ES2337552T3 - Deposito en fase de vapor. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la aplicación de un recubrimiento de, como mínimo, dos elementos o compuestos a un sustrato, en el que, como mínimo, un primer y un segundo vapores se depositan en dicho sustrato, siendo dichos vapores estrangulados antes del depósito, con velocidad sónica de flujo en las restricciones de flujo, en el que - bien, como mínimo, uno de los vapores se estrangula antes de la mezcla y los vapores mezclados son estrangulados después de la mezcla, o bien - cada vapor se estrangula antes de la mezcla, y en el que el área superficial de cada restricción y las presiones críticas de todos los flujos de vapor en estas restricciones se seleccionan para controlar los caudales másicos y las proporciones de los vapores.

Description

Depósito en fase de vapor.

La presente invención se refiere a un procedimiento de aplicación de un recubrimiento de, como mínimo, dos elementos a un sustrato con un método de depósito por vapor.

Es conocido en la técnica el depósito de un elemento, tal como un metal, sobre un sustrato para proporcionar un recubrimiento a partir de un vapor del elemento. Frecuentemente, el elemento a depositar es cinc y se deposita regularmente sobre fleje de acero.

Un aparato convencional utilizado para este fin se compone típicamente de un recipiente de evaporación en el que el elemento se vaporiza ante la superficie del sustrato. A veces un canal conduce el vapor del metal a la superficie del sustrato, que discurre frente a la abertura del canal. La evaporación se efectúa típicamente con la ayuda de vacío. El sustrato está relativamente frío en comparación con el vapor, de modo que el vapor se deposita o "des-sublima" sobre éste para formar el recubrimiento objetivo. La transición de fase gaseosa a fase sólida se designa como des-sublimación, mientras que la transición inversa se denota también como sublimación.

En los casos en los que el recubrimiento va a estar formado por un sólo elemento, tal como cinc, el procedimiento descrito anteriormente funciona satisfactoriamente. Sin embargo, en los casos en los que un recubrimiento va a estar formado por dos o más elementos, surgen problemas.

En general, para el depósito de dos elementos, se utiliza un recipiente de evaporación que contiene los dos elementos, o se utilizan dos recipientes, conteniendo cada uno un elemento. En el caso de depósito de más de dos elementos, se utiliza un recipiente o una combinación de recipientes y configuraciones similares. Típicamente, la curva de presión de saturación de vapor de cada uno de los elementos que se utilizan para componer el recubrimiento es muy diferente de la de los otros. Especialmente en el caso en el que se utiliza un recipiente que contiene dos o más elementos, esto genera dificultad para controlar la proporción de vapor y habitualmente se produce una pérdida desproporcionada de un elemento. En el caso en el que se utilizan dos recipientes, se conducen los vapores que se producen en estos recipientes, mediante canales separados, cuando están presentes, hacia el sustrato. Antes de que los vapores alcancen la superficie del sustrato, éstos deben tener una composición predefinida a un caudal predefinido y deben mezclarse bien. Esto es lo que provoca los problemas.

En general, resulta difícil la combinación de dos o más gases o vapores, en flujos y proporciones fijos, que es necesaria para lograr una calidad constante (espesor y composición) del recubrimiento. Debido a las interacciones de los gases, éstos pueden fluir en direcciones no deseadas. Típicamente, la presión de vapor y la temperatura de cada uno de los elementos que se utilizan para componer el recubrimiento son muy diferentes de las de los demás. Como resultado, los vapores y, lo que es más importante, las fuentes de vapor en las cámaras de evaporación se contaminan con los vapores de los demás elementos implicados en el procedimiento de depósito. Además, el vapor que tiene la menor presión de vapor puede impedir depósito conjunto.

Según la presente invención, se ha descubierto que estos problemas asociados con un procedimiento para el depósito por vapor de un recubrimiento, como mínimo, de dos elementos pueden superarse empleando condiciones de estrangulamiento ("choking conditions"). Por consiguiente, la presente invención se refiere a un procedimiento tal como se define en la reivindicación 1.

Cuando se transportan los vapores de los diferentes elementos que se utilizan para realizar el recubrimiento desde de la cámara de evaporación hasta el sustrato en condiciones de estrangulamiento verdaderas, las posibilidades de contaminación de un vapor o una fuente de vapor con otro vapor, si no se eliminan por completo, se reducen significativamente. Además, la utilización de condiciones de estrangulamiento permite un buen control del procedimiento, en particular del flujo de los vapores, y por tanto la uniformidad de la composición y el espesor del recubrimiento.

