CN211999948U - 一种电铸金属毛细管用芯模 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电化学加工领域，提供了一种电铸芯模及其用于制造金属毛细管的方法。通过对电铸芯模进行分段处理，以解决当前电铸毛细管脱模困难的问题。芯模分为前端段、凹槽段、夹持段、电铸段、后端段五个部分，除电铸段外均覆盖有电绝缘层。使用时，芯模仍按照传统电铸工艺进行操作，由于电绝缘层的存在，故仅在电铸段覆盖有电铸金属层。电铸后，在芯模的凹槽段处将其剪断，将芯模拆分成单独的段组单元。通过分段处理可将传统的长芯模整体脱模转变为短芯模分段脱模，又因为设有脱模专用的夹持段，更容易在芯模上施加拉力，芯模的断裂更容易控制，从而降低了脱模难度。采用本芯模可在保证电铸毛细管质量的同时，简化脱模操作，提高良率。

Description

一种电铸金属毛细管用芯模

技术领域

本实用新型属于电化学加工技术领域，具体涉及一种电铸金属毛细管用芯模。

背景技术

内径为数百微米以下的金属毛细管在不少行业和领域中有着重要用途，如用作色谱分析管、自动化仪表信号管、电子测试用探针管、光纤联接管、注射用针头等。目前，金属毛细管的制造多采用拉制、冲压成型、静液挤压、电铸等方法。拉制、冲压成型、静液挤压等方式虽各有优势，但都面临共性难题：(1) 厚度均匀性低，精度不高；(2) 无法获得内径非常小的毛细管；(3) 受成形原理限制无法获得内径小且壁厚大的毛细管。但电铸法则在这些方面极具优势。因此，电铸法是制造高性能高精度金属毛细管的主要方法。

电铸是利用金属离子阴极电沉积原理，在原模上沉积一定厚度的金属、合金或复合材料后，将其与原模分离以制取制品的过程，是一种精密特种加工技术。电铸具有复制精度高、材料纯、性能易调控等特点，特别适合于制造大壁厚、高精度、高表面质量、超细内径的金属毛细管。如专利号为200480042540.0的专利提出了金属毛细管的电铸制造方法。它基于长的线状芯模一次性电铸制取一根长的毛细管坯后，然后进行裁切分段，得到最终所需长度的毛细管。这方法尽管芯模成本较低，但其脱模极其困难。从某种程度上讲，电铸制备毛细管管坯比较容易，最大的难题是：电铸后如何把芯模从金属毛坯管内取出，即脱模。脱模是电铸金属毛细管的最大技术挑战。对此，专利号为201680019698.9、201210095159.7等专利提出了一些脱模技术方案，但效果仍然不理想。主要原因是：(1) 金属毛细管坯与线状芯模间的结合力与它们的长度间成线性增大关系，且线状芯模纤细，极易被拉伸断，导致直接通过机械力拉伸来实现整体脱模难度大、成功率非常低；(2) 化学溶解法也无法凑效，这是因为腐蚀液无法克服表面张力而顺利进入毛细管内径深处来持续不断地溶解去除芯模金属。若利用金属间热膨胀系数的不同以热胀冷缩法来脱模，可行性也不大。原因是：热胀冷缩很难让电铸金属与芯模金属间的间隙大到可顺利脱模的程度，尤其长金属毛细管的脱模。此外，采用“柔性非金属或金属丝+过渡金属层”组合体作为电铸芯模，虽易于拉伸脱模，但无法保证毛细管的内径精度。因此，本实用新型提出了一种新的电铸芯模及其于此芯模电铸制造金属毛细管的方法，以达到脱模容易、产品良率高的目的。

发明内容

针对现有电铸制造毛细管所用芯模及脱模工艺的不足，本实用新型提供一种电铸金属毛细管用芯模，并采用该芯模实现金属毛细管的大批量、高效率和高良率生产。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下。

