DE69610064T2

DE69610064T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen eines Metallsubstrats

Info

Publication number: DE69610064T2
Application number: DE69610064T
Authority: DE
Inventors: Stephane Lucas; Pierre Vanden Brande; Alain Weymeersch
Original assignee: Cockerill Sambre SA
Current assignee: ArcelorMittal Liege Upstream SA
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 2001-05-03
Anticipated expiration: 2016-12-18
Also published as: DE69610064D1; BE1009839A3; DK0780485T3; EP0780485A1; PT780485E; ATE195982T1; ES2151633T3; GR3034871T3; EP0780485B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines metallischen Substrates, welches in Form eines Endlosbandes, wie beispielsweise eines Stahlbleches, vorliegt, gemäß dem nahe der zu reinigenden Substratoberfläche ein Plasma erzeugt wird, wobei das Substrat in Bezug auf eine Anode, die gegenüber der zu reinigenden Oberfläche angeordnet ist, polarisiert wird.
Ein derartiges Verfahren ist in der Veröffentlichung von S. Schiller et al. mit dem Titel "Pretreatment of metallic substrates with the plasmatron" beschrieben und in "Thin Solid Films" Band 51, Nr. Juni 1978, Seiten 189-196 erschienen. Diese Veröffentlichung beschreibt ein Verfahren zur Vorbehandlung eines metallischen Bandes aus Stahl oder Aluminium durch Magnetronreinigung mittels einer als "Plasmatron" bezeichneten Vorrichtung, mit dem Ziel, die Haftung einer Beschichtung zu fördern, welche auf dem metallischen Band nach dem Vorreinigungsschritt abgeschieden wird.
Ein Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß die Verwendung der als "Plasmatron" bezeichneten Vorrichtung, hohe Ionenstromdichten erfordert, um einen hohen Reinigungswirkungsgrad zu erzielen, was das Verfahren teuer macht.
Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, diesem Nachteil abzuhelfen und ein effizientes Reinigungsverfahren mit einem hohen Wirkungsgrad zu schaffen.
Zu diesem Zweck ist ein erfindungsgemäßes Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma in einer Gasmischung erzeugt wird, welche sich aus einem Inertgas, Wasserstoff und/oder wasserstoffhaltigen Verbindungen zusammensetzt, so daß Radikale und/oder Ionen gebildet werden, wobei der Druck dieses Gases von 13,3 Pa, wenn das Gas zu 100% aus Wasserstoff gebildet wird, bis 0,66 Pa, wenn das Gas aus 100% Inertgas besteht, variiert, wobei dazwischenliegende Drücke dazwischenliegenden Mischungen aus Wasserstoff und/oder wasserstoffhaltigen Verbindungen mit einem Inertgas entsprechen, wobei sich die Verhältnisse von Wasserstoff und/oder wasserstoffhaltigen Verbindungen zu Inertgas im wesentlichen kontinuierlich verringern bei im gleichen Maße abnehmenden "Drücken", und wobei ein Magnetkreis nahe bei dem Substrat, gegenüberliegend zu dessen zu reinigender Oberfläche angeordnet ist.
Es sei festgehalten, daß die Veröffentlichung von Schiller et al. die Verwendung einer Mischung aus einem Inertgas mit Wasserstoff oder einer wasserstoffhaltigen Verbindung unter den definierten Bedingungen mit dem Ziel, eine Magnetronreinigung eines metallischen Bandes bei maximaler Kinetik zu erhalten, nicht erwähnt. Die Notwendigkeit, die Zusammensetzung der gasförmigen Mischung als Funktion des Arbeitsdruckes ändern zu müssen, wird nicht in Betracht gezogen.
In der EP - A - 0535 568 wird ebenfalls ein Verfahren zum Reinigen eines metallischen Substrates beschrieben, jedoch findet die Verwendung einer Mischung aus einem Inertgas mit Wasserstoff oder mit einer wasserstoffhaltigen Verbindung unter den präzisierten Bedingungen der vorliegenden Erfindung ebenfalls keine Erwähnung. In der DD-A-136 047, in der ebenfalls ein derartiges Verfahren beschrieben wird, findet eine Beziehung zwischen der Zusammensetzung der gasförmigen Mischung und des Arbeitsdruckes ebenfalls keine Erwähnung.