Cabe señalar que el presente procedimiento puede llevarse a cabo en un modo por lotes, de una manera continua o semicontinua. Los beneficios de la presente invención, sin embargo, son más evidentes en un procedimiento continuo o semicontinuo.

En este momento, se explicará el fenómeno general de estrangulamiento con referencia a la figura 1. Para la derivación de las fórmulas y antecedentes, se hace referencia a los libros de texto estándar.

Se supondrá que un vapor fluye desde un origen a un recipiente (1) a través de una conducción de vapor (2), (3) y a través de una restricción (4) a la ubicación (5). Una restricción es la ubicación con la menor área de sección transversal de flujo que el flujo se encuentra en su camino. Esta área de sección transversal de flujo menor puede adoptar muchas formas alternativas, por ejemplo, una placa perforada con una o más perforaciones, hendiduras, etc. La presión en el recipiente (1) se indica como P1. La presión en el sentido descendente de la restricción (4) es la contrapresión Pb (5). Se supondrá que inicialmente la contrapresión (5) equivale a la presión en el recipiente (1). En ese caso la diferencia de presión sobre la conducción de vapor es cero y, en consecuencia, el flujo es cero. Ahora, si se hace disminuir la contrapresión (5) constantemente, aumenta el caudal y la velocidad en la restricción se hace cada vez mayor. Sin embargo, al llegar a una cierta contrapresión, la velocidad en la restricción (4) se convierte en sónica y el caudal alcanza un máximo. Sónica significa que el número Mach "M", que se define como la velocidad de vapor local dividida por la velocidad local del sonido, llega a la unidad. A continuación, el flujo se estrangula.

La reducción posterior de la contrapresión (5) ya no aumenta el caudal en ningún caso. Las propiedades de un vapor que está fluyendo a Mach 1 se denominan propiedades críticas y se identifican por medio de un asterisco (*). Por lo tanto, una condición para el estrangulamiento es que la contrapresión (5) sea menor o igual que la presión crítica P_{b} < P* en la restricción (4). El caudal en condiciones de estrangulamiento puede expresarse en términos de condiciones de estancamiento en la restricción (4), dadas por la siguiente expresión conocida (1).

1

en la que

\dot{m}= caudal másico [Kg/s]

C = factor de corrección [-], C \approx 0,85 para placas de perforaciones finas

A* = área de la superficie de restricción [m^{2}]

T_{0} = temperatura de estancamiento [K]

\gamma = c_{\rho}/c_{v} la relación de los calores específicos a presión constante y volumen constante [-]

M_{w} = peso molecular [Kg/mol]

R = constante universal de los gases [J/Kg\cdotmol\cdotK]

p* = presión de crítica en la restricción [Pa]

p_{0} = presión de estancamiento [Pa]

\vskip1.000000\baselineskip

La expresión (1) se aplica además para una mezcla de gases, siempre que se incluyan las propiedades de la mezcla adecuadas.

En cualquier punto del dispositivo, el flujo de gas tiene una determinada temperatura, presión, entalpía, etc. Si la velocidad en este punto se hiciera instantáneamente cero (adiabáticamente sin fricción o desaceleración isentrópica), esas propiedades adoptarían nuevos valores, conocidas como sus condiciones de estancamiento e indicadas en las ecuaciones por un cero como índice. Las propiedades críticas del flujo en cierta ubicación pueden estar relacionadas con sus propiedades de estancamiento. Para la presión esta relación viene dada por:

2

Para controlar el procedimiento de depósito es útil relacionar las propiedades de estancamiento y críticas en la restricción (4) y, de este modo, el flujo másico definido por la ecuación 1, con las propiedades en sentido ascendente de la restricción, por ejemplo con las propiedades en el recipiente de evaporación (1). Si el flujo es adiabático sin fricción (isentrópico) en todo el recipiente y la conducción de vapor hasta la restricción, las propiedades de estancamiento son constantes en todas partes, lo que simplifica considerablemente el análisis. Si el flujo no es adiabático sin fricción, las condiciones de estancamiento en diferentes ubicaciones ya no son constantes, pero todavía pueden relacionarse entre sí, para lo cual se hace referencia a los libros de texto estándar. Si se deposita el gas procedente de una restricción de estrangulamiento y no hay pérdidas al ambiente, la velocidad másica del recubrimiento depositado es igual al caudal másico de gas calculado por la ecuación (1), lo que simplifica los cálculos del depósito. En realidad, tiene que ser aceptada una cierta pérdida, que puede ser contabilizado para el cálculo mediante la introducción de un factor de pérdida.

