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金屬材料薄板和帶鋼(Sheets and Strips)生產(chǎn)，尤其是鋼鐵材料薄板盤條生產(chǎn)，是國家支柱產(chǎn)業(yè)之一。鍍膜是薄板帶鋼增值的最重要工藝流程之一。目前傳統(tǒng)方法主要有熱浸漬和電鍍。這種連續(xù)生產(chǎn)線設(shè)備投資驚人，往往是進(jìn)口設(shè)備。
與熱浸漬和電鍍相比，真空鍍膜有以下優(yōu)勢：
1、可鍍各種金屬，化合物，陶瓷等
2、鍍膜質(zhì)量好。
3、無環(huán)境污染，屬綠色技術(shù)。
但是金屬薄板帶鋼大面積鍍膜也有其不足：
1、傳統(tǒng)金屬薄板帶鋼大面積鍍膜方法工藝成熟穩(wěn)定，不容易輕易被更換。
2、真空金屬薄板帶鋼大面積鍍膜設(shè)備投資更加大。
3、工藝還待摸索。
雖然金屬真空大面積鍍膜在其它行業(yè)已有廣泛成功地應(yīng)用，如大型玻璃鍍膜，塑料和電容紙卷繞鍍膜，大顯示器鍍膜等。金屬薄板帶鋼大面積鍍膜有其獨(dú)特難點(diǎn)：
1、鍍膜速度要求達(dá)到20微米/秒。
2、薄板帶鋼鍍膜運(yùn)行速度達(dá)幾百米/分。
3、膜層不均勻性達(dá)5%。
4、工件寬度達(dá)一米以上。
5、結(jié)合力好。
6、膜層致密。
7、連續(xù)鍍膜。
8、不間斷鍍膜時(shí)間達(dá)一星期以上。
由以上要求，能適合的真空鍍膜工藝只有電子槍鍍膜和磁控濺射鍍膜。到目前為止，磁控濺射的鍍膜速度還比不上電子槍。所以金屬薄板帶鋼大面積沉研發(fā)目前主要 集中在高速電子槍沉積技術(shù)上(Electron Bean High-rate Deposition，EBHD)。由于金屬薄板帶鋼大面積高速電子束鍍膜技術(shù)十分復(fù)雜，設(shè)備投資巨大，目前世界上只有最富盛名的德國鍍膜研究機(jī)構(gòu)弗勞霍 夫研究院(Fraunhofer Institut)開發(fā)了一條金屬薄板帶鋼大面積高速電子束鍍膜中試生產(chǎn)線。以下將他們的成果作一介紹。
與金屬薄板帶鋼大面積高速電子束鍍膜所需的大功率電子槍相似的電子槍實(shí)際上已有工業(yè)應(yīng)用。如Applied Film和萊寶光學(xué)的大功率電子槍已達(dá)上百千瓦。但金屬薄板帶鋼大面積高速電子束鍍膜還有兩個(gè)更大的挑戰(zhàn)：離子源前處理和等離子體激活蒸發(fā)。
普通光學(xué)鍍膜和其它高檔鍍膜前處理往往采用考夫曼或陽極層離子源。但由于金屬薄板帶鋼大面積高速電子束鍍膜的寬度和工件運(yùn)行速度要求而用不上。
大功率電子槍在高速下沉積的膜微觀結(jié)構(gòu)呈柱簇轉(zhuǎn)，十分疏松，抗腐蝕性極差。自有采用等離子激活蒸發(fā)才能使鍍膜致密，結(jié)合力好。目前等離子激活蒸發(fā)技術(shù)進(jìn)展不錯(cuò)。已經(jīng)有以下三項(xiàng)技術(shù)：
1、無束斑弧流激活沉積(Spotless arc Activiated Deposition，SAD)：大功率電子槍配有特殊的真空弧流裝置。膜料蒸發(fā)最熱點(diǎn)在束流的陰極起點(diǎn)。對于金屬材料，特別是高熔點(diǎn)金屬，陰極起點(diǎn)是一 團(tuán)而不像傳統(tǒng)弧流集中在1平方毫米的一點(diǎn)內(nèi)。由于束流來自蒸發(fā)材料最熱處，因而隨電子束偏轉(zhuǎn)。不用其它輔助裝置就實(shí)現(xiàn)了大面積等離子激活蒸發(fā)鍍膜。當(dāng)?shù)入x 子束流達(dá)幾千安培時(shí)，就可以以微米/秒的速度沉積鈦。
2、棒陰極激活沉積(Rod cathode Activiated Deposition，RAD)：當(dāng)某些金屬和合金在蒸發(fā)狀態(tài)不能生成團(tuán)霧時(shí)，可用棒陰極激活。團(tuán)霧起點(diǎn)在高熔點(diǎn)金屬陰極，如鎢棒端點(diǎn)點(diǎn)起。鎢棒不會(huì)在蒸 發(fā)材料霧化溫度溶化。電子束周期性的加熱坩堝內(nèi)的材料和陰極棒端點(diǎn)。弧流的陽極由坩堝構(gòu)成。蒸發(fā)材料等離子活化實(shí)際上產(chǎn)生在陽極部分。這一方法不需起弧氣 體，而且往往幾個(gè)棒可布置得垂直于運(yùn)行工件，大面積鍍膜就可以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)束流達(dá)幾百安培時(shí)，鍍不銹鋼的速度可達(dá)0.5微米/秒，離子流密度可達(dá)150毫安/ 平方厘米。
3、空心陰極激活沉積(Hollow cathode Activiated Deposition，HAD)：該空心陰極往往平行于工件。這一方法特別適合反應(yīng)鍍膜，如氧化硅和氧化鋁。通常每個(gè)空心陰極束流達(dá)200安培。三氧化二 鋁的沉積速度可達(dá)50~120納米/秒。束流密度達(dá)30~50毫安/平方厘米。
實(shí)際上金屬薄板帶鋼大面積高速電子束鍍膜的最大難點(diǎn)還在前處理離子源。主要是寬度和工件運(yùn)行速度。傳統(tǒng)清洗離子源用不上。弗勞霍夫最近開發(fā)了一種脈沖等離 子激活處理(Pulse plasma Activiated Treatment，PAT)技術(shù)。在接地的工件背后放置一環(huán)形縫隙磁場。磁場穿透被鍍薄板。在薄板另一邊有一柵網(wǎng)空心陽極。陽極處電流以 10~30kHz頻率脈沖。結(jié)果顯示這一裝置可在大面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)15納米/秒的刻蝕速度。
