專利名稱：涂敷有金屬合金層的金屬絲的制造方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶涂層鋼絲的制造方法和設(shè)備，該帶涂層鋼絲適于強(qiáng)化諸如用于制造輪胎、導(dǎo)管、傳送帶、傳動帶和電纜的半成品的彈性體材料。
特別地，本發(fā)明涉及包含鋼芯和由金屬合金材料制成的涂層的類型的帶涂層鋼絲的制造方法和設(shè)備。
本發(fā)明還涉及包含多根上述帶涂層鋼絲的金屬繩的制造方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
一般地，輪胎制造方法使用嵌入彈性體材料中以形成例如輪胎的胎體層或帶層的帶涂層鋼絲或鋼繩(后者包含搓合在一起的多根鋼絲)。
鋼芯一般具有金屬涂層，該金屬涂層用于實現(xiàn)為鋼絲提供適當(dāng)?shù)哪臀g性和保證其與硫化的彈性體材料有良好的粘附性能的雙重功能。
例如，以申請人名義的文獻(xiàn)EP-A-0669409、EP-A-0694631和EP-A-0949356公開了制造帶涂層鋼絲的方法，所述方法包括在鋼芯上電化學(xué)淀積金屬涂層的步驟，所述金屬涂層由至少兩種金屬成分的合金組成。
在通過電化學(xué)淀積向鋼絲上提供黃銅質(zhì)涂層的情況下，該方法基本上包括以下步驟-兩個不同的電解槽中的電解淀積步驟，其中依次實施鋼芯的鍍銅和鍍鋅；-使得鋅擴(kuò)散進(jìn)入銅中以形成黃銅合金的熱處理步驟；-用于去除由于熱處理步驟而在涂層表面上形成的氧化鋅的酸溶液中的酸洗步驟，該酸典型為磷酸；和
-用于獲得希望最終直徑的鍍黃銅金屬絲的拉拔步驟。
這種類型的常規(guī)方法雖然基本上適于目的，但仍然具有尚未得到克服的一系列缺點(diǎn)，例如，步驟數(shù)量過多、上述擴(kuò)散步驟的持續(xù)時間過長、由于所述擴(kuò)散步驟導(dǎo)致金屬絲的機(jī)械抗力降低(例如，帶涂層鋼絲的抗拉強(qiáng)度降低，這種降低甚至達(dá)到該材料的初始抗拉強(qiáng)度的5％)、形成不希望有的黃銅涂層中的銅的濃度梯度(特別是沿金屬絲的徑向達(dá)到等于約±3重量％的值，與鋼之間的界面上的區(qū)域更富含銅)、黃銅層的厚度不規(guī)則、形成具有體心立方結(jié)構(gòu)的β黃銅(使得拉拔步驟變得極難并導(dǎo)致拉模的過度磨損)以及存在沒有被完全涂敷和/或包含不可接受量的雜質(zhì)的金屬絲區(qū)域(諸如，氧化物不僅源于上述酸洗步驟中的酸、而且源于銅電鍍液中的氧化物以及源于在拉拔步驟中常用的潤滑劑中的氧化物)。
可用于向金屬芯線提供金屬涂層的另一淀積技術(shù)是濺射技術(shù)。
濺射技術(shù)基本構(gòu)成為使用能量典型等于約200～500eV的載氣離子轟擊一個或多個陰極(即，由要被淀積的材料制成的靶)，該載氣離子是在通過在陰極和陽極(即要涂敷的金屬芯)之間施加電壓產(chǎn)生的電場的作用下獲得的。更具體地，載氣的離子向著陰極加速，從而基本上導(dǎo)致一系列碰撞，隨之出現(xiàn)朝向陽極的陰極原子發(fā)射，自由電子也向著該陽極加速。自由電子通過碰撞使載氣的其它原子離子化，由此，只要供給足夠的能量，該過程就不斷重復(fù)并自我保持。
美國專利3979273公開了為了保護(hù)不連續(xù)金屬物品免受氧化和腐蝕將金屬涂層淀積到該離散金屬物品上的濺射技術(shù)的使用。該文獻(xiàn)公開的方法包括在濺射單元中用第一金屬和第二金屬涂敷旋轉(zhuǎn)的不連續(xù)金屬基底(substrate)的步驟，這兩個步驟是同時或依次通過濺射分別由第一金屬和第二金屬制成的兩個分立陰極實施的。兩個陰極由不同的金屬材料制成，并與各自的電源連接，使得只要以同時的方式執(zhí)行濺射，就可形成由二元合金制成的涂層。由于待涂敷的金屬物品的不連續(xù)特性，因此，為了能夠用待涂敷的新基底代替涂敷過的物品，這種方法必須是不連續(xù)的并且需要中斷相應(yīng)的制造過程。結(jié)果，由于待涂敷物品的特性，該涂敷方法的生產(chǎn)率受到內(nèi)在的限制。
美國專利4252626公開了通過濺射技術(shù)在具有復(fù)雜幾何形狀的基底物品上淀積相對厚的涂層材料的方法。該方法包括以下步驟提供包含給定成分或兩種不同成分的主陰極，即中空圓筒形陰極和該中空陰極內(nèi)的接線柱陰極(post cathode)由此在其間形成環(huán)形濺射室的裝置以及位于環(huán)形濺射室內(nèi)的成分與主陰極成分不同的至少一個輔助陰極；通過控制由輔助陰極電源施加的電位，以獨(dú)立于主陰極濺射量的方式改變從輔助陰極濺射的材料量。由于待涂敷的金屬物品的不連續(xù)性，因此該方法必須是不連續(xù)的并具有內(nèi)在受限的生產(chǎn)率。
文獻(xiàn)EP-A-0241721公開了通過濺射技術(shù)連續(xù)涂敷小直徑(小于30μm)金屬絲的方法。根據(jù)該方法，通過磁控管濺射技術(shù)涂敷金屬芯線。特別地，該方法包括以下步驟用與芯相同類型的金屬層-即，由與芯相同的金屬元素制成或由與芯的金屬元素共有至少一種成分的合金金屬材料制成-涂敷金屬芯線；和拉拔帶涂層芯。通過具有與涂層相同的成分的濺射陰極實施涂敷步驟。換句話說，當(dāng)要將由金屬合金材料制成的層淀積到金屬芯線上時，陰極由具有希望成分的這種合金制成。結(jié)果，不管什么時候需要改變涂層的合金組成，都必須更換陰極，從而中斷制造過程并增加制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
通常，市場需要其金屬涂層適合于包埋金屬線的不同彈性體化合物的帶涂層鋼絲(該金屬涂層淀積在鋼芯上并且一般由金屬合金材料制成)例如用于輪胎制造方法的帶涂層鋼絲。
因此，要求帶涂層鋼絲的制造商制造(關(guān)于希望的金屬合金的各種成分的百分比)必須改變涂層組成以滿足不同彈性體化合物的要求的涂層。例如，在考慮涂敷有黃銅層的鋼芯的情況下，一般要求鋼絲制造商提供涂層銅含量為63～67重量％的鋼芯，該百分比取決于要與鋼絲結(jié)合的彈性體化合物的特定化學(xué)反應(yīng)性。
申請人已注意到，根據(jù)本領(lǐng)域中公知的金屬絲制造方法，能夠通過中斷制造方法并改變淀積條件，例如通過更換電化學(xué)淀積技術(shù)中的電解液，改變金屬涂層的組成(例如，從涂敷具有63重量％的銅含量的黃銅層的鋼絲變?yōu)橥糠缶哂?7重量％的銅含量的黃銅層的鋼絲)。
因此，申請人已認(rèn)識到，必須提供允許連續(xù)即不需要中斷制造過程并以極靈活的方式制造帶涂層鋼絲的方法和裝置，以迅速滿足對待淀積的合金組成的不斷變化的市場需求。
在以下的說明和隨后的權(quán)利要求書中，表達(dá)方式“連續(xù)”用于表示在制造方法的各步驟之間不存在半成品的中間貯存，以在單個生產(chǎn)線中連續(xù)制造具有不定長度的帶涂層鋼絲，或者，在單個生產(chǎn)線中將多根這種帶涂層鋼絲搓合之后，連續(xù)制造不定長度的鋼繩。
申請人已發(fā)現(xiàn)，可以通過以下步驟實現(xiàn)上述目標(biāo)使用由構(gòu)成待淀積到鋼芯上的涂層的希望合金的第一金屬成分和第二金屬成分分別制成的至少一個第一陰極和至少一個第二陰極進(jìn)行共濺射，其中將鋼芯連續(xù)傳輸?shù)綖R射單元中，并調(diào)整提供給第一和第二陰極中的至少一個的功率以獲得涂層金屬合金的希望組成。
在本說明書中以及在后面的權(quán)利要求書中，術(shù)語“共濺射”用于表示至少兩個陰極(每一個陰極由不同的金屬成分組成)的同時濺射操作，以將由這至少兩種金屬成分組成的金屬合金制成的涂層淀積到鋼芯上。
在本說明書中以及在后面的權(quán)利要求書中，術(shù)語“金屬成分”用于表示單一金屬元素或不同金屬元素的組合(例如合金)。