Las relaciones y el procedimiento descritos anteriormente proporcionan un medio para controlar la presión crítica y caudal másico para un valor de diseño determinado, lo que es favorable en un procedimiento de depósito de vapor de acuerdo con la presente invención.

Aunque no es estrictamente necesaria, una simplificación de la relación y el procedimiento descritos anteriormente es de interés y no muy difícil de llevar a cabo.

En primer lugar, como ya se ha mencionado, se consigue una simplificación cuando el flujo es adiabático y sin fricción (isentrópico). Esto puede lograrse calentando las paredes del recipiente y conducción de vapor a una temperatura comparable a la del vapor, minimizando de este modo la interacción de calor. Si las dimensiones de conductos y similares son bastante grandes, las curvaturas son limitadas, las velocidades y gradientes de flujo son bajos y, por lo tanto, pueden reducirse al mínimo los efectos de fricción. Como resultado, se logra que las condiciones de estancamiento sean constantes en el dispositivo desde el punto (1) en el recipiente hasta el punto de la restricción (4).

En segundo lugar, si el flujo es isentrópico y las dimensiones de la fuente de vapor son dimensionadas de tal forma que la velocidad de vapor en el lugar de origen (1) es despreciable, las condiciones de estancamiento en (4) y puntos intermedios, son iguales a las condiciones en el recipiente de evaporación. En este caso la presión de estancamiento es igual a la presión de vapor sobre el metal fundido en el recipiente de evaporación y la temperatura de estancamiento es igual a la temperatura del metal fundido. La presión de vapor sobre el metal fundido en el recipiente está directamente relacionada con la temperatura del metal fundido mediante la curva de presión de saturación, que es conocida o se puede medir. Ahora, la expresión (1) para el caudal en condiciones de estrangulamiento se hace bastante simple, dado que la temperatura y la presión de vapor de la masa fundida pueden sustituirse por la temperatura y la presión de estancamiento. Además, la expresión (2) para la presión crítica se hace simple, porque la presión crítica es ahora proporcional a la presión de vapor sobre el metal fundido.

El material que se utiliza como sustrato es, en principio, no muy crítico. Muchos materiales diferentes podrán dotarse de un recubrimiento según el presente procedimiento. Por supuesto, el material debe ser capaz de soportar las condiciones utilizadas durante el procedimiento, que se refieren principalmente a las temperaturas y presiones a las que se expone inevitablemente el sustrato. Ejemplos típicos de materiales que pueden ser recubiertos son materiales metálicos y cerámicos, vidrio y plástico. Preferentemente, el sustrato está en forma de hoja o lámina.

El sustrato puede someterse a diferentes tratamientos antes y después de que esté recubierto. Estos se pueden elucidar con referencia a una posible instalación del procedimiento que se muestra en la figura 2. Ejemplos de tales tratamientos son limpieza, recocido y similares. En el procedimiento de recubrimiento, el sustrato (6) puede ser alimentado continuamente en una cámara de vacío (7) mediante un mecanismo de sellado y puede recibir tratamientos adicionales, tales como limpieza superficial (8). La dirección de transporte del sustrato está representada por la flecha. Para garantizar una buena adherencia del recubrimiento, se puede controlar la temperatura del sustrato antes y/o durante el depósito. Esto puede hacerse, por ejemplo, mediante la utilización de un calentador de inducción (9) para calentar el sustrato o por calefacción por conducción haciendo pasar al sustrato sobre rodillos (10) o superficies de temperatura controlada.

A continuación, el sustrato pasa a una unidad de depósito (11), en la que recibe el depósito de vapor hasta el espesor deseado del recubrimiento. Pueden existir varias unidades de depósito y unidades de control de sustrato colocadas unas al lado de las otras. Esto permite múltiples depósitos o depósitos a doble cara.

