(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成部品、バンド状材料又はツールの表面にコーティングを形成する装置であって、
前記装置において、コーティングを形成するために用いられる少なくとも１つのワイヤー状材料又はバンド状材料（２．１及び／又は２．２）は、直流電流供給源に接続される陽極及び／又は陰極を形成し、
前記ワイヤー状材料又は前記バンド状材料と、前記陽極又は前記陰極との間に電気アークが形成され、
前記ワイヤー状材料又は前記バンド状材料（２．１及び／又は２．２）は、供給装置により供給され、
前記ワイヤー状材料又は前記バンド状材料（２．１及び／又は２．２）の溶解し、かつ／若しくは蒸発した材料は、ガス又はガス混合物のガス噴射（３）により、入口を通ってチャンバ（４）の内部へと流れ、当該チャンバ（４）は、コーティングに用いられる少なくとも１つの材料の蒸発温度又は最も高い蒸発温度を有する材料の蒸発温度と少なくとも同等の温度まで加熱され、
前記材料は、完全に蒸発して、前記チャンバ（４）に設けられた少なくとも１つの開口部（５）を通って流出し、コーティングを形成するように、コーティングが形成される前記構成部品又は前記ツール（６）の表面に衝突し、
蒸発温度を減少させ、かつ／若しくは確実に無酸素状態にするため、前記チャンバ（４）内の圧力は、周囲圧力よりも減少されるか、あるいは、前記チャンバ（４）内の圧力は、最小で水が蒸発する圧力に対応する圧力まで減少され、
前記チャンバはサイクロンセパレーターとして構成されている、ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記チャンバ及び前記開口部（５）の雰囲気は無酸素状態に維持され、酸素を包含しないコーティングが形成される、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記チャンバ（４）は誘導加熱ユニット（８）により加熱され、当該誘導加熱ユニットは、前記チャンバ（４）の周囲に形成されているか、あるいは前記チャンバの壁部に一体化されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
ガス又はガス混合物は、ガス又はガス混合物を加熱するインダクターの加熱領域を通って流れる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記チャンバ（４）の壁部にチャンネル（６）が形成され、
前記チャンネル（６）を通して、蒸発した材料及び蒸発する材料が、延長された通路を通って長い時間に亘って前記開口部（５）の出口まで案内される、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
２つのワイヤー状材料又はバンド状材料（２．１，２．２）は、少なくとも２つの異なる材料及び／又はフラックス入りワイヤーからなる、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記チャンバの壁部は、グラファイトから、又はセラミック材料とグラファイトとの混合物から形成されている、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記チャンバ（４）に複数の開口部（５）が形成されている、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記チャンバ（４）は、長手方向に延びる圧力チャンバによって互いに接続されている、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
コーティングの厚さ及び組成を調整するため、供給されるワイヤー状材料又はバンド状材料（２．１，２．２）の量、オン・オフ操作あるいは複数のアーク（２）を調整し、かつ／若しくはチャンバを調整する、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記ガス噴射の体積流量を調整することにより、アーク溶解プロセス中において溶解する材料の量に対する、蒸発する材料の量を調整する、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