在必須將三元合金淀積到鋼芯上的情況下，設(shè)置三個不同的陰極(每一個由待淀積合金的不同金屬成分制成)，每個陰極與不同的發(fā)電裝置(power generation)電連接，這些發(fā)電裝置中的至少一個在功率上可調(diào)，使得可以調(diào)節(jié)至少一個陰極的功率設(shè)置以便獲得所述合金的至少一種金屬成分的希望百分比(因此，可以導(dǎo)出另外兩種金屬成分的百分比)。如果每個發(fā)電裝置都是可調(diào)的，那么可有利地實現(xiàn)合金各種金屬成分的希望百分比。
作為替代方案，所述至少兩個陰極中的一個(例如，第一陰極)是由待淀積的三元合金的的前兩種金屬成分組成的二元合金(例如，黃銅)制成，并且，所述至少兩個陰極中的另一個陰極(例如，第二陰極)是由三元合金的第三金屬成分(例如，鈷或錫)制成，在這種情況下，可關(guān)于第一陰極的合金材料與第二陰極的金屬成分之間的比值來調(diào)整涂層的組成。
根據(jù)其第一方面，本發(fā)明涉及用于制造帶涂層鋼絲的方法，所述鋼絲包含鋼芯和涂層，該涂層由金屬合金材料制成，該材料具有包含至少一種第一金屬成分和至少一種第二金屬成分的組成，該方法包括以下步驟a)以基本上連續(xù)的方式沿預(yù)定的路徑傳輸鋼芯；b)由所述第一金屬成分制成的至少一個第一供電陰極和由所述第二金屬成分制成的至少一個第二供電陰極向沿所述路徑移動的鋼芯上進(jìn)行共濺射，以獲得由第一種組成的金屬合金材料制成的涂層；和c)調(diào)整提供給所述第一和第二陰極中的至少一個的功率，以獲得由第二種組成的金屬合金材料制成的涂層。
由于提供這些步驟，因此能夠有利地以連續(xù)方式制造包含鋼芯和由具有所述第二組成的金屬合金材料制成的涂層的帶涂層鋼絲，該第二組成與所述第一組成不同。事實上，為了滿足市場需求，不論什么時候要求從第一組成到第二組成改變形成涂層的合金的組成，作為要獲得的期望組成的函數(shù)改變提供給至少一個陰極的功率就足夠了。事實上，適當(dāng)?shù)馗淖兲峁┙o至少一個陰極的功率導(dǎo)致濺射到鋼芯上的各種金屬成分的量的相應(yīng)變化。例如，通過簡單地適當(dāng)改變提供給陰極的相對功率，例如，通過改變提供給由第一金屬成分制成的第一陰極的功率，能夠有利地從采用涂敷有由上述第一組成制成的涂層的鋼芯的第一批制造開始轉(zhuǎn)到采用涂敷有由上述第二組成制成的涂層的鋼芯的第二批制造。
并且，由于金屬涂層是通過根據(jù)等離子激發(fā)的蒸發(fā)作用的濺射技術(shù)淀積的，因此能夠有利地獲得涂層均勻且一致的帶涂層鋼絲。換句話說，能夠有利地獲得淀積金屬量沿金屬絲的軸向和/或徑向的變化最小化的帶涂層鋼絲。沿金屬絲的軸向和/或徑向形成的待淀積合金的各種成分的濃度梯度也有利地減小。為了提供具有希望的耐蝕性的鋼絲，涂層的這種均勻性和一致性特別重要。
并且，如本說明書下文中更詳細(xì)的說明，濺射淀積技術(shù)使得能夠獲得具有可在隨后的拉拔步驟中方便地變形的晶體結(jié)構(gòu)的涂層。因此，例如，如果金屬涂層包含黃銅，那么濺射淀積技術(shù)使得能夠獲得具有由α黃銅(面心立方)構(gòu)成的晶體結(jié)構(gòu)的黃銅層。α黃銅的可變形性有利于隨后要實施的拉拔步驟，并確保大大減少所述拉拔步驟中使用的拉模的磨損。
由于提供濺射淀積技術(shù)，因此，相對于通過現(xiàn)有技術(shù)的電解淀積方法制造的金屬絲中的量，存在于涂層中的諸如氧化物的雜質(zhì)的量有利地大大減少。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個優(yōu)選實施方案，通過獨(dú)立地調(diào)整提供給第一和第二陰極中每一個的功率，實施上述調(diào)整提供給第一和第二陰極中的至少一個的功率的步驟，以獲得上述希望的金屬合金組成。
由于提供這種步驟，因此，能夠有利地以連續(xù)方式制造包含鋼芯和由實際上具有任何組成的金屬合金材料制成的涂層的帶涂層鋼絲。事實上，適當(dāng)改變提供給各個陰極的功率，將導(dǎo)致濺射到鋼芯上的各種金屬成分的量的相應(yīng)變化。
優(yōu)選以約10～80m/min的范圍內(nèi)的速度實施傳輸步驟。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個優(yōu)選實施方案，沿基本上呈直線的路徑傳輸鋼芯，這是一種簡單且經(jīng)濟(jì)的方式。舉例來說，并且，正如由以下給出的本發(fā)明裝置的優(yōu)選實施方案的說明容易看出，通過向濺射單元提供分別配置在濺射單元的相反兩側(cè)的入口和出口，以及適于沿規(guī)定方向在濺射單元的所述入口和出口之間傳輸鋼芯的至少一個傳輸裝置，可以獲得基本上呈直線的路徑。
優(yōu)選地，濺射單元內(nèi)部的上述路徑包含至少一段向前的長度和至少一段向后的長度，該向前的長度和向后的長度(限定濺射單元內(nèi)的多通路路徑)相互隔開預(yù)定的距離。在這種情況下，濺射單元可具有分別設(shè)置在濺射單元的同一側(cè)或相反側(cè)的入口和出口。
優(yōu)選地，依照一定路徑傳輸鋼芯以便在濺射單元內(nèi)形成金屬絲束。因此，根據(jù)所述實施方案，可以多次將涂層濺射到鋼芯上，并且，可有利地增加鋼芯在濺射單元中的停留時間。優(yōu)選地，金屬絲束位于水平面上。
在以下的說明中，術(shù)語“金屬絲束”用于表示濺射單元內(nèi)鋼芯的連續(xù)向前和向后的長度的組合，所述長度(每段長度優(yōu)選與其它長度平行并通過在淀積室的各側(cè)反轉(zhuǎn)鋼芯的路徑獲得)形成通過金屬成分共濺射的一束金屬絲長度。換句話說，根據(jù)基本為蛇形形狀的路徑傳輸鋼芯。
作為要形成的涂層的預(yù)定厚度的函數(shù)，方便地選擇向前和向后長度的數(shù)量，即，鋼芯在濺射單元內(nèi)經(jīng)過的通路的數(shù)量。
并且，考慮存在所述距離的最小值，在該最小值以下來自第一陰極和來自第二陰極的不同濺射材料束之間可能存在不希望有的干擾，作為濺射單元尺寸的函數(shù)選擇兩個相鄰長度之間的距離。例如，在該距離大大減小的情況下，濺射的金屬成分可能無法均勻地到達(dá)鋼芯表面的一些區(qū)域，由此對涂層的品質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響。
根據(jù)金屬絲束的優(yōu)選結(jié)構(gòu)，該金屬絲束位于水平面上并包含與濺射單元的縱向延伸方向基本上平行的金屬絲長度。例如，在縱向延伸為約5m、寬度為約50～60cm的濺射單元中，這個單元內(nèi)的鋼芯的通路數(shù)量優(yōu)選為15～65，相鄰長度之間的距離優(yōu)選為約0.2～0.8cm。根據(jù)濺射單元中的鋼芯的這種路徑，根據(jù)提供給陰極的功率可以在約1.0～3.0min的淀積時間內(nèi)將厚度為約0.5～2.0μm的涂層淀積到鋼芯上。
根據(jù)金屬絲束的替代性結(jié)構(gòu)，該金屬絲束優(yōu)選位于水平面上并包含可與濺射單元的縱向延伸方向基本上垂直的金屬絲長度。
根據(jù)金屬絲束的另一替代性結(jié)構(gòu)，該金屬絲束可位于垂直面上，當(dāng)濺射單元以基本上垂直的方式延伸時該結(jié)構(gòu)特別合適。
為了實施上述共濺射步驟，可以使用包括至少一個真空淀積室的常規(guī)濺射單元，該真空淀積室具有真空泵(適于產(chǎn)生預(yù)定的壓力)和用于供給載氣的裝置。
優(yōu)選地，所述預(yù)定壓力為約10-3～10-1毫巴。更優(yōu)選地，所述預(yù)定壓力為約10-2毫巴。
