一种具有多孔降噪及均匀化分配金属蒸汽的真空镀膜装置的制作方法

1.本发明涉及真空镀膜技术领域，更具体地说，涉及一种具有多孔降噪及均匀化分配金属蒸汽的真空镀膜装置。


背景技术：

2.物理蒸发镀(pvd)是指在真空条件下加热被镀金属，使之以气态的方式沉积到基材上形成镀膜的工艺技术。根据加热方式的不同又分为电加热(电阻或感应式)和电子束枪加热(ebpvd)等。真空镀膜作为表面改性和镀膜工艺，已经在电子、玻璃、塑料等行业得到了广泛的应用，真空镀膜技术主要优点在于其环保、良好的镀膜性能和可镀物质的多样性。连续带钢运用真空镀膜技术的关键在于镀膜生产连续化、大面积、高速率、大规模生产等几个方面，从上世纪八十年代开始，世界各大钢铁公司都对此技术进行了大量的研究，随着热镀锌和电镀锌技术的成熟，该技术正在受到空前的重视，并被人为是创新型的表面镀膜工艺。
3.而在真空镀膜的过程中关键点就是如何通过喷嘴的布置得到厚度均匀一致的镀层。国外目前公开的资料中，主要包含以下几个方面：
4.1)蒸发坩埚与布流喷嘴一体式结构
5.欧洲专利be1009321a6、be1009317a61分别公开了如图1、图2的坩埚喷嘴结构，在图1的结构中，坩埚1上部加上盖2，使得上盖2和炉壁之间形成喷嘴结构，用于蒸发金属的直接喷射。在图2的结构中，则在蒸发坩埚中添加过滤板3，而后由顶部的狭缝喷嘴用于金属蒸汽的喷射。在这两个装置喷嘴的设计过程中，一个采用了拉瓦尔喷嘴结构，另一个采用了收缩喷嘴，而喷嘴的朝向位置一个是侧向喷射，另一个是垂直喷射。
6.在专利jps59177370a、us4552092a中亦公开了相关蒸发坩埚及喷嘴结构，图3给出了一种带自动补充金属液的坩埚喷嘴结构，喷嘴4采用较宽的出口，在坩埚上部也布置了加热器5用于蒸汽等的加热。图4给出的坩埚喷嘴结构中其结构由一侧弧形6展开，侧向喷射，在坩埚壁的外侧同样布置了加热管7用于壁面的加热。
7.2)蒸发坩埚与布流喷嘴分体式结构
8.在专利wo2018/020311a1公布了一种分体式坩埚喷嘴结构，如图5所示，在该装置中，坩埚在底部连接一个金属液供给槽8，其上部通过分体式管道9将金属蒸汽送至管状的分配器和前端的蒸汽喷嘴中，而后金属蒸汽通过喷嘴以高速将蒸汽喷射至金属板材。
9.在专利cn103249860a公开了一种分体式布流器及喷嘴结构，如图6所示，通过一个管道将蒸汽送至上部水平管道10中，水平管道10顶部具有多孔喷嘴，用以将金属蒸汽均匀的喷涂在金属板材表面。
10.在专利cn101175866a公开了一种金属蒸汽布流器及喷嘴形式，如图7所示了喷嘴的截面形式，布流器管道11外部缠绕导线从而实现对管道的加热，喷嘴部分为方形外壳，如图8所示，方形外壳12内部嵌套了另一种材质的环形管道，用于金属蒸汽的喷射，喷嘴使用的蒸汽出口形式为多孔式。
11.上述这些专利都涉及到了在镀膜过程中喷嘴的具体形式，但是并不能表明利用这
些喷嘴进行的镀膜都能达到均匀的程度，而钢板表面镀层的均匀度对于其后续折弯及冲压等使用过程中具有很关键的因素。


技术实现要素：

12.针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种具有多孔降噪及均匀化分配金属蒸汽的真空镀膜装置，利用多孔管使金属蒸汽得到第一次分配，利用稳压板使金属蒸汽得到第二次分配，金属蒸汽再由镀膜喷嘴喷出，最终在钢板表面形成均匀镀层。
13.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