２０００°Ｃを超える温度においてチャンバ（４）を絶縁するため、前記チャンバの壁部のためのグラファイトウールと、酸化アルミニウムで覆われかつ水で冷却される銅製のインダクターと、を組み合わせたものが誘導加熱ユニットに使用される、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記開口部（５）は、円錐状に縮小又は拡大するノズルの形態をなしている、ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
コーティングされるバンド状材料（７）の表面と、前記チャンバ（４）の表面と、の間の距離は、少なくとも前記開口部（５）の領域において、流出する蒸気ガス流の運動エネルギーに応じて調節可能である、ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記セラミック材料は窒化ホウ素である、ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構成部品、バンド状材料又はツールの表面にコーティングを形成する装置に関する。特に、高い耐温度性、耐摩耗性又は耐腐食性の層を形成する異なるコーティングが形成される。
【背景技術】
【０００２】
大きな表面を有する連続したコーティングのために連続して材料（例えば、高速で走行するスチールバンド材料）を供給するために、十分に制御可能なコーティング方法であって、蒸着によりコーティングを形成し、従来のコーティング方法に対して経済的な競争力があり、かつ高融点材料からコーティングを形成するコーティング方法は現在まで存在していない。
【０００３】
したがって、何十年もの間、高機能層（耐摩耗性、光学及び磁気用途、マイクロエレクトロニクス）で構成部品やツールを仕上げるため、バッチプロセスにおいて、負圧を用いて行う蒸着法（例えば、周知の化学蒸着（ＣＶＤ）法及び物理蒸着（ＰＶＤ）法）によりコーティングが行われている。ＣＶＤ法は、前駆体や廃ガスの処理に手間がかかるため、連続的なプロセスにはあまり採用されなかった。一方、今日、多くの分野において、ＰＶＤ法は、フラットな製品（鏡や建築用ガラス）、シート状製品及びロール状製品（包装用フィルム、銅製のシート、アルミニウム製のシート）を仕上げるため必要である。
【０００４】
物理的な方法を用いてコーティング材料を気相に転移させるＰＶＤ法の大きな利点は、例えば、目的とする層のデザインを実現する層の組成及び構造に対して非常に高い適応性を有していることである。したがって、例えば、ヒステリシス損を低減させるため、連続的なプロセスにおいて電気バンドを窒化チタンでコーティングする取り組みや特許の取得が１９８０年代から行われている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、例えば、チタンなどの高融点金属の蒸着の間、電子ビームガンにより蒸発する固体金属や液体金属を収容するためにるつぼが用いられている。上記の場合、るつぼに対して連続的に材料を供給することが問題となる。電子ビームのアクセス上の問題により、るつぼの上方において、コーティングされる構成部品やツールの表面へと、ホットチャネルを通して材料を少ない損失量で供給することができない。結果として、散乱したコーティングが残存するため、このコーティングを瞬時にきれいにし、リサイクルプロセスへと送ることが必要となる。これにより、複雑さが増すとともに、時間が失われるため、上記方法は、生産的に用いることができない。
【０００６】
ＰＶＤ法による亜鉛−マグネシウム合金製の耐腐食層を製造する分野においても、既に十分に確立された技術的解決策が多く存在している。例えば、亜鉛及びマグネシウムの共蒸着又は亜鉛及びマグネシウムからなる交互に連続した複数の層を含む層系の気相堆積が用いられている。さらに、その後行う熱処理を用いることも提案されている。
【０００７】
また、亜鉛コーティング及び亜鉛合金コーティングを含むＰＶＤコーティング法を用いることも周知である。２つのジェットエバポレーター及び１つの混合チャンバを含むシステムが用いられている。エバポレーターにおける金属が誘導加熱され、生成された金属蒸気は、混合チャンバに導かれた後、混合チャンバから走行しているバンド状の構成部品の表面上へと導かれる。この方法は、高速化を許容するが、溶解した材料が多量なため熱的な遅延が著しく、このため、産業上プロセスでの制御が非常に困難なものとなる。さらに、蒸気が接触する全ての表面を、使用する金属の凝縮温度より高く維持しておかなければならず、特に、高融点の金属の場合、ほとんど処理することができない。さらに、限定的な組成を含む金属合金層の生成は、技術的なプロセスの観点から困難である。また、エバポレーターに材料を連続的に供給する上での問題もある。例えば、液体マグネシウムに長時間耐え得る材料は存在しない。