優(yōu)選通過對設(shè)置在至少一個真空淀積室中并位于會聚面上的至少一個第一陰極和至少一個第二陰極進(jìn)行濺射實施共濺射步驟，使得分別沿第一和第二會聚濺射方向濺射所述第一金屬成分和第二金屬成分。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，將至少一個第一陰極和至少一個第二陰極配置在待涂敷的金屬絲束限定的水平面以下，該金屬絲束構(gòu)成濺射單元的陽極。根據(jù)另一優(yōu)選實施方案，將至少一個第一陰極和至少一個第二陰極配置在待涂敷的金屬絲束限定的水平面以上。根據(jù)另一優(yōu)選實施方案，將至少兩個第一陰極和至少兩個第二陰極配置在待涂敷的金屬絲束限定的水平面以上和以下。在這種情況下，如果首先的兩個陰極由第一金屬成分制成，而其次的兩個陰極由第二金屬成分制成，那么由第一金屬成分制成的陰極優(yōu)選與由第二金屬成分制成的陰極交替配置，以便有利地確保形成由兩種金屬成分的合金形成均勻的涂層。
優(yōu)選地，陰極采取矩形或圓形板的形式。
在以下的說明書中和隨后的權(quán)利要求書中，術(shù)語“濺射方向”用于表示從陰極濺射到鋼芯上的材料的主方向。對于具有板狀形式的陰極，濺射方向基本上與陰極平面的垂直方向一致。
由于從至少一個第一陰極以及從至少一個第二陰極濺射的所述金屬成分的濺射方向基本上在金屬絲束上會聚和相交，因此可有利地確保在鋼芯上形成由至少一種第一金屬成分和至少一種第二金屬成分的合金制成的涂層。事實上，根據(jù)會聚面的陰極配置可有利地優(yōu)化朝向鋼芯的濺射金屬成分的方向，結(jié)果，可增加涂敷過程的有效性并增加合金在芯上的形成和一致性。
優(yōu)選地，上述第一和第二會聚濺射方向相互之間限定約60～120°、更優(yōu)選約80～100°的角度。
更優(yōu)選地，為了提高該方法的生產(chǎn)率，通過以下步驟實施共濺射步驟設(shè)置由第一金屬成分制成的至少兩個第一陰極和由第二金屬成分制成的至少兩個第二陰極，從而形成各對陰極，每一對包含不同的金屬成分，從而使每一對的陰極位于金屬絲束相反側(cè)；分別沿第一和第二會聚濺射方向?qū)⑺龅谝缓偷诙饘俪煞譃R射到鋼芯上。
更優(yōu)選地，為了進(jìn)一步提高該方法的生產(chǎn)率，通過以下步驟實施共濺射步驟沿金屬絲束縱向設(shè)置多組陰極，其中每一組由優(yōu)選如上所述配置的兩對第一和第二陰極組成。優(yōu)選地，每組陰極由根據(jù)完全包圍金屬絲束的基本上呈四邊形結(jié)構(gòu)配置的四個陰極組成。
根據(jù)所述優(yōu)選實施方案，如果必須淀積二元合金，那么每組陰極優(yōu)選包含根據(jù)基本上呈四邊形結(jié)構(gòu)配置的四個陰極，其中，兩個陰極由第一金屬成分制成，兩個陰極由第二金屬成分制成，第一金屬成分的陰極和第二金屬成分的陰極構(gòu)成所述四邊形的相對邊。因此，分別由第一和第二金屬成分制成的兩個陰極位于金屬絲束之上，分別由第一和第二金屬成分制成的兩個陰極位于金屬絲束之下，從而使兩個不同的濺射束(每個濺射束由不同的金屬成分制成)朝向鋼芯的每一側(cè)。
本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方案規(guī)定在濺射單元內(nèi)在傳輸(沿預(yù)定的傳輸方向)的多個鋼芯上以同時的方式實施共濺射步驟。根據(jù)所述實施方案，可有利地進(jìn)一步提高該方法的生產(chǎn)率。
根據(jù)另一優(yōu)選實施方案，本發(fā)明的方法包括以下步驟設(shè)置連續(xù)配置的第一真空淀積室和第二真空淀積室；通過傳輸待涂敷的鋼芯以使其連續(xù)穿過所述真空淀積室，在所述真空淀積室的至少一個中共濺射至少兩種金屬成分。
根據(jù)所述實施方案，僅在一個真空淀積室中實施共濺射步驟，而設(shè)置第二個真空淀積室為備用模式。這樣，當(dāng)操作室的陰極被完全消耗掉且必須提供新的陰極時，由于可在將第一室設(shè)為備用模式的同時切換為操作模式的第二室中執(zhí)行共濺射步驟，因此不需要中斷制造方法。這有利地導(dǎo)致本發(fā)明方法的生產(chǎn)率增加。通常，操作中的真空淀積室處于適于實施這種共濺射步驟的第一預(yù)定壓力中。
舉例來說，本發(fā)明的方法可以在鋼芯上淀積例如由黃銅制成的具有約幾個微米、優(yōu)選約0.5～3.0μm的適當(dāng)厚度的涂層。
優(yōu)選地，本發(fā)明的方法還包括以下步驟將鋼芯傳輸?shù)匠惺鼙人龅谝活A(yù)定壓力高的第二預(yù)定壓力的至少一個預(yù)處理室中，將所述至少一個預(yù)處理室配置在所述至少一個真空室的上游。
以這種方式，可有利地在至少兩個隨后的步驟中即以分步方式實現(xiàn)希望的真空條件，從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)看，相對于以單一步驟實現(xiàn)真空條件，這樣做更簡單且更方便。
并且，提供至少一個預(yù)處理室可有利地保護(hù)真空淀積室(其中實施共濺射步驟)免受灰塵和諸如氧氣的一般外來因素的污染，這些污染對涂層形成的有效性以及構(gòu)成涂層的合金的純度有害。
可通過將化學(xué)惰性的氣體的氣流引入至少一個預(yù)處理室中，簡單地實現(xiàn)這些有利的效果。優(yōu)選地，該至少一個預(yù)處理室包含與在至少一個真空淀積室中使用的載氣相同的氣體，由此可以為預(yù)處理室和真空淀積室使用相同類型的氣體供應(yīng)(supply)。
更優(yōu)選地，上述化學(xué)惰性的氣體是從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)看較為方便的氬氣，從而導(dǎo)致制造成本的降低。
優(yōu)選地，在該至少一個真空淀積室的下游設(shè)置承受上述第二預(yù)定壓力的另一預(yù)處理室。
優(yōu)選地，所述第二預(yù)定壓力為約0.2～10毫巴，更優(yōu)選為約0.5～5毫巴，最優(yōu)選為約0.5～1.0毫巴的量級。
根據(jù)其另一優(yōu)選實施方案，本發(fā)明的方法包括以下步驟提供如上所述連續(xù)配置的第一真空淀積室和第二真空淀積室，該第一真空淀積室如上所述位于第一預(yù)處理室的下游，該第二真空淀積室位于將兩個真空淀積室分開的第二預(yù)處理室的下游，第三預(yù)處理室位于第二真空淀積室的下游。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個優(yōu)選實施方案，通過包含至少一個第一陰極和至少一個第二陰極的離子轟擊的磁控管濺射技術(shù)實施上述共濺射步驟，該至少一個第一陰極由所述至少一種第一金屬成分制成，該至少一個第二陰極由所述至少一種第二金屬成分制成。
由于由磁控管產(chǎn)生的磁場對帶電粒子施加的影響，特別是由于陰極附近的電子的限制作用以及等離子體密度的增加，淀積速率可有利地增加。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過使該至少一個第一陰極和至少一個第二陰極與各個可獨(dú)立調(diào)節(jié)的第一和第二電源電連接對其進(jìn)行供電。這樣，能夠有利地單獨(dú)調(diào)節(jié)提供給各個陰極的功率，由此調(diào)節(jié)濺射到鋼芯上的金屬成分的量，結(jié)果，可有利地改變淀積形成涂層的合金的組成。
優(yōu)選地，該金屬涂層是二元、三元或四元合金。
優(yōu)選地，該涂層由與形成芯的鋼不同的合金制成。
優(yōu)選地，該涂層的金屬成分選自銅、鋅、錳、鈷、錫、鉬、鐵、鎳、鋁以及它們的合金。
更優(yōu)選地，第一陰極由銅制成，第二陰極由鋅制成，從而金屬涂層(通過共濺射技術(shù)獲得)由黃銅制成。
根據(jù)該優(yōu)選實施方案，由黃銅制成的涂層具有約60～72重量％、更優(yōu)選約64～67重量％的銅含量。