In der Druckschrift JP-A-60 174873 Patent Abstracts of Japan, Vol. 10, Nr. 023 (C-325) vom 29.1.86 ist ein Verfahren zum Reinigen eines metallischen Substrates beschrieben, dessen chemische Zusammensetzung sehr variieren kann (Kupfer, eine Kupferlegierung, Eisen oder eine Eisenlegierung), welches negativ polarisiert wird, und wobei von einem Plasma Gebrauch gemacht wird, welches in einer Mischung aus einem Inertgas und Wasserstoff in den Verhältnissen umfassend zwischen 0,1 und 10 Vol.% und bei einem Druck, der höher oder gleich 0,0133 Pa ist, erzeugt wird.
In Anbetracht der stark variierenden gasförmigen Zusammensetzung der Mischung und den zu geringen Gehalten an Wasserstoff (niedriger als 10%) wäre die Kinetik des Reinigens nicht maximal, wenn man das Reinigen eines Weichstahlbleches unter Verwendung eines Magnetkreises, der mit Gleichstrom bei konstanter Leistung betrieben wird, unter den in diesem Dokument vorgeschlagenen Bedingungen durchführen würde.
In der GB-A-2086943 wird ein Verfahren zur Abscheidung auf physikalischem Wege beschrieben, mit dem Ziel, harte und/oder dekorative Abscheidungen auf Stahlsubstraten herzustellen. Dem Beschichtungsschritt geht ein Reinigungsschritt in Mischungen aus Argon und Wasserstoff voraus. Die Reinigung wird mittels einer einfachen Reinigung ohne die Verwendung eines Magnetkreises und bei einer Potentialdifferenz von 1000 V erzielt. Diese Technik erfordert viel längere Reinigungszeiten als diejenigen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt werden, insbesondere bedarf es mehrerer Intervalle von 10 Minuten während es sich im erfindungsgemäßen Verfahren um einige Sekunden handelt.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird das Substrat an dem vorerwähnten Magnetkreis vorbeibewegt, um derart ein kontinuierliches Verfahren erhalten zu können.
Die Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung, die insbesondere die Durchführung des vorerwähnten Verfahrens ermöglicht.
Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt: a) eine Vakuumkammer, b) Mittel, die die Erzeugung eines Plasmas in dieser Kammer ermöglichen und ebenso c) Mittel, die es ermöglichen, die zu reinigende Oberfläche eines in die erwähnte Kammer eingeführten Substrats in Bezug auf eine Anode, die gegenüber der zu reinigenden Oberfläche angeordnet ist, negativ zu polarisieren.
Weitere Einzelheiten und Besonderheiten der Erfindung sind aus der weiter unten gegebenen Beschreibung als nicht beschränkendes Beispiel, einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Bezug auf die Figuren entnehmbar.
Fig. 1 ist eine graphische Darstellung der Reinigungsgeschwindigkeit in Ångstrom (A) je Sekunde als Funktion des Druckes und der Zusammensetzung des gasförmigen Milieus, in dem die Reinigung stattfindet.
Fig. 2 stellt ein Schaubild dar, welches den Verlauf der Konzentration an Wasserdampf im gasförmigen Milieu als Funktion des Druckes und der Zusammensetzung des gasförmigen Milieus worin die Reinigung stattfindet, wiedergibt.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Querschnittes durch eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reinigen eines metallischen Substrates.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines metallischen Substrates, insbesondere eines Stahlbleches, in Hinblick auf seine spätere Bedeckung mit einer Beschichtung. Im Allgemeinen weisen derartige Bleche, die aus Walzwerken stammen, verunreinigende Oberflächenschichten auf, beispielsweise aus Oxiden, die eine schädliche Auswirkung auf die Haftung einer später auf dieses Blech aufgebrachten Beschichtung haben, welche beispielsweise mittels Elektrolyse oder durch Eintauchen in einem Bad aus geschmolzenem Metall aufgebracht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht nun darin, die bekannte Technik der Kathodenzerstäubung auf die zu reinigende Oberfläche eines metallischen Substrates anzuwenden.