El depósito tiene lugar en una atmósfera controlada para evitar la contaminación del sustrato. La composición del vacío se controla activamente mediante el suministro de un gas inerte, tal como argón, (14) a la cámara y mediante medios de bombeo (15). En el inicio (parada) del procedimiento y en el calentamiento (enfriamiento) del sistema, la presión en la cámara de vacío es del mismo orden o superior a la presión de vapor de las fuentes de vapor (no mostradas) para evitar que los vapores entren en la cámara de vacío y se depositen en el sistema de vacío. Esto puede utilizarse en lugar de válvulas mecánicas en las entradas de vapor (12), (13) o en combinación con las mismas cuando el sistema está listo para comenzar, la cámara se evacúa y las válvulas se abren para que pueda fluir el vapor.

Preferentemente, en el depósito las paredes se calientan lo suficientemente bien como para evitar la condensación prematura o sublimación inversa de los vapores. Preferentemente, las paredes del dispositivo que están en contacto con los vapores deben tener una temperatura igual a la temperatura de los vapores que abandonan la unidad de fusión (el origen de vapor). Se logra el sobrecalentamiento de los vapores llevando las temperaturas de la pared por encima de lo indicado anteriormente. Sin embargo, la cantidad de sobrecalentamiento conseguido de esta manera es bastante incontrolada. Si es necesario el sobrecalentamiento, el sobrecalentamiento del vapor debe realizarse preferentemente de una manera controlada, por ejemplo mediante un intercambiador de calor o, por ejemplo, introduciendo un tapón de conducción poroso en una conducción de vapor por la que discurre el vapor y que se calienta por inducción.

La temperatura del sustrato se controla de tal forma que el sustrato está suficientemente frío para que el vapor se deposite en el sustrato, para evitar que se forme una película líquida y evitar gran parte de la reevaporación de la película, pero lo suficientemente caliente para garantizar la buena adherencia del recubrimiento. Las condiciones, especialmente las temperaturas, pueden ajustarse para los materiales elegidos sobre la base de conocimientos normales de los técnicos.

Cuando se ha completado el depósito hasta el punto deseado, el sustrato puede conducirse fuera de la cámara de vacío mediante un mecanismo de sellado.

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Según la presente invención, el recubrimiento se compone de, como mínimo, dos elementos. En principio, el número de elementos que se utilizan para conseguir el recubrimiento no está restringido por un límite máximo. Sin embargo, la instalación del procedimiento puede volverse bastante complicada cuantos más elementos participen. Teniendo en cuenta las aplicaciones a las que los sustratos recubiertos generalmente van a ser destinados, están involucrados habitualmente no más de tres y, preferentemente, dos elementos. Una combinación típica es cinc y magnesio.

En la presente memoria descriptiva, la palabra elemento no hace referencia necesariamente a elementos puros enumerados en la tabla periódica, sino que además puede referirse a compuestos. Simplemente refleja que la sustancia a la que hace referencia pasará a formar parte del recubrimiento. Generalmente, los vapores se compondrán de compuestos puros.

En una realización preferente, los elementos serán metales. De este modo, el recubrimiento será un recubrimiento metálico, compuesto de una aleación de, como mínimo, dos metales. La elección de los metales utilizados dependerá de las propiedades del recubrimiento deseadas y de la aplicación prevista del sustrato recubierto. Se han obtenido buenos resultados con cinc y magnesio al proporcionar un recubrimiento de una aleación de cinc y magnesio.

Tal como se ha mencionado anteriormente, es un aspecto importante de la presente invención que se utilicen condiciones de estrangulamiento. Las condiciones de estrangulamiento pueden lograrse convenientemente mediante la utilización de restricciones. Estas además permiten el control del flujo másico de los diferentes vapores. Si la contrapresión después de una restricción es inferior o igual a la denominada presión crítica en la restricción, el flujo en la restricción se convierte en sónico (alcanza la velocidad del sonido). En este caso el flujo másico de un vapor está determinado únicamente por la presión de estancamiento en sentido ascendente y el área superficial de la restricción y ya no depende en absoluto de la presión en sentido descendente. Por lo tanto, se simplifica el control sobre el caudal másico y, por lo tanto, el espesor de recubrimiento. Mediante un diseño cuidadoso de la unidad de depósito (prevención de efectos de fricción, choques de interacción calorífica), la presión de estancamiento en sentido ascendente es igual a la presión de vapor sobre la fuente de vapor, por ejemplo, el metal fundido y, de este modo, está determinada únicamente por la temperatura del metal fundido. Por lo tanto, el caudal (espesor de recubrimiento) depende sólo de la temperatura de fusión y del área de la restricción.