如果銅的百分比小于60重量％，那么會形成不希望有的β黃銅，而如果銅的百分比大于72重量％，那么金屬絲與金屬絲要嵌入的彈性體材料會過度反應(yīng)。金屬絲與彈性體材料的這種反應(yīng)性導(dǎo)致在金屬絲上形成硫化物的厚層，該硫化物導(dǎo)致不希望有的金屬絲品質(zhì)變差。因此，在銅組成值的上述優(yōu)選范圍中，可有利地避免β黃銅的形成，同時使金屬絲與彈性體材料的反應(yīng)性保持在可接受的水平。
為了獲得具有上面給出的優(yōu)選組成的黃銅涂層，需要向銅陰極提供的功率優(yōu)選為約3～10kW，而提供給鋅陰極的功率優(yōu)選為約1～6kW，所述值基本上取決于陰極和鋼芯之間的距離。
作為替代方案，該涂層由選自Zn-Co、Zn-Mn、Zn-Fe、Zn-Al、Cu-Mn、Cu-Sn、Cu-Zn-Mn、Cu-Zn-Co、Cu-Zn-Sn、Zn-Co-Mo、Zn-Fe-Mo、Zn-Ni-Mo的合金制成。
Zn-Co合金的優(yōu)選組成是99％Zn、1％Co；Zn-Mn合金的優(yōu)選組成是98％Zn、2％Mn；Zn-Fe合金的優(yōu)選組成是95％Zn、5％Fe；Zn-Al合金的優(yōu)選組成是95％Zn、5％Al；Cu-Mn合金的優(yōu)選組成是80％Cu、20％Mn；Cu-Sn合金的優(yōu)選組成是95％Cu、5％Sn；Cu-Zn-Mn合金的優(yōu)選組成是63％Cu、34％Zn、3％Mn；Cu-Zn-Co合金的優(yōu)選組成是63％Cu、34％Zn、3％Co；Cu-Zn-Sn合金的優(yōu)選組成是67％Cu、30％Zn、3％Sn；Zn-Co-Mo合金的優(yōu)選組成是99％Zn、0.5％Co、0.5％Mo；Zn-Fe-Mo合金的優(yōu)選組成是99％Zn、0.5％Fe、0.5％Mo；Zn-Ni-Mo合金的優(yōu)選組成是99％Zn、0.5％Ni、0.5％Mo。
特別優(yōu)選的合金是向鋼絲提供較大的耐蝕性的Zn-Co、Zn-Mn和Cu-Mn。
優(yōu)選地，Zn-Co合金中的Co含量為0.3～2重量％。優(yōu)選地，提供給鈷陰極的功率為約0.04～0.31kW，而提供給鋅陰極的功率為約8.82～8.97kW。
優(yōu)選地，Zn-Mn合金中的Mn含量為0.3～5重量％。優(yōu)選地，提供給錳陰極的功率為約0.05～0.82kW，而提供給鋅陰極的功率為約8.55～8.97kW。
優(yōu)選地，Cu-Mn合金中的Mn含量為10～30重量％。優(yōu)選地，提供給錳陰極的功率為約1.65～4.95kW，而提供給銅陰極的功率為約6.30～8.10kW。
為了獲得三元合金或包含多于三種金屬成分的合金，第一陰極或第二陰極可任選地包含另一種金屬成分。舉例來說，第一陰極可由銅制成，第二陰極可包含鋅和選自包含錳、鈷、錫、鉬、鐵和它們的合金的組的金屬。
作為替代方案，為了獲得由三元合金制成的涂層，除了分別由第一金屬成分(例如，銅)和第二金屬成分(例如，鋅)制成的所述第一陰極和所述第二陰極外，還提供由優(yōu)選選自上述組的第三金屬成分制成的第三陰極。
三個陰極的組的優(yōu)選配置在于以這樣一種方式定位三個陰極，即，該方式使得沿例如根據(jù)圍繞鋼芯的三角形結(jié)構(gòu)、更優(yōu)選等邊三角形結(jié)構(gòu)兩兩會聚的各個濺射方向?qū)⒌谝?、第二和第三金屬成分濺射到鋼芯上。在這種情況下，還在濺射單元中設(shè)置多個組(每個組由三個陰極組成)。
例如，在本發(fā)明的方法用于獲得由組成為63重量％Cu、34重量％Zn和3重量％Mn的三元Cu-Zn-Mn合金制成的涂層的情況下，可有利地根據(jù)圍繞鋼芯的三角形結(jié)構(gòu)配置Cu、Zn和Mn陰極，并且根據(jù)陰極和鋼芯之間的距離，提供給銅陰極的功率優(yōu)選為5.7～6.8kW，提供給鋅陰極的功率優(yōu)選為3.1～3.7kW，提供給錳陰極的功率優(yōu)選為0.5～0.6kW。
優(yōu)選地，金屬涂層具有預(yù)定量的磷，以便在不影響涂層與帶涂層金屬絲要嵌入的彈性體材料的粘附性的情況下有利地提高鋼絲的可拉拔性。例如可以通過在陰極中的至少一個中包含預(yù)定量的磷實現(xiàn)這種效果。
優(yōu)選地，相對于涂層金屬的總重量，涂層材料包含約1～3重量％、更優(yōu)選約2重量％的磷。
有利的是，通過在待淀積到鋼芯上的金屬成分中包含這種優(yōu)選量的磷，共濺射步驟使得能夠以均勻方式淀積磷含量正好相同(即，1～3％)的金屬層。因此，由于磷均勻地存在于涂層的整個厚度中，因此，與設(shè)定的拉拔程度無關(guān)，隨后的拉拔步驟由于磷的潤滑作用而得到改善。
當(dāng)涂層包含諸如Zn-Mn合金的具有較差可拉拔性的合金時，這種實施方案是特別優(yōu)選的。
根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施方案，鋼芯具有預(yù)定的初始直徑，并且，實施共濺射步驟，直到達(dá)到涂層的預(yù)定初始厚度，該方法還包括拉拔帶涂層鋼芯直到鋼芯具有比所述預(yù)定初始直徑小的最終直徑且涂層具有比所述預(yù)定初始厚度薄的最終厚度的步驟。
在以下的說明書中以及在隨后的權(quán)利要求書中，表達(dá)方式“芯的初始直徑”和“涂層的初始厚度”分別用于表示實施拉拔步驟之前的鋼芯的直徑和涂層的厚度。
在以下的說明書中以及在隨后的權(quán)利要求書中，表達(dá)方式“芯的最終直徑”和“涂層的最終厚度”分別用于表示實施拉拔步驟之后的鋼芯的直徑和涂層的厚度。
優(yōu)選地，在包含預(yù)定量潤滑劑例如常規(guī)潤滑油本身的乳濁液浴中實施拉拔步驟，以便有利地提高金屬絲的可拉拔性。
更優(yōu)選地，潤滑劑選自含磷化合物(例如，有機(jī)磷酸酯)、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“極限壓力潤滑劑”，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。
優(yōu)選地，通過本身是常規(guī)類型的由碳化鎢或金剛石制成的拉模實施拉拔帶涂層金屬絲的步驟。
并且，由于涂層是通過濺射淀積的，因此，相對于形成涂層的金屬的重量，所述涂層中的所述潤滑劑量的百分比變化沿金屬絲的徑向小于約1重量％，更優(yōu)選為約0.01～1重量％。
以類似的方式，相對于形成涂層的金屬的重量，所述涂層中的所述潤滑劑量的百分比變化沿金屬絲的軸向小于約1重量％，更優(yōu)選為約0.01～1重量％。
優(yōu)選地，以這種一種方式實施拉拔步驟，即，該方式要獲得相對于其初始直徑具有縮減約75～95％、優(yōu)選約80～90％、更優(yōu)選約85％的最終直徑的鋼芯。
根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方案，以這種一種方式實施拉拔步驟，即，該方式要獲得相對于其初始厚度具有縮減約75～95％、優(yōu)選約78～88％、更優(yōu)選約83％的最終厚度的涂層。
優(yōu)選地，鋼芯的初始直徑為約0.85～3.00mm，并且，以獲得具有0.10～0.50mm的最終直徑的鋼芯的方式實施拉拔步驟。
優(yōu)選地，涂層的初始厚度為約0.5～2μm，并且，以獲得具有80～350nm的最終厚度的金屬涂層的方式實施拉拔步驟。
優(yōu)選地，涂層的初始厚度為至少約0.5μm。更優(yōu)選地，涂層的初始厚度為約0.5～2μm。
以這種方式，獲得對于帶涂層鋼芯的拉拔步驟適當(dāng)?shù)某跏己穸戎档耐繉樱@使得能夠獲得希望的芯線最終直徑值并有利地增加金屬絲的機(jī)械抗力的性能。舉例來說，具有等于約1200MPa的初始破斷載荷的金屬絲(即，在帶涂層芯的拉拔步驟之前)可達(dá)到(由于帶涂層芯的拉拔步驟)約3200MPa的最終破斷載荷。