14.一种具有多孔降噪及均匀化分配金属蒸汽的真空镀膜装置，包括坩埚，所述坩埚的外侧设有用以将所述坩埚内的金属液加热形成金属蒸汽的感应加热器，所述坩埚顶部通过金属蒸汽管道连有一矩形的布流箱体，所述布流箱体内设有水平向的稳压板，所述布流箱体的顶部设有镀膜喷嘴，所述金属蒸汽管道上设有调压阀；
15.所述布流箱体内还设有垂直向的多孔管，所述多孔管位于所述稳压板下方，所述多孔管的下端与所述金属蒸汽管道相连通，所述多孔管的上端设置为封闭式的抑湍室，所述多孔管的侧壁上开有数个吐出孔；
16.所述布流箱体的内壁上开有缓冲槽，所述缓冲槽与所述吐出孔相对应。
17.较佳的，所述吐出孔朝向所述布流箱体的长度向和/或宽度向设置。
18.较佳的，所述布流箱体的长度l为100～500mm，所述布流箱体的宽度w为20～100mm，所述金属蒸汽管道的直径d为15～100mm时，所述抑湍室的体积v1、所述缓冲槽的体积v2、朝所述布流箱体宽度向设置的所述吐出孔的面积s
短
、朝所述布流箱体长度向设置的所述吐出孔的面积s
长
、所述吐出孔的总面积s1与所述坩埚顶部和所述金属蒸汽管道连接位置s
入口
的关系如下：
19.当所述金属蒸汽管道内的所述金属蒸汽压力在50000～100000pa时，所述抑湍室的体积v1＝(6～10)*s
入口
，所述缓冲槽的体积v2＝(4～6)*s
入口
，s
长
/s
短
＝3～4，所述吐出孔的总面积s1＝(3～4)*s
入口
；
20.当所述金属蒸汽管道内的所述金属蒸汽压力在10000～50000pa时，所述抑湍室的体积v1＝(4～6)*s
入口
，所述缓冲槽的体积v2＝(2～4)*s
入口
，s
长
/s
短
＝2～3，所述吐出孔的总面积s1＝(2～3)*s
入口
；
21.当所述金属蒸汽管道内的所述金属蒸汽压力在1000～10000pa时，所述抑湍室的体积v1＝(2～4)*s
入口
，所述缓冲槽的体积v2＝(1～2)*s
入口
，s
长
/s
短
＝1～2，所述吐出孔的总面积s1＝(1～2)*s
入口
。
22.较佳的，所述布流箱体的长度l为500～1000mm，所述布流箱体的宽度w为30～150mm，所述金属蒸汽管道的直径d为30～120mm时，所述抑湍室的体积v1、所述缓冲槽的体积v2、朝所述布流箱体宽度向设置的所述吐出孔的面积s
短
、朝所述布流箱体长度向设置的所述吐出孔的面积s
长
、所述吐出孔的总面积s1与所述坩埚顶部和所述金属蒸汽管道连接位置s
入口
的关系如下：
23.当所述金属蒸汽管道内的所述金属蒸汽压力在50000～100000pa时，所述抑湍室的体积v1＝(7～12)*s
入口
，所述缓冲槽的体积v2＝(5～7)*s
入口
，s
长
/s
短
＝4～5，所述吐出孔的总面积s1＝(4～5)*s
入口
；
24.当所述金属蒸汽管道内的所述金属蒸汽压力在10000～50000pa时，所述抑湍室的体积v1＝(5～7)*s
入口
，所述缓冲槽的体积v2＝(3～5)*s
入口
，s
长
/s
短
＝4～5，所述吐出孔的总面积s1＝(3～4)*s
入口
；
25.当所述金属蒸汽管道内的所述金属蒸汽压力在1000～10000pa时，所述抑湍室的体积v1＝(3～5)*s
入口
，所述缓冲槽的体积v2＝(2～3)*s
入口
，s
长
/s
短
＝3～4，所述吐出孔的总面积s1＝(2～3)*s
入口
。
26.较佳的，所述布流箱体的长度l为1000～2000mm，所述布流箱体的宽度w为40～160mm，所述金属蒸汽管道的直径d为40～140mm时，所述抑湍室的体积v1、所述缓冲槽的体积v2、朝所述布流箱体宽度向设置的所述吐出孔的面积s
短
、朝所述布流箱体长度向设置的所述吐出孔的面积s
长
、所述吐出孔的总面积s1与所述坩埚顶部和所述金属蒸汽管道连接位置s
入口
的关系如下：