【０００８】
他の方法として電磁浮遊に基づく方法がある。この方法では、ワイヤー材が横向きに石英管内に供給され、保持されている間に、ワイヤー材は、石英管を囲むコイルによって溶解し蒸発する。この方法は、低融点の金属には良好に用いることができるが、高温で溶解する材料の場合、表面上に均一に層を堆積させることができない。さらに、液滴（大きな粒子）が各表面に形成された層に包含される。このような層は、耐腐食層、耐摩耗層及び滑り摩耗が生じやすい層には許容されない。
【０００９】
金属製のワイヤーを小片に切断する方法では、プレートを過熱し、材料をプレート上で瞬時に蒸発させる（いわゆるフラッシュ蒸着）。この方法によれば、材料供給の問題が解消する。しかし、材料が固体相で供給され、かつワイヤーの各片の蒸発温度よりも著しく高い温度が要求されるため、適切な蒸発速度を実現することができない。
【００１０】
同様に十分確立された溶射方法（特に、ワイヤーアーク溶射法の変形プロセス）は、構成部品のバッチ式亜鉛めっき化のために用いられる費用効率が高くかつ柔軟な方法である。この方法では、電気アークは、陽極となったワイヤーと陰極となったワイヤーとの間（又はそのような電極の間）に保持され、ワイヤー端部におけるごく一部の材料を蒸発させ、大部分を液化する。ガス噴射によって、液化した材料がワイヤーの端部から分離され、当該材料が、コーティングが施される表面上へと加速される。溶解した液滴（溶滴）は、非常に小さいため、低温の基材の表面に衝突すると極めて急速に硬化し、前述の方法と比較して非常に多孔質である薄板状の構造体を形成する。したがって、十分な耐腐食性の効果を実現するため、７０μｍ〜１５０μｍの厚さを有する層を堆積させなければならない。バンド状材料のコーティング方法として通常用いられている方法と比較して、要求される層の厚さが１０〜２０倍程度大きく、したがって、溶射は、単に資源効率の観点から、バンド状材料のコーティングや大きな表面を有するコーティングには適していない。さらに、通常、溶射により生成される表面は、自動車の用途としては非常に荒く、そのため、後処理が必要となる。さらに、多くの材料を組み合わせる場合に接着が不完全になるという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、容易に制御及び／又は調整可能な、蒸着を用いた表面のコーティング方法において、特に高い融点を有する材料又は合金系（例えば、鉄、マグネシウム、亜鉛等）の材料を連続的に供給し、高いコーティング速度を実現する装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、上記目的は、請求項１の特徴を有する装置によって実現される。本発明の有利な実施例及び改良形態は、従属クレームに記載の特徴によって実現される。
【００１３】
本発明の装置では、各コーティングを形成するために用いられる少なくとも１つのワイヤー状の材料又はバンド（帯）状の材料が電気アークの影響を受ける領域に供給される。電気アークは、２つのワイヤー状エレメント又はバンド状エレメントの間、あるいは直流電流供給源に接続された陽極と陰極との間に形成される。アークは、ワイヤー状エレメント又はバンド状エレメントの間に形成され、これらのエレメントは、コーティングを形成するために用いられる材料とともに形成される。
【００１４】
したがって、この装置は、スプレーヘッドと同様に構成される。アークからのエネルギーにより溶解しかつ／若しくは蒸発した材料は、ガス又はガス混合物のガス噴射により、入口を通ってチャンバの内部に流入する。チャンバは、所定の温度まで加熱される。この所定の温度は、コーティングに用いられる少なくとも１つの材料の蒸発温度又はそれぞれ最高蒸発温度を有する材料の蒸発温度と少なくとも同等である。これにより、材料は、チャンバにおいて完全に蒸発し、チャンバに設けられた開口部を通して流出する。これにより、蒸発した材料は、構成部品、バンド状材料又はツールのコーティングされる表面に衝突して、コーティングを形成する。
【００１５】
構成部品、バンド状材料又はツールの表面温度は相対的に非常に低いため、衝突する材料は、固体集合状態に推移する。このように複数の材料を用いた場合、その位置において（ｉｎ  ｓｉｔｕ）合金形成が生じ得る。これは、合金を形成することができない材料にとって、又は、他の方法により合金を形成することが非常に困難な材料にとって特に有益である。
【００１６】