En determinadas circunstancias puede ser difícil asegurar que se mantengan las condiciones de estrangulamiento para cada flujo de vapor. Debido a las interacciones de los vapores en sentido descendente y los campos de presión después de las restricciones, puede ser difícil garantizar las condiciones de estrangulamiento para cada restricción. En ese caso los caudales másicos dependen además de la contrapresión y, de este modo, ya no están muy bien definidos. Una parte de la presente invención es la selección de las presiones de vapor en sentido ascendente, de manera que se minimicen las interacciones en sentido descendente de las restricciones. Se ha descubierto que las dificultades en el mantenimiento de las condiciones de estrangulamiento verdaderas pueden ser superadas seleccionando adecuadamente las presiones críticas de todos los flujos de vapor.

De este modo, esta característica de la presente invención se puede explicar por las dos realizaciones siguientes:

Realización 1). Dos vapores se deben mezclar con una restricción de estrangulamiento para el vapor 1 y una restricción de estrangulamiento para el vapor 2. Las condiciones (temperatura de fusión) de cada vapor están seleccionadas ahora de forma que las presiones críticas en las dos restricciones son aproximadamente iguales. Las áreas superficiales de cada restricción se seleccionan de modo que proporcionen los caudales másicos y proporciones de vapor adecua-
dos.

Realización 2). Dos vapores se deben mezclar. Una restricción de estrangulamiento ("a") se utiliza para inyectar vapor 1 a un caudal controlado en el flujo de vapor 2. En este momento, la mezcla de vapor 1 y vapor 2 se alimenta a través de otra restricción de estrangulamiento ("b"), antes del depósito. En este caso el estado del vapor 1 está ahora seleccionado de forma que la presión crítica en restricción 1 es igual o superior a la presión de vapor 2 (restricción "b" en sentido ascendente). Se seleccionan las áreas superficiales de cada restricción para proporcionar los caudales másicos y proporciones de vapor adecuados.

Estos ejemplos pueden extenderse a la mezcla de más de dos vapores.

La restricción o la tobera utilizada para obtener las condiciones de estrangulamiento pueden ser de varios diseños. Típicamente, se utilizan uno o más orificios de estrangulamiento (agujeros o hendiduras) colocados uno al lado del otro a una distancia del sustrato cuidadosamente seleccionada. Se muestran ejemplos en las figuras 3A (dirección de flujo de izquierda a derecha) y 3B (dirección de flujo hacia el papel).

A continuación, se dan detalles adicionales de la presente invención en relación con el depósito (continua o semicontinua) de cinc y magnesio sobre un fleje de acero. Resultará claro que estos ejemplos pueden extenderse al depósito de otros componentes y a más de dos componentes o sólo uno. El principio del procedimiento de depósito de vapor se describe esquemáticamente en la figura 4A. Las restricciones separadas de cinc y magnesio pueden tener varias configuraciones; se muestran ejemplos en la figura 4B.

En el pasado se han encontrado problemas mezclando cinc y magnesio en una proporción fija. Se ha constatado que habitualmente sólo uno de los elementos se deposita más preferentemente en el fleje de acero y se ha encontrado un transporte no uniforme de masa. La principal razón para que esto tenga lugar es una diferencia de presiones de vapor entre el cinc y el magnesio en la posición donde se combinan.

En el caso de que la difusión de magnesio y cinc sea la principal fuerza impulsora para el transporte, esto está provocado por el hecho de que si la presión de vapor de un elemento es mayor que la del otro elemento, el primer elemento fluye hacia el otro elemento. Entonces, se impide al segundo elemento difundirse contra la corriente y, de este modo, se evita que sea depositado eficazmente.