27.当所述金属蒸汽管道内的所述金属蒸汽压力在50000～100000pa时，所述抑湍室的体积v1＝(8～14)*s
入口
，所述缓冲槽的体积v2＝(6～8)*s
入口
，s
长
/s
短
＝6～7，所述吐出孔的总面积s1＝(5～6)*s
入口
；
28.当所述金属蒸汽管道内的所述金属蒸汽压力在10000～50000pa时，所述抑湍室的体积v1＝(6～8)*s
入口
，所述缓冲槽的体积v2＝(4～6)*s
入口
，s
长
/s
短
＝5～6，所述吐出孔的总面积s1＝(4～5)*s
入口
；
29.当所述金属蒸汽管道内的所述金属蒸汽压力在1000～10000pa时，所述抑湍室的体积v1＝(3～6)*s
入口
，所述缓冲槽的体积v2＝(3～4)*s
入口
，s
长
/s
短
＝4～5，所述吐出孔的总面积s1＝(3～4)*s
入口
。
30.较佳的，所述稳压板设置为多孔结构，所述稳压板的孔隙总面积s
孔隙总面积
与所述镀膜喷嘴的出口位置面积s
出口
之比大于等于0.1，即：
31.s
孔隙总面积
/s
出口
≥0.1。
32.较佳的，所述稳压板上的孔型为圆孔、方孔或三角孔。
33.较佳的，所述稳压板上的孔隙走向为直线或曲线。
34.较佳的，所述镀膜喷嘴的出口设置为狭缝型或多孔型，且所述镀膜喷嘴出口位置面积s
出口
与所述坩埚顶部和所述金属蒸汽管道连接位置s
入口
之比大于等于0.05～5，即：
35.s
出口
/s
入口
≥0.05～5。
36.较佳的，所述镀膜喷嘴设置为狭缝型时，其线形为直线形或曲线形，所述镀膜喷嘴设置为多孔型时，其线形为矩形、圆形或梯形。
37.较佳的，所述多孔管为矩形管或圆柱形管。
38.较佳的，所述多孔管与所述金属蒸汽管道之间采用螺纹方式或镶嵌方式连接。
39.较佳的，所述吐出孔的孔型为圆形、方形或三角形。
40.较佳的，所述抑湍室设置为矩形或半圆形。
41.本发明所提供的一种具有多孔降噪及均匀化分配金属蒸汽的真空镀膜装置，金属蒸汽由坩埚感应加热熔化金属液获得，金属蒸汽通过金属蒸汽管道进入到布流箱体，布流箱体内部设有连接金属蒸汽管道的一截反向的多孔管，多孔管表面设计有多个吐出孔。当金属蒸汽由金属蒸汽管道进入到多孔管末端的抑湍室被阻挡返回，并从多孔管表面已设置的吐出孔有规律的流出。由吐出孔流出的金属蒸汽进入至布流箱体中，再由稳压板对金属
蒸汽进行二次分配，紧接着金属蒸汽从喷嘴喷出，高速喷射至预处理金属板并形成均匀金属镀膜。
附图说明
42.图1是欧洲专利be1009321a6的示意图；
43.图2是欧洲专利be1009317a61的示意图；
44.图3是专利jps59177370a的示意图；
45.图4是专利us4552092a的示意图；
46.图5是专利wo2018/020311a1的示意图；
47.图6是专利cn103249860a的示意图；
48.图7是专利cn101175866a的示意图；
49.图8是图7中方形外壳的示意图；
50.图9是本发明真空镀膜装置的结构示意图；
51.图10是图9中a-a向的剖视图；
52.图11是本发明真空镀膜装置中布流箱体内缓冲槽体积、抑湍室体积、吐出孔面积的示意图；
53.图12是图9真空镀膜装置中参数面积分类示意图。
具体实施方式
54.下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
55.请结合图9所示，本发明所提供的一种具有多孔降噪及均匀化分配金属蒸汽的真空镀膜装置，包括坩埚13，坩埚13的外侧设有用以将坩埚13内的金属液14加热形成金属蒸汽15的感应加热器16，坩埚13的顶部通过金属蒸汽管道17连有一矩形的布流箱体18，布流箱体18内设有水平向的稳压板19，布流箱体18的顶部设有镀膜喷嘴25，金属蒸汽管道17上设有调压阀20。