酸素を含有するコーティングを望まない場合には、チャンバ内の雰囲気を無酸素状態にする必要がある。供給される材料の蒸発温度を低下させるため及び確実に無酸素状態にするため、チャンバ内の圧力を周囲圧力よりも減少させる必要がある。チャンバ内の圧力は、最小で水が蒸発する圧力に対応する圧力まで減少させることが望ましい。このように、ダストに敏感でない安価な水リングポンプを使用することができる。
【００１７】
材料は、一つ又は複数のワイヤー状材料又はバンド状材料とともに、制御可能な駆動ローラを介して有利に供給される。材料は、周囲条件下で保管され、次いで、望ましくは、連続的なエアロック技術により、真空条件下又は無酸素雰囲気下で生じる蒸着プロセスあるいはアーク溶解プロセスへと送られる。
【００１８】
ここで、フラックス入りワイヤーを含み、異なる厚さ及び組成を有するワイヤー状材料又はバンド状材料が用いられ得る。このように、所望とするあらゆる材料の組成を有する均一な合金層系が、構成部品、バンド状材料又はツールの表面に形成され得る。ガス噴射を供給する複数のアークを用いること、及びチャンバに付与するワイヤー状材料又はバンド状材料を供給することにより、使用される合金の量及び数を実質的に所望のように拡大させることができる。準連続のワイヤーを形成するために、雰囲気条件下で、ワイヤー状材料又はバンド状材料を互いに溶接することにより、数週間に亘っても中断されない作業が確実に行われ得る。
【００１９】
コーティングの形成に用いられるワイヤー状材料又はバンド状材料は、ワイヤー状材料又はバンド状材料と、水により冷却される陰極又は陽極と、の間に形成される電気アークを用いて、溶解され、又は部分的に蒸発する。有利には、ワイヤー状材料は、アークワイヤースプレーヘッドと同様に、互いに対して、あるいは陰極又は陽極に対して平坦（鋭角）な角度で供給される。上記角度は、３０°程度であることが望ましい。しかし、ワイヤー状材料又はバンド状材料を溶解させ、かつ／若しくは蒸発させるためのアークは、少なくとも２つのワイヤー状材料又はバンド状材料の間に形成され得る。次いで、ワイヤー状材料又はバンド状材料は、直流電流供給源に接続される陰極及び陽極を形成する。
【００２０】
しかし、アークは、直流電流供給源の電極に接続されるワイヤー状材料又はバンド状材料と、陰極又は陽極と、の間にも形成され得るものであって、陰極又は陽極の材料はアークによって溶解せず、かつ／もしくは蒸発しない。したがって、直流電流供給源の電極に接続されるワイヤー状材料又はバンド状材料は陰極又は陽極を形成し、補足的な電極（すなわち、陰極又は陽極）が溶解しない材料から形成される。
【００２１】
同時に、望ましくは無酸素のガス噴射（望ましくは窒素又はアルゴン）は、ワイヤー状材料又はバンド状材料の端部又は電気アークの影響領域に配置されたワイヤー状材料又はバンド状材料の端部を長手方向に通過する。ガス噴射は、上記材料の端部の端面から溶解した微小の液滴（しずく）を分離させ、液滴及び結果生じる材料の蒸気をノズル状の開口部を通して排出し、入口を通してチャンバの入口へと送る。
【００２２】
蒸発するワイヤー状材料又はバンド状材料あるいは蒸発する材料（例えば、鉄、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム又はこれらの合金）は、バンド（帯）状又はワイヤー状の形態で存在し、バンドの幅又はワイヤーの直径は数ミリメートル程度である。ワイヤー状材料又はバンド状材料の一方は、直流電流供給源の陽極に接続され、上記材料の他方は、直流電流供給源の陰極に接続される。直流電流供給源は、２０Ａ〜２００Ａの間の電流を１０Ｖ〜８０Ｖの間の電圧で供給することができる。電圧及び電流は、蒸発する材料に応じて選択される。鉄であれば、例えば、Ｕ＝３０Ｖ及びＩ＝８０Ａを用いることができる。接触部は、貫通孔を有するロッドの形態で、良好な伝導性を有する材料（例えば銅）から有利に形成され、孔を通してワイヤー状材料が案内される。これにより、端部が接触するようにワイヤー状材料が良好に案内され、良好な電気接触が行われる。バンド状材料の場合、孔に換えて、スリットを用いてもよい。
【００２３】
ワイヤー状材料又はバンド状材料が直流電流供給源の陽極及び陰極に接続されている場合、電圧を印可すると、ワイヤー状材料又はバンド状材料の端部間において電気アークが点火される。これにより、ワイヤー状材料又はバンド状材料は、少なくとも部分的に溶解し、かつ部分的に蒸発する。したがって、アークを維持している間、供給装置によりワイヤー状材料又はバンド状材料を供給し続けなければならない。有利には、ワイヤー状材料又はバンド状材料及び当該材料を囲む電気接触部は、耐温度性でかつ電気絶縁性のセラミックにより形成されたブロックに保持される。部分的に溶解し、部分的に蒸発した材料を完全に蒸発させるため、部分的に蒸発した材料は、上記材料が反応しないガス（例えば、アルゴン）の流れによりチャンバに向けて分離され、加熱装置において又は加熱装置を通って送られる。有利には、セラミック製のブロックは、ガス、溶解した材料及び蒸発した材料を加熱装置へと損失なく送るために、チューブを介して加熱装置に接続されている。