優(yōu)選地，芯的初始直徑為約0.85～3.00mm，并且，以獲得具有0.10～0.50mm的最終直徑的芯的方式實施拉拔步驟。
優(yōu)選地，涂層的初始厚度為約0.5～2μm，并且，以獲得具有80～350nm的最終厚度的涂層的方式實施拉拔步驟。
可以實施旨在通過使用帶涂層芯作為初始產(chǎn)品制造金屬繩作為最終產(chǎn)品的附加制造方法。例如，為了制造包含多根帶涂層鋼絲的金屬繩，可以在對帶涂層芯實施拉拔步驟之后提供所述多根帶涂層鋼絲的搓合步驟。
本發(fā)明的方法還可任選地包括一個或更多個旨在從線坯(wirerod)開始獲得預(yù)定直徑的鋼芯的預(yù)備步驟。
例如，可以對存在于線坯上的氧化物實施機(jī)械去除，這在本領(lǐng)域中被稱為術(shù)語“去氧化皮”。實施去氧化皮步驟以使線坯平滑，即基本上消除其粗糙性。以這種方式，可有利地消除任何表面粗糙，該表面粗糙在由鋼制成的棒材的情況下可具有典型約1.5～2.0μm的明顯深度，由此提高連續(xù)的淀積步驟中的涂層與芯的粘附性以及淀積步驟的有效性。去氧化皮步驟后面優(yōu)選是線坯的干法拉拔，該干法拉拔結(jié)束時獲得具有預(yù)定初始直徑的鋼芯。
在這些預(yù)備步驟之后，根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方案，鋼芯旨在去除可能存在于鋼芯表面上的氧化物的表面處理。該表面處理優(yōu)選包含酸洗、清洗以及任選地使鋼芯變干的步驟。通過將鋼芯引入諸如包含硫酸的浴槽的酸洗槽中，實施酸洗步驟。依次地，通過水對酸洗的芯進(jìn)行清洗，并任選地優(yōu)選(例如，在約70～90℃的溫度下，更優(yōu)選在約80℃的溫度下)通過由鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的熱空氣使其變干。
作為酸洗步驟的替代方案，芯可進(jìn)行替代性的表面處理，例如通過將氬離子傳輸?shù)叫颈砻嫔?、通過等離子刻蝕技術(shù)進(jìn)行例如刻蝕、清洗和活化。
根據(jù)本發(fā)明方法的替代性實施方案，可以對優(yōu)選經(jīng)過預(yù)先去氧化皮的線坯實施諸如酸洗或適于該目的的任何其它替代性處理的上述表面處理，并且，表面處理之后是旨在獲得具有預(yù)定初始直徑的鋼芯的干法拉拔。
鋼芯優(yōu)選在涂敷前根據(jù)上述過程中的一個進(jìn)行表面處理，以預(yù)先處理待涂敷的鋼芯的表面，即，以便獲得適于在其整個表面上均勻接收涂層的鋼芯。由于該預(yù)備處理，能夠有利地獲得更高品質(zhì)的鋼絲。換句話說，可有利地基本上消除芯表面的宏觀褶皺和不均勻性，由此使得芯表面適于在其上淀積涂層。
優(yōu)選地，還可以在涂敷前對鋼芯進(jìn)行熱處理，以便有利地獲得適于冷變形的結(jié)構(gòu)，例如上述任選的拉拔步驟中包含的變形。優(yōu)選地，熱處理(實施的目的在于導(dǎo)致鋼的退火)包含可在爐內(nèi)實施的鉛淬熱處理，這是一種在爐內(nèi)實施的鉛淬處理。鉛淬步驟的目的在于，提供具有珠光體結(jié)構(gòu)的鋼芯，該珠光體結(jié)構(gòu)具有非常高的加工硬化系數(shù)從而可容易地進(jìn)行拉拔。
僅作為建議，鋼芯的所述熱處理優(yōu)選包括逐漸將芯加熱到諸如約900～1050℃的預(yù)定溫度并持續(xù)約20～40秒時間的步驟，和隨后將芯冷卻到諸如約520～580℃的預(yù)定溫度并持續(xù)約5～20秒時間的步驟。優(yōu)選地，通過將鋼芯引入熔融鉛浴中實施冷卻步驟。作為替代方案，通過將鋼芯引入熔融鹽浴(即氯酸鹽、碳酸鹽)、使鋼芯穿過氧化鋯粉末或通過空氣，實施冷卻步驟。
根據(jù)優(yōu)選實施方案，本發(fā)明的方法還包括所述熱處理之前的干法拉拔芯的步驟，該步驟優(yōu)選獲得輕微的芯直徑縮小，例如約1～3％。
本發(fā)明的方法還優(yōu)選包括附加的熱處理，該附加的熱處理優(yōu)選以與上述相同的工作條件進(jìn)行實施并且包含附加的鋼芯的逐步加熱步驟和隨后的冷卻步驟。
當(dāng)提供第一和第二熱處理時，優(yōu)選在第一熱處理后實施另一干法拉拔。如果提供附加的熱處理，那么優(yōu)選在各對熱處理之間實施干法拉拔。
當(dāng)提供單一熱處理時，優(yōu)選通過使用拉模實施另一輕微干法拉拔，該拉模優(yōu)選以氣密方式在其入口與真空淀積室連接。更優(yōu)選地，通過所謂的組合拉模實施這種輕微拉拔步驟，該組合拉?；旧习哂袃蓚€對稱半模的拉模。由于這種特征，可以有利地在不中斷生產(chǎn)過程的情況下以簡單的方式更換拉模。
優(yōu)選以基本上連續(xù)的方式實施本發(fā)明方法的上述傳輸和共濺射步驟以及任選的表面處理、熱處理和拉拔步驟中的任何一個，兩個連續(xù)步驟之間不存在任何大的中斷。
以這種方式，可有利地通過從制造金屬絲鋼芯的步驟到拉拔帶涂層芯的步驟以連續(xù)的方式實施的制造方法，獲得涂敷有希望厚度的金屬涂層的鋼絲，該制造方法任選地包含對芯實施的附加常規(guī)預(yù)處理或?qū)繉有緦嵤┑母郊幼罱K處理(例如，為了提高其拉拔性能，對芯或帶涂層芯進(jìn)行的磷化處理)。
根據(jù)其第二方面，本發(fā)明涉及用于制造帶涂層鋼絲的設(shè)備，所述鋼絲包含鋼芯和由具有包含至少一種第一金屬成分和至少一種第二金屬成分的組成的金屬合金材料制成的涂層，該設(shè)備包括a)至少一個濺射單元；b)用于在所述濺射單元內(nèi)沿預(yù)定路徑以基本上連續(xù)的方式傳輸所述鋼芯的至少一個裝置；c)設(shè)置在所述濺射單元內(nèi)的至少一個第一陰極和至少一個第二陰極，該至少一個第一陰極由所述第一金屬成分制成，該至少一個第二陰極由所述第二金屬成分制成；和d)與所述第一和第二陰極中的至少一個(例如，與第一陰極)連接的至少一個第一可調(diào)電源。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的優(yōu)選實施方案，該濺射單元是磁控管濺射單元。基本上由于磁場對帶電粒子施加的影響，該技術(shù)可有利地增加金屬層的淀積速率，該磁場可引起對陰極附近的電子的限制作用并由此增加等離子體密度。
在以下的說明中，表達(dá)方式“陰極”(或“磁控管”)用于表示包含涂敷材料(作為靶材并優(yōu)選采取板的形式)和配置在涂敷材料后面并為涂敷材料前的帶電粒子(例如氬離子)產(chǎn)生磁阱的多個磁體的組件。并且，由于濺射過程引起對涂敷材料的加熱，因此通常陰極還包括典型用于在其中通過冷卻水的多個通道的冷卻系統(tǒng)。
優(yōu)選地，傳輸裝置包括至少一個用于沿各個第一向前的長度將鋼芯送入濺射單元中的裝置和至少一個用于沿各個向后的長度將鋼芯送回的反向裝置(counter-device)，該向后的長度相對于向前的長度隔開預(yù)定的距離。這樣，可有利地增加鋼芯在濺射單元中的停留時間。
優(yōu)選地，至少一個第一陰極和至少一個第二陰極相對于鋼芯設(shè)置，優(yōu)選設(shè)置為如上面限定的金屬絲束，使得分別沿各個第一和第二會聚濺射方向?qū)⒌谝唤饘俪煞趾偷诙饘俪煞譃R射到鋼芯上。
優(yōu)選地，至少第一和至少第二會聚濺射方向限定約60～120°、更優(yōu)選約80～100°的角度。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，該設(shè)備包括配置在金屬絲束的相反側(cè)的至少兩對第一和第二陰極，其中，配置各對第一和第二陰極時使得分別沿各個第一和第二會聚濺射方向?qū)⑺龅谝缓退龅诙饘俪煞譃R射到鋼芯上。
優(yōu)選地，可通過至少一個功率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)至少一個電源，該調(diào)節(jié)器可調(diào)節(jié)從第一電源供給到第一和第二陰極中的一個例如第一陰極的功率。