So wird gemäß diesem Verfahren nahe dieser Oberfläche, die in Bezug auf eine ihr gegenüber angeordneten Anode negativ polarisiert wird, ein Plasma in einer Mischung aus Wasserstoff, wasserstoffhaltigen Verbindungen und/oder einem Inertgas, beispielsweise Argon, erzeugt, so daß Radikale und/oder Ionen gebildet werden, die auf die zu reinigende Oberfläche einwirken können. Insbesondere handelt es sich um angeregte Spezies in einem kalten Niederdruckplasma in der Größenordnung von 0,133 bis 1333 Pa.
Dieses Plasma wird in der Nähe der Oberfläche des Substrates mittels eines Magnetkreises zur Einschließung von Elektronen aufrechterhalten, der daher vorteilhafterweise nahe dieser Oberfläche hinter dem Substrat angeordnet ist, d. h. an der Seite, die derjenigen gegenüberliegt, wo das Plasma gebildet wird.
Um ein kontinuierliches Verfähren zu erhalten, werden die zu behandelnde Oberfläche und der Magnetkreis relativ gegeneinander bewegt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung bewegt sich das Substrat am Magnetkreis vorbei, wobei der letztere in diesem Fall in einer ortsfesten Stellung gehalten wird.
Die durch die Plasmaentladung entstandenen wasserstoffhaltigen Radikale können durch Reduktion zu Wasserdampf die metallischen Oxide entfernen, während die gebildeten Kohlenstoffderivate in Form von Kohlenwasserstoffverbindungen entfernt werden. Falls die Mischung ein Inertgas, insbesondere Argon, enthält, wird der Reinigungsvorgang in erster Linie durch Ionenbeschuß durchgeführt. Durch diesen mechanischen Effekt kann die zu reinigende Oberfläche aktiviert werden, indem einerseits die adsorbierten Wassermoleküle, die aus der Oxidation der Wasserstoffradikale stammen, und andererseits die Oxide oder Kohlenwasserstoffderivate entfernt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Magnetkreis vom DC Magnetron Typ, d. h. mit Gleichstrom betrieben, und die zu reinigende Oberfläche ist mit der Masse verbunden.
Falls das Substrat aus einer im wesentlichen kontinuierlichen Folie gebildet ist, bewegt sich diese in Bezug auf den Magnetkreis beispielsweise mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 100 bis 500 m/min. vorzugsweise in der Größenordnung von 400 m/min.
Wie bei den klassischen Kathodenzerstäubungsverfahren wird das Inertgas in das in der Kammer 1 gebildete Plasma 2 mittels Einspritzdüsen 11 eingeführt, die gegen das Metallband 4 gerichtet sind.
Der Druckbereich der vorerwähnten Gasmischung kann vorteilhafterweise von 133,3 Pa für ein Gas, welches 100% Wasserstoff und/oder wasserstoffhaltige Verbindungen enthält, bis 0,66 Pa für ein Gas, welches 100% eines Inertgases enthält, variieren wobei dazwischenliegende Drücke, dazwischenliegenden Mischungen aus Wasserstoff und/oder wasserstoffhaltigen Verbindungen mit einem Inertgas entsprechen, wobei sich die Verhältnisse von Wasserstoff und/oder wasserstoffhaltigen Verbindungen zu in Erdgas wesentlichen kontinuierlich verringern, bei in gleichem Maße abnehmenden Drücken.
Die Reinigung eines Weichstahlbleches kann mittels dreier Hauptmechanismen in einer Argon/Wasserstoff-Mischung erklärt werden:
- die Reduktion der Oberflächenschicht aus FeO bei Stählen, die im Allgemeinen eine Dicke von 5 nm aufweist, durch im Plasma aktivierten Wasserstoff gemäß der Gesamtreaktion:
FeO + H&sub2; → Fe + H&sub2;O und
- der Zerstäubung der Oberflächenschicht aus FeO mittels Argonionen, und
- der Zerstäubung von Eisen durch Argonionen.
In dieser Hinsicht wird angemerkt, daß der Wert der Erosionsgeschwindigkeit von FeO im Allgemeinen in der Größenordnung von der Hälfte des entsprechenden Wertes von Eisen bei kathodischer Zerstäubung in 100% Argon beträgt.
Falls die Verunreinigungsschicht aus Eisenoxid gebildet ist, können die wesentlichen Reaktionen, die bei seiner Entfernung eine Rolle spielen, folgendermaßen formuliert werden:
H&sub2; → 2H
Ar → Ar&spplus; + e&supmin;
FeO + 2H → Fe + H&sub2;O↑
Fe + Ar&spplus; + e&supmin; → Ar↑ + Fe
Es wurden Experimente durchgeführt, um die Reinigungsbedingungen zu optimieren, d. h. um die Kinetik der Reinigung zu erhöhen.
Dadurch können gemäß der Erfindung zwei besonders interessante Bereiche unterschieden werden:
Ein Reinigungsbereich bei niederem Druck (Druck < 6,66 Pa, siehe Fig. 1) und ein Reinigungsbereich bei hohem Druck (Druck > 6,66 Pa, siehe ebenso Fig. 1).
Insbesondere läßt die Fig. 1 klar aufscheinen, daß es von Vorteil ist, in Gegenwart von Wasserstoff und mit einem niedrigstmöglichen Druck unter Niederdruckbedingungen zu arbeiten, wobei der Druck P zwischen 0,266 Pa und 6,66 Pa liegt, während es von Vorteil ist, mit einem höchstmöglichen Druck unter Hochdruckbedingungen zu arbeiten. Diesbezüglich wird festgehalten, daß der Druck höher als 22,6 Pa betragen muß, wenn man die im Niederdruckbereich erzielbare maximale Reinigungsgeschwindigkeit übertreffen will.
Fig. 1 ist ausgehend von den kinetischen Gleichungen der Reinigung, die empirisch als Funktion des Druckes und der Zusammensetzung der Gasmischung aufgestellt wurden, erstellt worden. In dieser Figur, ebenso wie in Fig. 2, bezieht sich Kurve "A" auf eine reine Wasserstoffatmosphäre, die Kurve "B" auf eine Atmosphäre, die sich aus 80 % Wasserstoff und 20% Argon zusammensetzt, während die Kurve "C" in Fig. 2 einer Atmosphäre aus Reinargon entspricht.
Im Falle einer Argonatmosphäre ist die maximale Reinigungsgeschwindigkeit durch folgende Gleichung gegeben:
v = -13 · P · Dp + 1,2 · Dp (1)
wobei:
v: Reinigungsgeschwindigkeit (A/s)
P: Gesamtdruck (Pa)
DP: Leistungsdichte (W/cm²)
bedeutet.
Der Betriebsbereich ist folgender:
0,266 Pa < P < 13,3 Pa.
Unterhalb von 0,266 Pa ist die Bildung eines Magnetronplasmas praktisch nicht mehr möglich, während oberhalb von 13,3 Pa die Thermalisierung der Argonionen im Gas so bedeutend wird, daß die Geschwindigkeit der Reinigung mit Reinargon auf Null sinkt. Im Falle einer Wasserstoffatmosphäre ist die maximale Reinigungsgeschwindigkeit durch die folgende Gleichung gegeben:
v = 14,3 · P · Dp (2)
Wenn man sich in Gegenwart von reinem Wasserstoff befindet, entspricht der Bereich der Entladungsstabilität Drücken zwischen 1,33 Pa und 133,3 · 10² Pa.
Wenn man der Mischung mehr als 20% Argon hinzufügt, geht die untere Grenze des Stabilitätsbereiches des Plasmas von 1,33 Pa auf 0,266 Pa. Diesbezüglich wird festgehalten, daß Argon die Niederdruckentladung stabilisiert.
Im Falle einer gemischten Atmosphäre aus Argon und Wasserstoff (mit mehr als 20 · Argon in der Mischung), ist die maximale Reinigungsgeschwindigkeit durch folgende Gleichung gegeben:
v = -25 · P · Dp + 2,43 · Dp (3)
Für einen Bereich der Plasmastabilität, der mit demjenigen einer Atmosphäre aus Reinargon identisch ist, muß der Druck für einen Minimumdurchfluß an Wasserstoff, welcher durch nachfolgende Gleichung gegeben ist, zwischen 0,266 Pa und 13,3 Pa betragen:
QH&sub2; = 22,4 · L · l · v (4)
wobei:
L: Vorteilhafte Länge der Reinigungszone (m)
l: Breite des Bandes (n)
v: Reinigungsgeschwindigkeit: (Å/s)
QH2: (sccm) cm³ pro min.
bedeutet,
und bei einer Wasserstoffkonzentration niedriger oder gleich 80%. Oberhalb von 80% Wasserstoff vermindert sich die Menge des durch Argon zerstäubten Eisens und, sobald der Druck niedriger als 22,6 Pa ist, gelangt man zum Fall des Hochdruckverfahrens unter Wasserstoff das langsamer ist als das Niederdruckverfahren.
Jedoch ist der Gehalt an Wasser in der Gasphase immer niedriger für das Niederdruckverfahren verglichen mit dem Hochdruckverfahren.