En experimentos pareció que, en el caso de que se colocara un orificio de estrangulamiento de cinc junto a un orificio de magnesio, el flujo másico de magnesio o cinc es menor de lo que se esperaría suponiendo un flujo de estrangulamiento tanto en el orificio del magnesio como en el del cinc. Esto indica que la interacción del flujo se produce después del orificio de cinc y el orificio de magnesio. Dependiendo de las condiciones, por ejemplo, la presión después del orificio de cinc puede ser demasiado elevada para que el orificio de magnesio se convierta en estrangulamiento. En ese caso el flujo másico del magnesio no está bien definido. En otros casos el caudal de cinc es menor de lo previsto.

Las observaciones descritas anteriormente llevan a tres diseños, que se muestran en la figura 5. En lugar de cinc y magnesio como se menciona en la figura 5, puede sustituirse cualquier otro elemento o los elementos pueden intercambiarse. Los diseños pueden ampliarse para cubrir más de 2 elementos.

En la figura 5a (fuera de la presente invención), el caudal de mezcla se controla por una restricción de estrangulamiento en forma de una placa de orificios. La restricción se estrangula. Pueden ser introducidas placas de orificios de no estrangulamiento opcionales para mejorar la distribución de flujo y/o la mezcla. En esta configuración, sólo la mezcla de cinc y magnesio se estrangula. Los flujos de cinc y magnesio independientes no están bajo condiciones de estrangulamiento. Debido a que las presiones de vapor de ambos elementos son diferentes y existe una conexión "abierta" entre los recipientes, el caudal y la composición de la mezcla serán difíciles de controlar. En función de las circunstancias, puede existir un flujo de vapor desde el recipiente que contiene el elemento con mayor presión de vapor hacia el recipiente que contiene el elemento con menor presión de vapor y este flujo puede contrarrestar o incluso impedir la difusión del elemento con menor presión de vapor hacia el lugar de depósito.

La figura 5b muestra una realización preferente de la presente invención. En este caso ambos flujos de cinc y magnesio son controlados por una placa de orificios de estrangulamiento. Esto permite un buen control del caudal y la proporción de ambos elementos. Para minimizar la interacción entre los orificios, las presiones de cinc y magnesio se seleccionan de tal forma que las presiones críticas del cinc y del magnesio en los orificios de estrangulamiento son aproximadamente iguales. Las áreas superficiales de cada restricción son seleccionadas para proporcionar los caudales másicos y proporciones de vapor adecuados. Pueden introducirse placas de orificios de no estrangulamiento opcionales para mejorar la distribución y/o la mezcla del flujo.

La figura 5c muestra una realización muy preferente de la presente invención. En este caso, el flujo de la mezcla y el flujo de uno de los elementos, por ejemplo, magnesio, está controlado por orificios de estrangulamiento. Las presiones de cinc y magnesio se seleccionan de tal manera que la presión crítica del magnesio en el orificio de estrangulamiento es igual o ligeramente superior que la contrapresión después del orificio, que es aproximadamente igual a la presión de cinc. Las áreas superficiales de cada restricción son seleccionadas para dar los caudales másicos y las proporciones de vapor adecuados. Pueden introducirse placas de orificios de no estrangulamiento opcionales para mejorar la distribución y/o la mezcla del flujo.

A continuación la presente invención se ilustra con referencia a dos ejemplos prácticos, el depósito de una aleación de magnesio y cinc, mediante los elementos cinc y magnesio, sobre una fleje de acero. Por supuesto no debe considerarse que estos ejemplos constituyen limitación. Son posibles muchas variaciones, tal como será evidente al técnico en la materia. El dispositivo de depósito es de tipo semicontinuo, véase la figura 7a y figura 7b, es decir, una bobina con flejes de metal, típicamente de unos cien metros de largo, se coloca en una cámara de vacío de tipo por lotes (19) y mecanismos automáticos de desbobinado (16) y bobinado (17) transportan el fleje a la velocidad deseada frente al lugar del depósito (18). La cámara está conectada a una bomba de vacío (no mostrada). En el depósito, la presión en la cámara de vacío es del orden de 1 Pa. El dispositivo de depósito utilizado tiene una velocidad de vapor insignificante en el recipiente de evaporación (20), (21) y existe flujo aproximadamente isentrópico entre el recipiente (20), (21) y la restricción (22), (23), (24), (25), es decir, la presión de estancamiento y la temperatura en la restricción son iguales a la temperatura y la presión en el recipiente de evaporación. La figura 6 da la presión de vapor de saturación del cinc y del magnesio en función de la temperatura, junto con la presión crítica del cinc y del magnesio, calculada con la ecuación (2) (véase anteriormente).