為了實際上實現(xiàn)合金材料的任何組成，本發(fā)明的設(shè)備優(yōu)選還包括與所述第一和第二陰極中的至少另一個(例如，第二陰極)連接的至少一個第二可調(diào)電源，所述第二可調(diào)電源可獨(dú)立于所述第一可調(diào)電源進(jìn)行調(diào)節(jié)。
優(yōu)選地，可通過至少一個功率調(diào)節(jié)器對至少一個第一電源和至少一個第二電源進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，所述至少一個功率調(diào)節(jié)器可分別調(diào)節(jié)從第一和第二電源供給到第一和第二陰極的功率。
作為替代方案，可通過用于分別以相互獨(dú)立的方式調(diào)節(jié)第一和第二電源的功率的第一和第二功率調(diào)節(jié)器，以獨(dú)立方式調(diào)節(jié)至少一個第一電源和至少一個第二電源。
本發(fā)明還涉及制造用于強(qiáng)化彈性體材料的鋼繩的方法，所述方法包括制造通過上述方法涂敷的多根鋼絲的步驟和隨后搓合所述多根帶涂層鋼絲的步驟。
最后，本發(fā)明還涉及用于制造用于強(qiáng)化彈性體材料的鋼繩的設(shè)備，所述裝置除包括上面參照帶涂層鋼絲制造提到的設(shè)備的構(gòu)件外，還包括用于搓合多根帶涂層鋼絲的裝置。


通過下面參照

用于制造包含鋼芯和由金屬合金材料制成的涂層類型的、旨在強(qiáng)化彈性體材料的帶涂層鋼絲的根據(jù)本發(fā)明的方法的一些優(yōu)選實施方案，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，在這些附圖中，出于解釋性而非限制性目的，給出用于制造旨在強(qiáng)化彈性體材料的、包含鋼芯和由金屬合金材料制成的涂層類型的帶涂層鋼絲的本發(fā)明的設(shè)備的兩個不同的優(yōu)選實施方案。
在附圖中，圖1和圖2分別示意顯示用于制造包含鋼芯和由金屬合金材料制成的涂層類型的帶涂層鋼絲的本發(fā)明設(shè)備的第一和第二優(yōu)選實施方案的局部斷面圖，該第一和第二實施方案包括兩種不同的陰極結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
在圖1中示意顯示了本發(fā)明設(shè)備的第一優(yōu)選實施方案。在該圖中特別顯示出第一陰極結(jié)構(gòu)。
在以下的說明中，出于解釋性而非限制性目的，將介紹旨在強(qiáng)化諸如輪胎的帶層的彈性體材料、包含鋼芯和由二元金屬合金制成的涂層的帶涂層鋼絲的制造，例如具有約60～72重量％的銅含量的黃銅。
參照圖1，將由銅制成的第一陰極1和由鋅制成的第二陰極2配置在包含真空淀積室4(承受第一預(yù)定壓力)和同時承受比所述第一預(yù)定壓力高的第二預(yù)定壓力的第一和第二預(yù)處理室(未示出)的磁控管濺射單元3內(nèi)，所述第一和第二預(yù)處理室分別位于真空淀積室4的上游和下游。
在圖1中，第一陰極1和第二陰極2具有板狀形狀并位于金屬絲束50之下，金屬絲束50由多通路路徑的鋼芯5形成且包含基本上與磁控管濺射單元3的縱向延伸方向平行的金屬絲長度。鋼芯5具有約0.85～2.85mm的初始直徑。根據(jù)所述實施方案，銅和鋅分別沿各個第一和第二會聚濺射方向S1和S2被濺射到金屬絲束50上。會聚濺射方向S1和S2在其間限定約90°的角度α。
將如圖1所示的多個由銅制成的第一陰極1和多個由鋅制成的第二陰極2沿磁控管濺射單元3的真空淀積室4的縱向展開方向連續(xù)配置。
根據(jù)另一實施方案(未示出)，將陰極1、2配置為形成交替位于金屬絲束50以下和以上的多對陰極1、2。以這種方式，可以將更高品質(zhì)的黃銅層淀積到鋼芯5上。
在示意性的圖1中沒有示出本發(fā)明設(shè)備的其它構(gòu)件，即，用于在磁控管濺射單元3內(nèi)以基本上連續(xù)的方式沿預(yù)定路徑傳輸鋼芯的裝置、分別與第一陰極1和第二陰極2連接的第一和第二可獨(dú)立調(diào)節(jié)的電源以及用于以相互獨(dú)立的方式分別調(diào)節(jié)第一和第二電源的功率的第一和第二功率調(diào)節(jié)器，因為它們本身是常規(guī)構(gòu)件。
特別地，傳輸裝置包含用于沿相應(yīng)的多個向前的長度將鋼芯5送入磁控管濺射單元3中的多個裝置和用于沿相應(yīng)的多個向后的長度將鋼芯5送回的多個反向裝置(counter-device)，這些向后的長度相對于向前的長度隔開預(yù)定的距離P。以這種方式，鋼芯5形成位于水平面上的金屬絲束50，這可有利地增加鋼芯5在真空淀積室4內(nèi)的停留時間。由于本身是常規(guī)裝置，因此沒有示出這些多個裝置和反向裝置。例如，這些裝置和反向裝置可包含位于磁控管濺射單元3的相對側(cè)的滑輪和各個反向滑輪(counter-pulley)。
如圖1所示，各個向前的長度相對于相鄰的向后的長度隔開距離P，該距離P例如等于約3mm，這特別適于寬度為25cm的真空淀積室4。
下面參照上述設(shè)備說明用于制造包含鋼芯5和由黃銅制成的涂層的帶涂層鋼絲的方法。
該方法還包括旨在從線坯開始獲得預(yù)定直徑的鋼芯5的一系列預(yù)備步驟，和對鋼芯5執(zhí)行的一系列預(yù)處理，例如，為了提高黃銅層與鋼芯5的粘附性執(zhí)行的用于消除鋼表面的任何宏觀褶皺的表面處理、以及用于獲得更適于連續(xù)冷變形的珠光體結(jié)構(gòu)的熱處理。
根據(jù)所述方法，首先以例如約10～80m/min的速度、以基本上連續(xù)的方式沿上述預(yù)定的路徑傳輸鋼芯5。
在該方法的第二步驟中，由銅制成的陰極1和由鋅制成的陰極2優(yōu)選以基本上同時的方式共濺射到鋼芯5上。
優(yōu)選地，通過設(shè)定真空淀積室4內(nèi)的壓力為10-3～5×10-2毫巴量級、施加到電極之間的電壓為約100～1000V、電流為約0.1～10A，實施共濺射步驟。濺射步驟基本上由以下操作構(gòu)成在通過施加上述電壓產(chǎn)生的電場的作用下獲得的載氣離子對陰極進(jìn)行離子轟擊。更具體地，載氣的離子向著陰極被加速，從而基本上導(dǎo)致一系列碰撞結(jié)果引起向陽極即向鋼芯發(fā)射的陰極原子，自由電子也向著該鋼芯被加速。自由電子通過碰撞使載氣的其它原子離子化，因此只要供給足夠的能量，該過程就不斷重復(fù)并自我保持。
通過遵照上述優(yōu)選的電壓、電流和氣體壓力值，根據(jù)陰極1、2和鋼芯5之間的距離，可有利地獲得約100～1000m/min的黃銅淀積速率。就淀積效率而言，已發(fā)現(xiàn)作為陰極1、2的尺寸的函數(shù)，陰極1、2和鋼芯5之間的距離特別優(yōu)選為約幾厘米到幾十厘米。
在本發(fā)明方法的第三步驟中，作為希望的黃銅合金組成的函數(shù)獨(dú)立地調(diào)整提供給所述陰極1、2中每一個的功率。
例如，參照圖1中所示陰極的結(jié)構(gòu)，為了獲得具有60～72重量％銅含量的黃銅涂層，必須提供給銅陰極1約5.40～7.92kW的功率，且必須提供給鋅陰極2約2.52～4.40kW的功率。
實施共濺射步驟，直到獲得諸如約0.5～2.0μm的預(yù)定初始厚度的黃銅涂層。
在圖1中所示的本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方案的另一步驟中，拉拔帶涂層芯直到鋼芯5具有小于預(yù)定初始直徑的最終直徑，且黃銅層具有小于預(yù)定初始厚度的最終厚度。
例如，鋼芯5的初始直徑為約0.85～3mm，并且，以獲得具有0.10～0.50mm最終直徑的芯的方式實施拉拔步驟。
優(yōu)選地，在例如包含潤滑油的乳狀液槽中、并通過優(yōu)選由碳化鎢制成的拉模實施帶涂層芯的拉拔步驟。
