用多組 電極，每組兩個電極。
4. 如權利要求1所述的常壓等離子帶鋼鍍膜工藝，其特征是，電極采用 的交流電壓的頻率在200Hz到20kHz范圍內可調。
5. 如權利要求1所述的常壓等離子帶鋼鍍膜工藝，其特征是，所述的阻 擋層選用石英或A1203或陶瓷材料。
6. 如權利要求1所述的常壓等離子帶鋼鍍膜工藝，其特征是，所述的介 質阻擋放電為處于輝光放電、湯森放電或低溫等離子三種狀態(tài)。
7. 如權利要求1所述的常壓等離子帶鋼鍍膜工藝，其特征是，所述的介 質阻擋放電保持在湯森放電范圍內。
8. 如權利要求1所述的常壓等離子帶鋼鍍膜工藝，其特征是，所述的反 應性氣體采用氦氣、氮氣、氬氣或氧氣。
9. 如權利要求1所述的常壓等離子帶鋼鍍膜工藝，其特征是，所述的有 機前驅體為HMDSO、 HMDS、 SiH4中的一種。
10. 如權利要求1或9所述的常壓等離子帶鋼鍍膜工藝，其特征是，所述 的有機前驅體通過預熱，經(jīng)載氣運送到鍍膜系統(tǒng)，發(fā)生反應。
11. 如權利要求1所述的常壓等離子帶鋼鍍膜工藝，其特征是，鍍膜后， 進行加熱或冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種常壓等離子帶鋼鍍膜工藝，基板卷開卷后進入常壓等離子鍍膜單元；采用兩個電極，其中高壓電極位于鋼板的上方，用阻擋層覆蓋；運行的基板位于高壓電極下方，基板接地或位于接地電極的上方，通過絕緣物質阻隔；通過通入有機前驅體及其載氣，氣體流量大于0.01sccm以及反應性氣體，流量大于1sccm，在兩個電極間加上交流電或直流電，頻率在200Hz-20KHz之間；介電層或者絕緣層阻擋了電流，產(chǎn)生介電放電；介質阻擋放電產(chǎn)生等離子，鋼板在通過等離子區(qū)域時，進行鍍膜。整個工藝過程環(huán)保，可以實現(xiàn)多種鍍膜產(chǎn)品；與帶鋼真空鍍膜相比，工藝過程簡單，投資低。
文檔編號C23C16/52GK101376968SQ20071004528
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月27日 優(yōu)先權日2007年8月27日
發(fā)明者傅建欽, 健 張, 楊曉萍, 楊立紅 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司