En el ejemplo 1, ilustrado esquemáticamente en la figura 7a, se alimenta vapor de cinc a través de una restricción de estrangulamiento (23) y se alimenta vapor de magnesio a través de una restricción de estrangulamiento independiente (22). Después de las restricciones los dos vapores se unen y se depositan. Las condiciones (temperatura de fusión) de cada vapor se seleccionan de tal manera que la presión crítica en la restricción de cinc es igual a la presión crítica en la restricción de magnesio. Tomando, por ejemplo, la temperatura de fusión del Mg como 770ºC como punto de partida, esto corresponde a una presión crítica de magnesio de 1000 Pa (véase la figura 6). Para lograr la misma presión crítica del cinc, la temperatura de fusión de cinc que debería tomarse es aproximadamente 620ºC. Para obtener un recubrimiento de 5 \mum con 6% de magnesio del peso total a una velocidad de fleje de 2 m/min, se calculó con la ecuación (1) que la superficie eficaz requerida para la restricción de cinc era de 1,27x10^{-4} m^{2} y 1,57x10^{-5} m^{2} para la restricción de magnesio. Utilizando estos valores en el experimento se obtuvo un espesor de recubrimiento de 5,3 \mum con un contenido de magnesio del 6,7% del peso total.

En el ejemplo 2, ilustrado esquemáticamente en la figura 7b, se utiliza una restricción de estrangulamiento (24) para inyectar vapor de magnesio a una velocidad controlada en la conducción de vapor de cinc. La mezcla de cinc-magnesio resultante se alimenta ahora a través de otra restricción de estrangulamiento (25), antes de que se deposite en el fleje. Dado que tal como se ha proyectado el flujo de magnesio es menor que el de cinc, se consideró favorable la inyección de magnesio con una restricción relativamente pequeña en la corriente principal, y no al contrario. El estado del vapor de magnesio está seleccionado de tal forma que la presión crítica del magnesio en la restricción (24) es igual a la presión del cinc en sentido ascendente en el recipiente. Tomando como punto de partida cinc a una temperatura de 524ºC, la correspondiente presión de saturación de cinc en el recipiente es de 317 Pa. Suponiendo que esta presión prevalece además en la conducción de vapor de cinc, la presión crítica de magnesio debe ser favorablemente igual o superior a 317 Pa, que corresponde a una presión de magnesio de 644 Pa y una temperatura de 702ºC. En el experimento se utilizó una temperatura de magnesio de 733ºC. Para obtener 10% en peso de magnesio se calculó con la ecuación (1) que el área superficial efectiva de las restricciones debería ser 3,2x10^{-4} m^{2} para la de cinc-magnesio y 1,57x10^{-5} m^{2} para la de magnesio. El contenido de magnesio en el recubrimiento medido fue en promedio del 13%. De esta manera, el procedimiento descrito proporciona una manera rápida de determinar las condiciones del proceso y la superficie de las restricciones, que pueden ser ajustadas según las necesidades.

Claims (6)

1. Procedimiento para la aplicación de un recubrimiento de, como mínimo, dos elementos o compuestos a un sustrato, en el que, como mínimo, un primer y un segundo vapores se depositan en dicho sustrato, siendo dichos vapores estrangulados antes del depósito, con velocidad sónica de flujo en las restricciones de flujo, en el que

- bien, como mínimo, uno de los vapores se estrangula antes de la mezcla y los vapores mezclados son estrangulados después de la mezcla, o bien

- cada vapor se estrangula antes de la mezcla, y en el que el área superficial de cada restricción y las presiones críticas de todos los flujos de vapor en estas restricciones se seleccionan para controlar los caudales másicos y las proporciones de los vapores.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el sustrato es un sustrato metálico.

3. Procedimiento, según la reivindicación 2, en el que el sustrato es una chapa o fleje de acero.

4. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer y segundo vapores son vapores metálicos.

5. Procedimiento, según la reivindicación 4, en el que el primer vapor es vapor de cinc y el segundo vapor es vapor de magnesio.

6. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las condiciones de estrangulamiento se mantienen mediante el control de las presiones críticas de los vapores para que sean sustancialmente iguales entre sí.