【００２４】
加熱装置は、有利には、高耐温度性でかつ電気伝導性の材料を含み、特に有利には、グラファイトを含み、円筒形状を有している（るつぼ／チャンバ）。セラミック製のブロックに対する接続チューブは、材料が接線方向に供給されて、るつぼに供給された後に旋回流として旋回するように、取り付けられている。未だ蒸発していない溶解材料の粒子は、ガス状の蒸発した材料よりも高い密度を有する。材料の粒子は、旋回流により、るつぼ内の壁部に向けて外側に送られる。この壁部に沿って、粒子が旋回し、完全な蒸発に要求されるエネルギーをるつぼの熱から吸収する。るつぼにカバーが設けられており、当該カバーの中央に円形のチューブが設けられている。チューブは、るつぼの内部へと軸方向に延びており（ディップチューブ）、両端部が開口している。既に蒸気相となっている材料の一部は、上方に向けてるつぼから流出する。有利には、チューブの上方開口部の上方に、コーティングされる表面が配置されており、この表面は、上記開口部上を連続的に移動する、例えばバンド状の材料である。蒸気の範囲を増加させ、材料の再凝結を防ぐため、有利には、前述した装置が、負圧が存在するチャンバにおいて作動する。原則として、るつぼは、種々の異なる方法により加熱される。誘導加熱が有益である。このため、るつぼは、適合したインピーダンスを有するインダクターにより囲まれており、数ｋＨｚの範囲で有利に作動する。インダクターは、インダクターの熱的及び電気的な絶縁を確実に行う材料によって完全に覆われている。この材料は、例えば、コンクリートである。熱放射による熱の損失を防ぐために、熱絶縁性材料によってるつぼを覆うことが必要である。蒸発する材料の沸点を超えるように、るつぼの温度を選択しなければならない。これは、例えば、亜鉛の場合、１２００℃であり、あるいは既に蒸発した材料は一般的な負圧で相当の蒸気圧を有している（例えば、鉄の場合は２６００℃である）。蒸発速度を増加させるため、及び／又は異なる材料を蒸発させるため、有利には、るつぼは、溶解し蒸発した材料を供給するための前述した複数の装置を備えている。
【００２５】
ワイヤーアーク溶射について周知であり、高溶解能を有する電流供給源は、電気アークを形成するために用いられ得る。使用する材料に応じて異なる形式の電気アークを用いることができる。従来の溶射方法と対照的に、蒸発する材料の可能な限り高い蒸発速度をもたらすことが目的である。これは、ガス噴射の供給中に選択される体積流量を最小化することによってサポートされる。有利には、ガス噴射を形成するガス又はガス混合物は、後続の蒸発プロセスに必要なエネルギー及びガス量を最小限にするため、チャンバ内で予熱されて供給される。これは、例えば、インダクターの加熱領域においてスパイラルを用いることにより行われる。したがって、ガス噴射は、インダクターの影響領域を通って流れて加熱される。
【００２６】
ガス噴射、蒸発した材料及び極めて微細な溶解した液滴の混合物が、加熱されたチャンバに付加される。チャンバ内の温度は、それぞれ高い蒸発温度を有しかつコーティングを形成するために用いられる蒸発した材料の蒸発温度と少なくとも同等である必要がある。これにより、残留する材料の小さな溶解した液滴がチャンバ内で完全に蒸発する。負圧を利用することにより、蒸発温度及び要求されるチャンバの温度を著しく減少させることができる。上記の温度の減少は、そうしなければチャンバの壁部に利用可能な他の適切な材料が存在しなくなるため、いくつかの高融点材料にとって必要であり有益である。最小で水が蒸発する圧力に対応する負圧は、真空状態を作るために、ダストに対して耐性を有しかつ費用効率の良い水リングポンプを用いることができるため有益である。
【００２７】
少なくとも１つのスプレーヘッドがチャンバに設けられているか、あるいは少なくとも１つのスプレーヘッドがチャンバに接続されている。スプレーヘッドは、アーク及びガス噴射を形成するために必要なエレメントを有している。また、ワイヤー状材料又はバンド状材料を供給するためのエレメントは、スプレーヘッドの構成要素であってもよい。
【００２８】