56.布流箱体18内还设有垂直向的多孔管21，多孔管21位于稳压板19下方，多孔管21的下端通过螺纹或者镶嵌等方式与金属蒸汽管道20相连通，多孔管21的上端设置为封闭式的抑湍室22，多孔管21的侧壁上开有数个吐出孔23。
57.多孔管21的形状可以是矩形、圆形、三角形等各种形状的直管，其主要作用是对进入多孔管21缓冲后的金属蒸汽15进行第一次分配。
58.吐出孔23的孔型可以是圆形、方形或三角形等各种形状，其主要作用是对进入多孔管21的金属蒸汽15进行分配。
59.抑湍室22的形状可以是矩形或半圆形等各种形状，其主要作用是对从金属蒸汽管道18进入多孔管21的金属蒸汽15进行缓冲，使其不直接流出。
60.布流箱体18的内壁上开有缓冲槽24，缓冲槽24与吐出孔23的位置相对应。
61.本发明真空镀膜装置的工作流程具体如下：
62.1)金属块体在坩埚13中受到感应加热器16的作用熔化成金属液14，金属液14在更高的过热度和低压下开始汽化，逐步形成金属蒸汽15；
63.2)开始阶段，与坩埚13相连的金属蒸汽管道17上的调压阀20处于关闭状态，随着
金属液14不断地汽化，坩埚13内腔的金属蒸汽15不断增大，当坩埚13内腔的压力达到一定值时，开启调压阀20，使其保持一定的压力流出；
64.3)此时需同时增大感应加热器16从而使得调压阀20开启减小的压力得到补充，调整感应加热器16的功率范围，使得坩埚13内腔金属蒸汽15的压力保持恒定的范围；
65.4)调压阀20开启后，金属蒸汽15沿金属蒸汽管道17向前流动，当进入到布流箱体18时，由于多孔管21上端抑湍室22的阻挡作用，使得原有直线流动的高速金属蒸汽15被迫由多孔管21上的吐出孔23有规律的流出，从而使得金属蒸汽15得到第一次缓冲分配；
66.5)多孔管21通过螺纹或者镶嵌等方式与金属蒸汽管道20相连通，吐出孔23通过设计为不同角度或者不同孔径及位置分布来实现均匀分配金属蒸汽15的目的，通过吐出孔23分配的金属蒸汽15进入到由缓冲槽24构成的分配腔中；
67.6)布流箱体18内部安装有稳压板19，用于将进入分配腔的金属蒸汽15进行第二次缓冲分配，随后均匀的金属蒸汽15从布流箱体18顶部的镀膜喷嘴25均匀的喷出；
68.7)由于镀膜喷嘴25出口狭小，使得金属蒸汽15流出时形成了较大的速度，此时在其上方布置了运动的钢板26，由于金属蒸汽15的温度较高，遇到温度较低的钢板26时，迅速凝固，形成了金属镀膜27。
69.金属液14可包含的范围：锌、镁、铝、锡、镍、铜、铁等金属，此外还包含这些元素的低熔点(低于2000℃)氧化物。
70.钢板26在真空镀膜前经过等离子等装置清洗，预热温度达到80～300℃。
71.请结合图10至图12所示，为使本发明真空镀膜装置能更好的对金属蒸汽15进行第一次缓冲分配，吐出孔23朝向布流箱体18的长度向和/或宽度向设置。
72.布流箱体18的长度l为100～500mm，布流箱体18的宽度w为20～100mm，金属蒸汽管道17的直径d为15～100mm时，抑湍室22的体积v1、缓冲槽24的体积v2、朝布流箱体18宽度向设置的吐出孔23的面积s
短
、朝布流箱体18长度向设置的吐出孔23的面积s
长
、吐出孔23的总面积s1与坩埚13顶部和金属蒸汽管道17连接位置s
入口
的关系如下：
73.当金属蒸汽管道17内的金属蒸汽15压力在50000～100000pa时，抑湍室22的体积v1＝(6～10)*s
入口
，缓冲槽24的体积v2＝(4～6)*s
入口
，s
长
/s
短
＝3～4，吐出孔23的总面积s1＝(3～4)*s
入口
；