在這個拉拔步驟結(jié)束時，獲得均勻且一致地涂敷有黃銅涂層的鋼絲。
優(yōu)選以基本上連續(xù)的方式實施本發(fā)明方法的所有步驟。
參照圖2，顯示了具有第二陰極結(jié)構(gòu)的、本發(fā)明設(shè)備的第二優(yōu)選實施方案。在以下的說明以及所述附圖中，在結(jié)構(gòu)上和功能上與上面參照圖1所述等同的、用于制造帶涂層鋼絲的設(shè)備的元件將以相同的參考數(shù)字表示，并且將不作進(jìn)一步的說明。
圖2顯示了金屬絲束50的相對側(cè)的兩對6’、6”第一陰極1’、1”和第二陰極2’、2”。各對陰極6’、6”的配置使得分別沿各個第一會聚濺射方向S1’、S1”和第二會聚濺射方向S2’、S2”將第一和第二金屬成分濺射到金屬絲束上。例如，陰極對6’的陰極1’、2’分別由銅和鋅制成。類似地，陰極對6”的陰極1”、2”分別由銅和鋅制成。由于這種結(jié)構(gòu)，可有利地在形成金屬絲束50的鋼芯5上獲得均勻的黃銅涂層。
陰極1’、2’的第一對6’的會聚濺射方向S1’和S2’和陰極1”、2”的第二對6”的會聚濺射方向S1”、S2”限定各個角度α‘、α“，所述角度為約90°。
優(yōu)選地，多個這種陰極對6’、6”沿磁控管濺射單元3的縱向延伸方向被連續(xù)配置在磁控管濺射單元3中。
參照圖2中所示的設(shè)備，除通過以基本上同時的方式濺射上述陰極對6’、6”實施共濺射步驟以外，本發(fā)明的方法包括與上面參照本發(fā)明方法的第一實施方案所述的步驟相同的步驟。
例如，參照圖2中所示的陰極的結(jié)構(gòu)，為了獲得具有60～72重量％銅含量的黃銅涂層，必須提供給銅陰極1’、1”約5.40～7.92kW的功率，且必須提供給鋅陰極2’、2”約2.52～4.40kW的功率。
在不背離附屬權(quán)利要求的范圍的情況下，可以設(shè)想本發(fā)明的方法和設(shè)備的其它優(yōu)選實施方案。例如，為了避免由于銅和/或鋅陰極的消耗或由于形成涂層合金的金屬成分類型的改變導(dǎo)致的濺射過程的任何中斷，可以在第一真空淀積室中實施共濺射，將第二真空淀積室與第一個真空淀積室連續(xù)配置并設(shè)定為備用模式。在第二真空淀積室中，可以如上所述配置類似的板狀陰極。第一和第二真空淀積室均包含優(yōu)選約10-3～10-1毫巴的處于預(yù)定第一壓力下的載氣，例如氬氣。
特別地，在傳輸?shù)降谝徽婵盏矸e室內(nèi)之前，為了在使用第一和第二真空淀積室時保護(hù)它們免受灰塵和其它污染，分別在第一和第二真空淀積室的上游配置第一預(yù)處理室和第二預(yù)處理室。
可以進(jìn)一步在第二真空淀積室的下游提供第三預(yù)處理室。換句話說，將第一預(yù)處理室、第一真空淀積室、第二預(yù)處理室、第二真空淀積室和第三預(yù)處理室連續(xù)配置。
第一、第二和第三預(yù)處理室可包含承受例如約0.5毫巴的高于所述第一預(yù)定壓力的第二預(yù)定壓力的氬氣。
這樣，可有利地以逐步方式在各個真空淀積室中實現(xiàn)希望的10-3～10-1毫巴的真空條件。
通過以下的示例性實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
(實施例1)使用6m長的磁控管濺射單元，該磁控管濺射單元包含承受例如等于約5×10-2毫巴的第一預(yù)定壓力的5m長的真空淀積室。分別在真空淀積室的上游和下游配置同時承受比所述第一預(yù)定壓力高的第二預(yù)定壓力(例如等于約0.5毫巴)的第一預(yù)處理室和第二預(yù)處理室。真空淀積室和預(yù)處理室包含承受上述壓力值的相同的載氣，例如氬氣。在第二預(yù)處理室的下游將由碳化鎢制成的拉模配置在包含潤滑油的浴中，即在水中包含10重量％潤滑劑的乳液。
真空淀積室包含分別由銅和鋅(均具有99.9％的純度)制成的十對板狀第一和第二陰極(45×7×1cm)，這些板狀第一和第二陰極交替排列在由沿上述多通路路徑傳輸?shù)匿撔拘纬傻慕饘俳z束的相對側(cè)，設(shè)置各對第一和第二陰極為如圖1所示分別沿各個第一和第二會聚濺射方向?qū)~和鋅共濺射到金屬絲束上。十對陰極依次交替排列在金屬絲束以下和以上，以使屬于兩個連續(xù)陰極對的陰極交替。
陰極和金屬絲束之間的距離等于約39mm。
用具有63重量％銅含量和37重量％鋅含量和1.5μm的初始厚度的黃銅層涂敷直徑為約1.14mm的鋼芯。更具體地，以約70m/min的速度在預(yù)處理室中傳輸鋼芯，然后以相同的速度沿位于基本上水平的面內(nèi)的多通路路徑在真空淀積室中以基本上連續(xù)的方式傳輸鋼芯。路徑包含總數(shù)為39個向前和向后的長度，每個長度為500cm并間隔約3mm的距離。
沿上述路徑傳輸鋼芯，并以基本上同時的方式將陰極共濺射到鋼芯上，直到獲得初始厚度為約1.5μm的黃銅。使用約350V的電壓和約1.62A的電流。根據(jù)這種工作條件(電壓、電流、氣體壓力值)，實現(xiàn)約800nm/min的黃銅淀積速率。
作為黃銅組成的函數(shù)，獨(dú)立調(diào)節(jié)提供給所述第一和第二陰極中的每一個的功率。為此，使用第一和第二電源，每個電源分別與第一和第二陰極連接。為了獲得上述黃銅組成，將第一電源即與銅陰極連接的電源設(shè)為5.67kW，將第二電源即與鋅陰極連接的電源設(shè)為3.33kW。
隨后，帶黃銅的鋼芯以約70m/min的速度在第二預(yù)處理室中傳輸，并通過拉模在乳狀液池中將其最終拉拔到0.20mm的直徑，這對應(yīng)于最終厚度為0.20μm的黃銅層。
最后，提供如上所述獲得的多根帶黃銅鋼絲的搓合步驟，以獲得適于強(qiáng)化彈性體材料的繩索。
(實施例2)使用根據(jù)實施例1中所述的磁控管濺射單元。
用具有67重量％銅含量和33重量％鋅含量和1.5μm的初始厚度的黃銅層涂敷直徑為約1.14mm的鋼芯。如實施例1所述在第一預(yù)處理室中傳輸鋼芯，隨后沿與實施例1相同的路徑并在實施例1所述的相同操作條件下在真空淀積室中傳輸鋼芯。
為了獲得這種黃銅組成，將第一電源即與銅陰極連接的電源設(shè)為6.03kW，將第二電源即與鋅功率陰極連接的電源設(shè)為2.97kW。
隨后，帶黃銅的鋼芯在第二預(yù)處理室中傳輸，并通過拉模在乳狀液池中將其最終拉拔到0.22mm的直徑，這對應(yīng)于最終厚度為0.20μm的黃銅層。
如實施例1所述獲得旨在強(qiáng)化彈性體材料的繩索并將其加入彈性體材料的物品中。
(實施例3)除了真空淀積室包含五組板狀陰極(45×7×1cm)且濺射單元的長度為約3m長以外，使用實施例1所述的相同磁控管濺射單元。各組陰極由兩對第一和第二陰極組成，所述陰極分別由銅和鋅(均具有99.9％的純度)制成，這兩對第一和第二陰極配置在金屬絲束的相對側(cè)以沿上述路徑延伸。分別設(shè)置各對第一和第二陰極如圖2的實施方案所示以便沿各個第一和第二會聚濺射方向?qū)~和鋅共濺射到金屬絲束上。將這五個組依次配置，以使各個組中的第一和第二陰極以及屬于兩個連續(xù)組的陰極交替。
用具有63重量％銅含量和37重量％鋅含量和1.5μm的初始厚度的黃銅層涂敷直徑為約1.60mm的鋼芯。以約50m/min的速度在第一預(yù)處理室中傳輸鋼芯，然后沿包含總數(shù)為23個向前和向后的長度的路徑在真空淀積室中傳輸鋼芯，每個長度為250cm并間隔約3mm的距離。
其余的操作條件與實施例1中所述的相同。
為了獲得上述黃銅組成，將第一電源即與銅陰極連接的電源設(shè)為6.93kW，將第二電源即與鋅功率陰極連接的電源設(shè)為4.07kW。
隨后，帶黃銅的鋼芯在第二預(yù)處理室中傳輸，并通過拉模在乳狀液池中將其最終拉拔到0.28mm的直徑，這對應(yīng)于最終厚度為約0.20μm的黃銅層。