スプレーヘッドは、スプレーヘッドのノズルがチャンバに配置されるように配設されるか、あるいはスプレーヘッドとチャンバ壁部との間にインジェクターチューブが配置される。また、複数のスプレーヘッドをチャンバに配置してもよい。
【００２９】
スプレーヘッドのノズルを通って流出するガス蒸気の小滴流は、蒸発する材料がスプレーヘッドに侵入することを防止する。ノズルにおける集積を防ぐために、スプレーヘッドのノズルの温度は、供給される高融点材料の融点と少なくとも同等にする必要がある。また、ここでは蒸発温度に達する。したがって、ノズル、スプレーヘッド及び場合によりインジェクターチューブは、高耐温度性でかつ絶縁性のセラミック材料から、あるいはグラファイト材料と絶縁性のセラミック材との混合物から形成されることが望ましい。セラミック材料としては、窒化ホウ素が望ましい。望ましくは銅から形成され、水により冷却される接触エレメントは、ワイヤー状材料又はバンド状材料に電気的に接触するため、スプレーヘッドと一体となっている。機械的エネルギー又は流出するガス蒸気の小滴流の幾何学形状は、円錐状に縮小又は拡大したノズル形状に形成された開口部により影響を受ける。
【００３０】
良好な耐温度性、熱伝導性及び電気伝導性により、グラファイトをチャンバ壁部の材料として用いることが望ましい。コーティングを形成するために、蒸発する材料に応じて、溶解に対して耐性のある高耐温度性のセラミック材（例えば、窒化ホウ素）を、望ましくは部分的又は完全なライニングの形態で、鉄及びアルミニウムと組み合わせることが可能である。
【００３１】
チャンバは、好ましくは、誘導加熱を用いて蒸発温度以上に加熱されることが望ましい。２０００℃より高い温度における絶縁のため、グラファイトウールと、酸化アルミニウムでライニングが形成されかつ水で冷却される銅製のインダクターと、を組み合わせることが望ましい。しかし、加熱のために、チャンバの内部又は外部に耐ＣＦＣ性の加熱エレメントを用いてもよい。
【００３２】
要求されるチャンバの温度を最小化し、これと同時に、溶解した液滴がチャンバ内から流出するのを防ぐとともに、液滴が可能な限り長く、加熱されたチャンバの壁部に沿って残留するかあるいはチャンバの壁部に沿って流れることを確実にするため、チャンバの壁部はチャンネルを有する。上記チャンネルは、溶解しかつ／若しくは蒸発した材料が長い通路を通って長い時間に亘って流れるように形成されている。有利には、チャンバの壁部は、サイクロンセパレーターの形態で形成されている。コーティングされる材料は、エアクッション上にあるように、チャンバ内で滑空し（ｇｌｉｄｅ）、ガス及び／又は蒸気の流れにおいて、チャンバ内で形成された蒸気は、コーティングされる表面に全ての蒸気が堆積するように案内される。これは、蒸発した材料を外部へと案内する適切な開口部又はノズル形状を用いることによって有利に調整される。いかなる場合でも、チャンバの壁部と、コーティングされる材料との間の直接的な接触を避ける必要がある。これは、形成されるコーティング及び／又はチャンバ壁部のコーティングにダメージが生じてしまうためである。
【００３３】
構成部品、バンド状材料又はツールの表面にコーティングとして蒸気流を完全に堆積させることが、蒸気が直接衝突する領域において不可能である場合、コーティングに用いられる材料は、チャンバの開口部の上方へとホットチャンネルにより案内される。
【００３４】
チャンバの開口部の上方における蒸気が堆積したコーティングの合金組成は、所望のように制御又は調節される。この制御又は調節は、ワイヤー状材料又はバンド状材料が電気アークに供給される迅速な異なる前進速度を用いることに加えて、適切なアークパラメータ及びオン・オフ操作により行われる。このように、コーティングの形成に使用される蒸発した材料の量は上記コーティングされる表面が移動する前進速度に適応される。
【００３５】
大きな表面領域又は特定の表面領域がコーティングされる場合、１つのチャンバには複数の開口部が設けられ、蒸発した材料は、開口部を通してコーティングされる表面上へと導かれる。また、ガス噴射を供給する複数のアークを設けてもよく、ワイヤー状材料又はバンド状材料が１つのチャンバに存在している。さらに、例えば、長手方向に延在する圧力チャンバにより、互いに接続される複数のチャンバを用いてもよい。
【００３６】
構成部品、バンド状材料又はツールの表面にコーティングが形成される特定の層形成システムでは、電子ビーム蒸着の分野において周知なように、流出する蒸気の付加的な点火装置により層の特性が向上する。
【００３７】