74.当金属蒸汽管道17内的金属蒸汽15压力在10000～50000pa时，抑湍室22的体积v1＝(4～6)*s
入口
，缓冲槽24的体积v2＝(2～4)*s
入口
，s
长
/s
短
＝2～3，吐出孔23的总面积s1＝(2～3)*s
入口
；
75.当金属蒸汽管道17内的金属蒸汽15压力在1000～10000pa时，抑湍室22的体积v1＝(2～4)*s
入口
，缓冲槽24的体积v2＝(1～2)*s
入口
，s
长
/s
短
＝1～2，吐出孔23的总面积s1＝(1～2)*s
入口
。
76.布流箱体18的长度l为500～1000mm，布流箱体18的宽度w为30～150mm，金属蒸汽管道17的直径d为30～120mm时，抑湍室22的体积v1、缓冲槽24的体积v2、朝布流箱体18宽度向设置的吐出孔23的面积s
短
、朝布流箱体18长度向设置的吐出孔23的面积s
长
、吐出孔23的总面积s1与坩埚13顶部和金属蒸汽管道17连接位置s
入口
的关系如下：
77.当金属蒸汽管道17内的金属蒸汽15压力在50000～100000pa时，抑湍室22的体积v1＝(7～12)*s
入口
，缓冲槽24的体积v2＝(5～7)*s
入口
，s
长
/s
短
＝4～5，吐出孔23的总面积s1＝
(4～5)*s
入口
；
78.当金属蒸汽管道17内的金属蒸汽15压力在10000～50000pa时，抑湍室22的体积v1＝(5～7)*s
入口
，缓冲槽24的体积v2＝(3～5)*s
入口
，s
长
/s
短
＝4～5，吐出孔23的总面积s1＝(3～4)*s
入口
；
79.当金属蒸汽管道17内的金属蒸汽15压力在1000～10000pa时，抑湍室22的体积v1＝(3～5)*s
入口
，缓冲槽24的体积v2＝(2～3)*s
入口
，s
长
/s
短
＝3～4，吐出孔23的总面积s1＝(2～3)*s
入口
。
80.布流箱体18的长度l为1000～2000mm，布流箱体18的宽度w为40～160mm，金属蒸汽管道17的直径d为40～140mm时，抑湍室22的体积v1、缓冲槽24的体积v2、朝布流箱体18宽度向设置的吐出孔23的面积s
短
、朝布流箱体18长度向设置的吐出孔23的面积s
长
、吐出孔23的总面积s1与坩埚13顶部和金属蒸汽管道17连接位置s
入口
的关系如下：
81.当金属蒸汽管道17内的金属蒸汽15压力在50000～100000pa时，抑湍室22的体积v1＝(8～14)*s
入口
，缓冲槽24的体积v2＝(6～8)*s
入口
，s
长
/s
短
＝6～7，吐出孔23的总面积s1＝(5～6)*s
入口
；
82.当金属蒸汽管道17内的金属蒸汽15压力在10000～50000pa时，抑湍室22的体积v1＝(6～8)*s
入口
，缓冲槽24的体积v2＝(4～6)*s
入口
，s
长
/s
短
＝5～6，吐出孔23的总面积s1＝(4～5)*s
入口
；
83.当金属蒸汽管道17内的金属蒸汽15压力在1000～10000pa时，抑湍室22的体积v1＝(3～6)*s
入口
，缓冲槽24的体积v2＝(3～4)*s
入口
，s
长
/s
短
＝4～5，吐出孔23的总面积s1＝(3～4)*s
入口
。
84.稳压板19设置为多孔结构，稳压板19的孔隙总面积s
孔隙总面积
与镀膜喷嘴25的出口位置面积s
出口
之比大于等于0.1，即：
85.s
孔隙总面积
/s
出口
≥0.1。
86.稳压板19上的孔型可以是圆孔、方孔或三角孔等各种形状。
87.稳压板19上的孔隙走向为直线、曲线或者多层结构等各种形式。
88.镀膜喷嘴25的出口设置为狭缝型或多孔型，且镀膜喷嘴25出口位置面积s
出口
与坩埚13顶部和金属蒸汽管道17连接位置s