Daher muß das Niederdruckverfahren dann gewählt werden, wenn die Durchflußmengen an Wasserstoff begrenzt sind, und ebenso, wenn man keine Fallen verwendet, beispielsweise eine Falle mit Flüssigstickstoff, um den Gehalt an Wasser in der Dampfphase zu verringern. Denn bei niederem Druck lagert sich das von den Argonionen zerstäubte Eisen auf einer Auffangabschirmung ab, die gegenüber des Reinigungsbereiches angeordnet ist (unter der Hypothese, daß diese Fläche der Fläche des zu reinigenden Bereichs äquivalent ist), und reoxidiert sich sofort wenn es in Berührung mit Wasserdampf kommt. Diese Reoxidation des zerstäubten Eisens ermöglicht es, den Wasserdampf zu entfernen, der nun nicht mehr für die Reoxidation des zu reinigenden Bleches zur Verfügung steht.
Dies ist offensichtlich jedoch nicht der Fall, wenn das Eisen nicht durch Argon zerstäubt wird, d. h. bei hohem Druck. In einem derartigen Fall muß man unbedingt den Gehalt an Wasser in der Gasphase verringern, indem man die Durchflußmenge des Gases, insbesondere Wasserstoff, erhöht und/oder indem man Fallen, beispielsweise kalte Wände, anordnet, um das Wasser zu kondensieren.
Daher ist aus dem vorhergehenden ersichtlich, daß für einen gegebenen Druck P des Gasmilieus in der Reinigungskammer, der niedriger als 6,66 Pa ist, d. h. unter Niederdruckbedingungen, die optimale Reinigung unter Verwendung einer Pumpanordnung erhalten wird, die derart ausgelegt ist, daß "P" von 0,26 Pa bis 6,66 Pa variieren kann und vorzugsweise in der Größenordnung von 0,66 Pa ist, um ein stabiles Plasma zu erhalten. Selbstverständlich bedarf es einer genügenden Durchflußmenge Wasserstoff "QH2" die ausreicht, um die gesamte FeO-Schicht, die an der Oberfläche des zu reinigenden Metallbandes vorhanden ist, im wesentlichen zu reduzieren, und dabei der Beziehung QH&sub2; > 22,4 · L · l · v (siehe Gleichung 4) bei einer maximal zulässigen Bahngeschwindigkeit zu genügen, und wobei die Durchflußmenge an Argon derart fixiert ist, daß der Gehalt an Wasserstoff weniger als 80% beträgt. Diesbezüglich dient als allgemeine Angabe, mit zwischen 20 und 50% Wasserstoff zu arbeiten. Es ist wichtig festzuhalten, daß unter den Arbeitsbedingungen das gereinigte Blech im Allgemeinen nicht gegen eine starke Wiederkontaminierung durch das während der Reduktion von FeO durch Wasserstoff erzeugte Wasser empfindlich ist. Das Wasser reoxidiert sofort das zerstäubte Eisen auf der Abschirmung der verwendeten Vorrichtung, die der Reinigungszone gegenüberliegt.
Bei einem Druck P des Gasmilieus in der Reinigungskammer, der größer als 6,66 Pa ist, d. h. unter "Hochdruckbedingungen", wird eine optimale Reinigung durch die Verwendung einer Pumpanordnung erzielt, die derart ausgelegt ist, daß P von 22,6 Pa bis 6665 Pa variiert, und vorzugsweise in der Größenordnung von 133,3 Pa liegt, damit die Reinigungsgeschwindigkeit den Maximalwert übertrifft, der in der vorstehend definierten, als Niederdruck bezeichneten, Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt wird.
Wie schon vorstehend erwähnt, ist es nötig, daß die Durchflußmenge an Wasserstoff "QH2", die ausreicht, um im Wesentlichen die gesamte Schicht aus FeO, die auf der Oberfläche des zu reinigenden metallischen Bandes vorliegt, zu reduzieren, der gleichen Beziehung genügt, wie bei der als "Niederdruckbedingung" bezeichnete Ausführungsform.
Im Gegensatz zur vorhergehenden Ausführungsform ist die als "Hochdruckbedingungen" bezeichnete Ausführungsform bezüglich einer Wiederkontaminierung des gereinigten Bandes durch das während der Eisenreduktion durch Wasserstoff entstandene Wasser empfindlich. Um diese Wiederkontaminierung zu vermindern, kann man, wie schon oben erwähnt wurde, die Durchflußmenge des Gases erhöhen und eventuell Fallen anordnen, beispielsweise in Form von kalten Wandungen, um den gebildeten Wasserdampf kondensieren zu lassen.
Die zwei oben beschriebenen Ausführungsformen sind weiter durch das nachstehende konkrete Ausführungsbeispiel illustriert.