如實施例1所述獲得旨在強(qiáng)化彈性體材料的繩索并將其加入彈性體材料的物品中。
(實施例4)使用根據(jù)實施例3中所述的磁控管濺射單元。
用具有67重量％銅含量和33重量％鋅含量和1.5μm的初始厚度的黃銅層涂敷直徑為約1.60mm的鋼芯。如實施例3所述在第一預(yù)處理室中傳輸鋼芯，隨后沿與實施例3相同的路徑并在與實施例3相同的操作條件下在真空淀積室中傳輸鋼芯。
為了獲得這種黃銅組成，將第一電源即與銅陰極連接的電源設(shè)為7.37kW，將第二電源即與鋅功率陰極連接的電源設(shè)為3.63kW。
隨后，帶黃銅的鋼芯在第二預(yù)處理室中被傳輸，并通過拉模在乳狀液池中將其最終拉拔到0.28mm的直徑，這對應(yīng)于最終厚度為0.20μm的黃銅層。
如實施例1所述獲得旨在強(qiáng)化彈性體材料的繩索并將其加入彈性體材料的物品中。
權(quán)利要求
1.一種用于制造帶涂層鋼絲的方法，所述鋼絲包含鋼芯(5)和由金屬合金材料制成的涂層，該金屬合金材料具有包含至少一種第一金屬成分和至少一種第二金屬成分的組成，該方法包括以下步驟a)以基本上連續(xù)的方式沿預(yù)定的路徑傳輸鋼芯(5)；b)將由所述第一金屬成分制成的至少一個第一供電的陰極(1；1’、1”)和由所述第二金屬成分制成的至少一個第二供電的陰極(2；2’、2”)共濺射到沿所述預(yù)定路徑移動的鋼芯上，以獲得由第一種組成的金屬合金材料制成的涂層；和c)調(diào)整提供給所述第一陰極(1；1’、1”)和第二陰極(2；2’、2”)中的至少一個的功率，以獲得由第二種組成的金屬合金材料制成的涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，沿基本上呈直線的路徑實施所述傳輸步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述路徑包含相隔預(yù)定距離(P)的至少一個向前的長度和至少一個向后的長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，通過分別沿各個第一(S1；S1’、S1”)和第二(S2；S2’、S2”)會聚濺射方向相應(yīng)地將所述第一和第二金屬成分濺射到鋼芯(5)上，實施所述共濺射步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，通過包含對所述至少一個第一陰極(1；1’、1”)和至少一個第二陰極(2；2’、2”)進(jìn)行離子轟擊的磁控管濺射技術(shù)實施所述共濺射步驟。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其中，實施所述共濺射步驟，直到達(dá)到所述涂層的預(yù)定初始厚度，所述方法還包括拉拔帶涂層鋼絲直到鋼芯(5)具有比預(yù)定初始直徑小的最終直徑且涂層具有比所述預(yù)定初始厚度薄的最終厚度的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，通過獨(dú)立調(diào)節(jié)提供給所述第一陰極(1；1’、1”)和第二陰極(2；2’、2”)中的每一個的功率，實施所述調(diào)節(jié)步驟。
8.一種用于制造帶涂層鋼絲的設(shè)備，所述鋼絲包含鋼芯(5)和由金屬合金材料制成的涂層，該金屬合金材料具有包含至少一種第一金屬成分和至少一種第二金屬成分的組成，該設(shè)備包括a)至少一個濺射單元；b)用于在所述濺射單元內(nèi)以基本上連續(xù)的方式沿預(yù)定路徑傳輸所述鋼芯的至少一個裝置；c)配置在所述濺射單元內(nèi)的至少一個第一陰極(1；1’、1”)和至少一個第二陰極(2；2’、2”)，該至少一個第一陰極(1；1’、1”)由所述第一金屬成分制成，該至少一個第二陰極(2；2’、2”)由所述第二金屬成分制成；和d)與所述第一陰極(1；1’、1”)和第二陰極(2；2’、2”)中的至少一個連接的至少一個第一可調(diào)電源。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其中，所述濺射單元是磁控管濺射單元(3)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其中，所述傳輸裝置包括至少一個用于沿各個第一向前的長度將鋼芯送入所述濺射單元中的裝置和至少一個用于沿各個向后的長度將鋼芯送回的反向裝置，所述向后的長度相對于所述向前的長度間隔預(yù)定的距離(P)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中，所述至少一個第一陰極(1；1’、1”)和所述至少一個第二陰極(2；2’、2”)相對于鋼芯(5)配置，使得分別沿各個第一(S1；S1’、S1”)和第二(S2；S2’、S2”)會聚濺射方向?qū)⑺龅谝唤饘俪煞?S1；S1’、S1”)和第二金屬成分(S2；S2’、S2”)濺射到鋼芯上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其中，所述至少第一(S1；S1’、S1”)和至少一個第二(S2；S2’、S2”)會聚濺射方向相互之間限定約60～120°的角度(α‘；α“)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，包括配置在鋼芯(5)的相對側(cè)的至少兩對(6’、6”)第一(1；1’、1”)和第二(2；2’、2”)陰極，其中，配置各對(6’、6”)第一(1；1’、1”)和第二(2；2’、2”)陰極使得分別沿各個第一(S1；S1’、S1”)和第二(S2；S2’、S2”)會聚濺射方向?qū)⑺龅谝缓偷诙饘俪煞譃R射到鋼芯(5)上。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，包括多組陰極，每個組包含配置在鋼芯(5)的相對側(cè)的至少兩對(6’、6”)第一(1；1’、1”)和第二(2；2’、2”)陰極，其中，配置各對(6’、6”)第一(1；1’、1”)和第二(2；2’、2”)陰極使得分別沿各個第一(S1；S1’、S1”)和第二(S2；S2’、S2”)會聚濺射方向?qū)⑺龅谝缓偷诙饘俪煞譃R射到鋼芯(5)上。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，還包括與所述第一陰極(1；1’、1”)和第二陰極(2；2’、2”)中的至少另一個連接的至少一個第二可調(diào)電源，所述第二可調(diào)電源相對于所述第一可調(diào)電源是獨(dú)立可調(diào)的。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造用于強(qiáng)化彈性體材料的鋼絲的方法和設(shè)備。該鋼絲包含鋼芯(5)和由金屬合金材料制成的涂層，該金屬合金材料具有包含至少一種第一金屬成分和至少一種第二金屬成分的組成。根據(jù)本發(fā)明，該方法包括以下步驟a)以基本上連續(xù)的方式沿預(yù)定的路徑傳輸鋼芯(5)；b)將由所述第一金屬成分制成的至少一個第一供電的陰極(1；1’、1”)和由所述第二金屬成分制成的至少一個第二供電的陰極(2；2’、2”)共濺射到沿所述預(yù)定的路徑移動的鋼芯上，以獲得由第一種組成的金屬合金材料制成的涂層；和c)調(diào)整提供給所述第一陰極(1；1’、1”)和第二陰極(2；2’、2”)中的至少一個的功率，以獲得由第二種組成的金屬合金材料制成的涂層。
文檔編號C23C14/35GK1942602SQ200480042857
公開日2007年4月4日 申請日期2004年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者F·帕萬, S·艾格里斯蒂 申請人:倍耐力輪胎股份公司