構成部材、バンド状材料又はツールが十分に加熱され、かつ／若しくは蒸気が点火され、場合により加速されると、蒸気が堆積した材料は合金になるか、あるいは、コーティングがベース材料を介して合金になる。
【００３８】
さらに、有利には、流出する蒸気ガス流の運動エネルギーにより、少なくとも開口部の領域において、チャンバの表面に対して、コーティングされるバンド状材料の表面を調節する。これにより、摩擦を著しく減少させるガスクッションが形成され、したがって、より小さい距離が維持され、コーティング材料の損失を減少させるか、あるいは損失を完全に防ぐことができる。
【００３９】
以下において、実施例を参照して本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】構成部品の表面にコーティングを形成するための本発明の装置の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１は、構成部品７の表面にコーティングを形成する装置を示しており、本実施例では、構成部品７は、スチール製のバンド（帯）状の材料である。
【００４２】
ワイヤー状材料２．１及び２．２のうち、一方のワイヤー状材料が直流電流供給源により陰極２．１として形成され、他方のワイヤー状材料が陽極２．２として形成される場合、ワイヤー状材料２．１及び２．２の間にアーク２が形成されるように、ワイヤー状材料２．１及び２．２がドライブローラ（図示せず）によって供給される。これにより、端部の端面が少なくとも溶解し、かつ／あるいは蒸発する。
【００４３】
望ましくは少なくとも６００℃まで加熱され、酸素を含有していないガス又はガス混合物のガス噴射１が所定の体積流量で上記領域に供給される。所定の体積流量は、溶解し、かつ／若しくは蒸発した材料２．１，２．２を、インジェクターチューブ３を通してサイクロンとして構成されたチャンバ４へと送るのに十分な流量である。
【００４４】
チャンバ４の壁部とディップチューブ９との間における少なくとも１つのチャンネル６に旋回流が形成されるように、サイクロンとして構成されたチャンバ４へとガス蒸気小滴混合物が送られる。これにより、溶解した液滴が加熱されたチャンバ４の壁部に堆積して蒸発し、ガス蒸気流がディップチューブ９の領域に配置された開口部５へと送られる。
【００４５】
コーティングされる構成部品７の表面は、開口部５から僅かな距離を隔ててチャンバ４の外側に配置され、コーティングの形成中、適切な前進速度で並進して又は回転するように移動する。これにより、コーティングのために供給された全表面がコーティングされる。
【００４６】
ワイヤー状材料を供給するための供給装置については図示していないが、当該装置は少なくとも２つのローラを用いて供給を行い、少なくとも１つのローラが駆動ローラとなっている。
【００４７】
蒸発した材料と加熱された壁部との間の接触時間を長くするとともに、チャンバ４における滞留時間を長くするため、チャンネル６は、電気アーク２から開口部５まで通路が延びており、かつ旋回流によって溶解した液滴が加熱された壁部に残留するように構成されている。チャンバ４の壁部は、チャンバ４を外側で取り囲む誘導加熱器８によって、チャンバ４に維持された圧力で、コーティングに用いる材料２．１，２．２の蒸発温度よりも高い温度まで加熱されている。このため、コーティングに用いる材料２．１，２．２が開口から流出してコーティングされる構成部品７の表面に衝突する前に、全ての材料２．１，２．２を蒸発させることが可能となる。このように、チャンバ４の壁部を用いたコーティングを実現することができるとともに、コーティングの形成に使用される材料の排出を少なくとも概ね完了させることができる。上記の完全な蒸発により、コーティングに堆積して表面の質を悪化させる液滴の流出を防ぐことができる。チャンバのフロア１０を円錐状にすることにより、温度が不適切に選択された場合であっても、溶解した溶滴の流出を防ぐことができる。
【００４８】
前述したように、材料の完全な蒸発に要求される温度をできる限り減少させるために、チャンバ４内の圧力を雰囲気圧よりも減少させることが必要である。
【００４９】
本実施例では、チャンバ４の壁部はグラファイトから形成されている。溶解がグラファイトに作用する材料の場合、チャンバ４の少なくとも一部は、セラミック材（例えば、窒化ホウ素）によってライニング（裏当て材）が形成される。このように、コーティングを形成するために、純粋なグラファイトとともに使用することができない材料でさえも使用することが可能となる。
【図１】
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