Beispiel 1

Hier handelt es sich um ein Beispiel, das unter Niederdruckbedingungen durchgeführt wurde.
VL (Bahngeschwindigkeit) = 150 m/min.
L (Länge der Behandlung/Fläche) = 2 m
1 (Länge des Bandes) = 1 m
Dp = 26 W/cm²
Mischung: Ar + H&sub2; P = 0,66 Pa
Reinigungsgeschwindigkeit = 60 Δ/s
Minimale Durchflußmenge an Wasserstoff: 2600 sccm
Durchflußmenge an Argon: 3000 sccm
Wasserkonzentration: 2 Vol.% H&sub2;O
Die Wasserkonzentration hängt von der gesamten Durchflußmenge und dem Vorhandensein von kalten Wandungen ab. Ohne kalte Wandungen betrug der Gehalt an Wasser im Gas 10% bei einer gesamten Durchflußmenge von (Ar + H&sub2;) = 27500 sccm.
In dem Beispiel bedeutet "sccm" "Standardkubikzentimeter pro Minute", wobei der Begriff "Standard" den Arbeitsbedingungen von einer Atmosphäre bei 298 K entspricht. Daher entspricht 1 sccm 1,69 l/s oder weiter 4,46 · 10¹&sup7; Molekülen/sec.
Fig. 3 zeigt eine besondere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, wobei ein metallisches Band im Wesentlichen kontinuierlich an einem Magnetkreis vorbeibewegt wird. Die Vorrichtung umfasst eine Vakuumkammer 1, allgemein an sich bekannte Mittel, die es ermöglichen, in dieser Kammer 1 ein Plasma 2 zu erzeugen, und Mittel, die es erlauben, die zu reinigende Oberfläche 3, eines metallischen Bandes 4, welches das Substrat bildet, negativ in Bezug auf eine Anode 5, die gegenüber dieser Oberfläche 3 angeordnet ist, zu polarisieren.
Ein Magnetkreis 6 ist in Bezug auf die Anode 5 an der der zu reinigenden Oberfläche 3 des Bandes 4 gegenüberliegenden Seite, angeordnet.
In dieser besonderen Ausführungsform ist das metallische Band 4 mit seiner zu reinigenden Oberfläche 3, die nach außen gerichtet ist, gegen ein Teil der zylindrischen Wandung einer Hohltrommel 7, die sich um ihre Achse 8 im Sinne des Pfeiles 9 dreht, angebracht, wobei dieses Band 4, einer kontinuierlichen Translationsbewegung folgend, in der Richtung des Pfeiles 10 mitgezogen wird.
Der Magnetkreis 6 ist in der Nähe der zylindrischen Wandung und im Bezug auf den jeweiligen Teil dieser Wandung, gegen den das Band 4 angedrückt ist, ortsfest im Inneren der Trommel 7 montiert. Falls notwendig, kann die Trommel 7 im Innern in der Höhe des Magnetkreises, beispielsweise mit Wasser gekühlt, werden. Derartige Mittel zum Kühlen sind jedoch nicht in der Fig. 3 dargestellt.
Der Magnetkreis 6 besteht aus einer Abfolge von Magneten, die, wie in Fig. 3 gezeigt, alternierend nach Norden "N" und Süden "S" angeordnet sind, und wobei die Trommel selbst negativ polarisiert ist. Diese ist vorzugsweise in einem nicht feromagnetischen Material ausgebildet.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung können die Trommel 7 und demzufolge auch das sich ihr gegenüber vorbei bewegende Band 4 mit Masse verbunden werden, während die Wandungen der Kammer 1 mit einem wechselnden Potential verbunden werden können.
Nachfolgend ist ein konkretes Beispiel der Anwendung dieser Vorrichtung zum Reinigen eines Weichstahlbleches angeführt, wobei die zu reinigende Oberfläche 3 eine Schicht Eisenoxid mit einer Dicke von 5 nm, aufweist.
Dieses Blech wird in die Kammer 1 einer Vorrichtung mittels der Trommel 7, die um ihre Achse 8 rotiert, eingeführt, wobei das Blech eine Bahngeschwindigkeit in der Größenordnung von 400 m/min. aufweist. Die Abmessungen der Kammer 1 sind derart gewählt, daß die Länge des zu behandelnden Bereiches des Bleches 4 in seiner Fortbewegungsrichtung bezüglich der Trommel 7 in der Größenordnung von 2 m ist, so daß die Behandlungszeit 0,3 sec. entspricht.
Es wurde bei der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung festgestellt, daß die auf der Oberfläche des Bleches vorhandene Oxidschicht in einer Mischung aus Argon und Wasserstoff bei niedrigem Druck entfernt werden kann, indem dieses Blech bei einer Leistungsdichte von 40 W/cm² gehalten wird.
In manchen Fällen, kann es jedoch vorkommen, daß das metallische Band 4 sich in einer geradlinigen Bewegung fortbewegt, beispielsweise oberhalb eines ebenen Trägers, unter dem der Magnetkreis montiert ist. Das Verfahren kann vorteilhafterweise dazu verwendet werden, um Kontaminationsschichten unterschiedlichster Art zu entfernen, insbesondere in Anbetracht der Tatsache, daß diese Entfernung ausschließlich auf mechanische Art und Weise, insbesondere durch die Ionen des Inertgases, durchgeführt werden kann. Die Dicke der Kontaminierungsschicht kann beispielsweise zwischen 1 und 50 nm variieren, insbesondere wenn diese im Wesentlichen aus Eisenoxid besteht. An sich ebenfalls bekannte mechanische Mittel können vorgesehen sein, um die vom metallischen Band entfernten Kontaminierungspartikel abzuführen.