一种电铸芯模，包括金属丝体和电绝缘层；丝体设有夹持段、凹槽段、电铸段、前端段和后端段；凹槽段、夹持段、电铸段成段组地设置在丝体上，形成若干个段组单元；段组单元包括2个凹槽段、2个夹持段和1个电铸段；段组单元内的各段按凹槽段、夹持段、电铸段、夹持段、凹槽段的顺序排列；前端段和后端段分别位于丝体的两末端；前端段、后端段、凹槽段、夹持段的外表面均覆盖有电绝缘层；电铸段的中部外表面覆盖有电绝缘层，覆盖部分的长度为电铸段长度的4/5；丝体的横截面形状为圆形；凹槽段的直径d_凹是电铸段的直径d_铸的1.5~2倍；夹持段的直径d_夹是电铸段的直径d_铸的2~3倍；夹持段、前端段和后端段的直径相等。

所述芯模的丝体的材质为SUS304不锈钢。该材料具有耐腐蚀、韧性好和电铸金属结合力较弱等特点，利于拉伸脱模。

所述芯模的夹持段的长度L_夹为10~20mm。夹持段的设置是为夹具夹紧时预留必要长度。

所述芯模的凹槽段的长度L_凹为1~2mm。该处为段组单元的分割处。

所述芯模的前端段的长度L_前和后端段的长度L_后相等，为20~30mm。前端段和后端段的设置是保证电铸时装夹固定芯模方便。

所述芯模的电铸段的直径d_铸为50~1000μm。

所述芯模的段组单元的个数大于2。

所述芯模的电绝缘层的材质为耐酸碱腐蚀的材料，其厚度为10nm~5μm。电绝缘层是为了防止在前端段、后端段、凹槽段、夹持段的外表面（非电铸金属区）电铸上金属层，以能获得所需的毛细管形状。采用耐酸碱腐蚀材料是为了防止在电铸过程中，电绝缘层与电铸液发生反应，污染电铸液，导致电铸失败。

本实用新型与现有技术相比，主要优点是：在保证电铸毛细管质量的同时，极大地简便脱模操作，且良率高。本专利基于“分段电铸、分段脱模”的新思路，代替了本领域内“先整体电铸后切裁分段”的传统做法，使得脱模变得非常容易，且良率大幅提高。

附图说明

图1是芯模段组单元示意图。

图2是芯模（2个段组单元）示意图。

图3是芯模电铸加工示意图。

图4是段组单元电铸后示意图。

图5是拉伸示意图。

图6是毛细管管坯示意图。

图7是毛细管管坯切断示意图。

图8是毛细管示意图。

图中标号及名称：1、金属丝体；2、电绝缘层；3、夹持段；4、凹槽段；5、电铸段；6、段组单元；7、前端段；8、后端段；9、电铸层；10、夹具；11、毛细管管坯；12、毛细管；13、毛细管管坯端部；b、电绝缘层厚度；L_夹、夹持段长度；L_凹、凹槽段长度；L_前、前端段长度；L_后、后端段长度；d_铸、电铸段直径；d_夹、夹持段直径；d_凹、凹槽段直径；d_前、前端段直径；d_后、后端段直径；D、毛细管直径。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。

本实用新型所述芯模如图1和图2所示，丝体设有夹持段3、凹槽段4、电铸段5、前端段7和后端段8；凹槽段4、夹持段3、电铸段5成段组地设置在丝体1上，形成若干个段组单元6；段组单元6包括2个凹槽段4、2个夹持段3和1个电铸段5；段组单元内的各段按凹槽段4、夹持段3、电铸段5、夹持段3、凹槽段4的顺序排列；前端段7和后端段8分别位于丝体1的两末端；前端段7、后端段8、凹槽段4、夹持段3的外表面均覆盖有电绝缘层2，电绝缘层2的材料选用为耐腐蚀绝缘漆；电铸段5的中部外表面覆盖有电绝缘层2，覆盖部分的长度为电铸段5长度的4/5；丝体1的横截面形状为圆形；凹槽段4的直径d_凹是电铸段5的直径d_铸的1.5倍；夹持段3的直径d_夹是电铸段5的直径d铸的2.5倍；夹持段3、前端段7和后端段8的直径相等。