入口
之比大于等于0.05～5，即：
89.s
出口
/s
入口
≥0.05～5。
90.当镀膜喷嘴25设置为狭缝型时，其线形为直线形或曲线形，当镀膜喷嘴25设置为多孔型时，其线形为矩形、圆形或梯形等各种形状。
91.镀膜喷嘴25的材质可以为：石墨、陶瓷或金属，以及其他可以进行加工的材料。
92.实施例1
93.采用钢板表面蒸镀锌，钢板26宽度为300mm，布流箱体18长度l为300mm，布流箱体18宽度w为60mm，金属蒸汽管道17直径为40mm。钢板26进行清洗干燥后，钢板26加热至150℃。坩埚13采用感应加热器16加热将锌蒸发，并通过控制功率使得坩埚13内的锌蒸汽压力达到60000pa压力，此时调压阀20处于关闭状态。当坩埚13内气体压力到60000pa后，打开调压阀20，金属蒸汽15通过金属蒸汽管道17进入到布流箱体18，布流箱体18中布置多孔管21和稳压板19。
94.多孔管21上的抑湍室22体积v1＝7*s
入口
，布流箱体18内的缓冲槽24体积v2＝5*s入口
,s
长
/s
短
＝3，多孔管21上的吐出孔23面积s1＝3*s
入口
。
95.稳压板19为多孔结构，s
孔隙总面积
/s
出口
＝1.5。
96.镀膜喷嘴25内部工作压力为55000pa，镀膜喷嘴25材质为石墨，镀膜喷嘴25的出口采用狭缝型，为长方形，其中s
出口
/s
入口
＝1.1。
97.实施例2
98.采用钢板表面蒸镀锌，钢板26宽度为600mm，布流箱体18长度l为600mm，布流箱体18宽度w为80mm，金属蒸汽管道17直径为70mm。钢板26进行清洗干燥后，钢板26加热至150℃。坩埚13采用感应加热器16加热将锌蒸发，并通过控制功率使得坩埚13内的锌蒸汽压力达到30000pa压力，此时调压阀20处于关闭状态。当坩埚13内气体压力到30000pa后，打开调压阀20，金属蒸汽15通过金属蒸汽管道17进入到布流箱体18，布流箱体18中布置多孔管21和稳压板19。
99.多孔管21上的抑湍室22体积v1＝6*s
入口
，布流箱体18内的缓冲槽24体积v2＝4*s
入口
,s
长
/s
短
＝4，多孔管21上的吐出孔23面积s1＝3*s
入口
。
100.稳压板19为多孔结构，s
孔隙总面积
/s
出口
＝2.5。
101.镀膜喷嘴25内部工作压力为25000pa，镀膜喷嘴25材质为石墨，镀膜喷嘴25的出口采用狭缝型，为长方形，其中s
出口
/s
入口
＝0.95。
102.实施例3
103.采用钢板表面蒸镀锌，钢板26宽度为1200mm，布流箱体18长度l为1200mm，布流箱体18宽度w为130mm，金属蒸汽管道17直径为100mm。钢板26进行清洗干燥后，钢板26加热至150℃。坩埚13采用感应加热器16加热将锌蒸发，并通过控制功率使得坩埚13内的锌蒸汽压力达到80000pa压力，此时调压阀20处于关闭状态。当坩埚13内气体压力到80000pa后，打开调压阀20，金属蒸汽15通过金属蒸汽管道17进入到布流箱体18，布流箱体18中布置多孔管21和稳压板19。
104.多孔管21上的抑湍室22体积v1＝10*s
入口
，布流箱体18内的缓冲槽24体积v2＝7*s
入口
,s
长
/s
短
＝6，多孔管21上的吐出孔23面积s1＝5*s
入口
。
105.稳压板19为多孔结构，s
孔隙总面积
/s
出口
＝3。
106.镀膜喷嘴25内部工作压力为70000pa，镀膜喷嘴25材质为石墨，镀膜喷嘴25的出口采用狭缝型，为长方形，其中s
出口
/s
入口
＝1.5。
107.本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。