Claims

1. Verfahren zum Reinigen eines metallischen Substrates, welches in Form eines Endlosbandes, wie beispielsweise eines Stahlbleches, vorliegt, gemäß dem nahe der zu reinigenden Substratoberfläche ein Plasma geschaffen wird,

wobei das Substrat in Bezug auf eine Anode, die gegenüber der zu reinigenden Oberfläche angeordnet ist, negativ polarisiert wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Plasma in einer Gasmischung erzeugt wird, welche sich aus einem Inertgas, Wasserstoff und/oder wasserstoffhaltigen Verbindungen zusammensetzt,

so dass Radikale und/oder Ionen gebildet werden,

wobei der Druck dieses Gases von 13,3 Pa, wenn das Gas zu 100% aus Wasserstoff gebildet wird, bis 0,66 Pa, wenn das Gas aus 100% Inertgas besteht, variiert,

wobei dazwischen liegende Drücke dazwischen liegenden Mischungen aus Wasserstoff und/oder wasserstoffhaltigen Verbindungen mit einem Inertgas entsprechen,

und wobei sich die Verhältnisse von Wasserstoff und/oder den wasserstoffhaltigen Verbindungen zu Inertgas im wesentlichen kontinuierlich verringern, bei im gleichen Maße abnehmende "Drücke",

und wobei ein Magnetkreis nahe bei dem Substrat gegenüberliegend zu dessen zu reinigender Oberfläche angeordnet ist.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorerwähnte Oberfläche und der Magnetkreis relativ gegeneinander versetzt werden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat an dem vorerwähnten Magnetkreis vorbei bewegt wird.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Substrat verwendet wird, welches aus einer im wesentlichen kontinuierlichen Folie gebildet ist, die sich in Bezug auf den Magnetkreis bewegt, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 300 bis 500 m/min. vorzugsweise in der Größenordnung von 400 m/min.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma bei einem Druck von 13,3 bis 1333 Pa der gebildeten Radikale und/oder Ionen erzeugt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorerwähnte zu reinigende Oberfläche mit der Masse verbunden wird.