本实用新型的工作原理如下：

(1)选择由2个段组单元6组成的芯模，其夹持段3长度L_夹为15mm，凹槽段4长度L_凹为2mm，前端段7和后端段8的长度L_前、L_后为25mm，电铸段5的直径d_铸为150μm，电绝缘层2的材料为耐腐蚀绝缘油漆，厚度b为5μm，电绝缘层2覆盖部分的长度为电铸段5长度的4/5，凹槽段4的直径d_凹是电铸段5的直径d_铸的1.5倍,夹持段3的直径d_夹是电铸段5的直径d_铸的2.5倍；

(2)对芯模实施表面修整、除油和除锈处理；

(3)将处理好的芯模在120mL/L硫酸溶液中，于室温下弱浸蚀4分钟后，在重铬酸钾20g/L的溶液中，于室温下钝化15分钟，然后取出用流动冷水冲净并干燥；

(4)将干燥后的芯模放入电铸装置中做阴极，阳极材料为电解镍；

(5)向电铸装置中加入配置好的电铸液，电铸液为氨基磺酸镍（300g/L）、氯化镍（10g/L）、硼酸（35g/L）的混合溶液。采用1A/dm²的电流密度进行电铸，在电铸过程中，溶液温度保持在55℃，pH为4，采用机械搅拌方式搅拌溶液，电铸持续6个小时。此后获得的毛细管管坯11的厚度为55μm。当电铸完成后，取出带有毛细管管坯11的芯模，用清水冲洗干净，并做干燥处理；

(6)剪断芯模的各个凹槽段4，得到两个带有电铸层9的段组单元6；

(7)用精密电子拉力机的夹具10夹住夹持段3，以1N的力增量对段组单元6进行拉伸，直到电铸段5被拉断；

(8)取出被拉断的芯模，得到与电铸段5分离的毛细管管坯11；

(9)对毛细管管坯11两端进行切断处理，并对切断处进行打磨光整处理，得到金属毛细管12；

(10)重复步骤（7）~（9），对另一段组单元进行处理，得到第二根金属毛细管12。

Claims (8)

1.一种电铸芯模，其特征在于：它包括金属丝体（1）和电绝缘层（2）；所述的丝体设有夹持段（3）、凹槽段（4）、电铸段（5）、前端段（7）和后端段（8）；所述的凹槽段（4）、夹持段（3）、电铸段（5）成段组地设置在丝体（1）上，形成若干个段组单元（6）；所述的段组单元（6）包括2个凹槽段（4）、2个夹持段（3）和1个电铸段（5）；所述的段组单元内的各段按凹槽段（4）、夹持段（3）、电铸段（5）、夹持段（3）、凹槽段（4）的顺序排列；所述的前端段（7）和后端段（8）分别位于丝体（1）的两末端；所述的前端段（7）、后端段（8）、凹槽段（4）、夹持段（3）的外表面均覆盖有电绝缘层（2）；所述的电铸段（5）的中部外表面覆盖有电绝缘层（2），覆盖部分的长度为电铸段（5）长度的4/5；所述的丝体（1）的横截面形状为圆形；所述的凹槽段（4）的直径d_凹是电铸段（5）的直径d_铸的1.5~2倍；所述的夹持段（3）的直径d_夹是电铸段（5）的直径d_铸的2~3倍；所述的夹持段（3）、前端段（7）和后端段（8）的直径相等。

2.根据权利要求1所述的一种电铸芯模，其特征在于：所述的丝体（1）的材质为SUS304不锈钢。

3.根据权利要求1所述的一种电铸芯模，其特征在于：所述的夹持段（3）的长度L_夹为10~20mm。

4.根据权利要求1所述的一种电铸芯模，其特征在于：所述的凹槽段（4）的长度L_凹为1~2mm。

5.根据权利要求1所述的一种电铸芯模，其特征在于：所述的前端段（7）的长度L_前和后端段（8）的长度L_后相等，均为20~30mm。

6.根据权利要求1所述的一种电铸芯模，其特征在于：所述的电铸段的直径d_铸为50~1000μm。

7.根据权利要求1所述的一种电铸芯模，其特征在于：所述的段组单元（6）的个数大于2。

8.根据权利要求1所述的一种电铸芯模，其特征在于：所述的电绝缘层（2）的材质为耐酸碱腐蚀的材料，其厚度为10nm~5μm。

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