一种金属微型管材定向电铸法制造技术

本发明专利技术属于微型金属管材技术领域，具体公开了一种金属微型管材定向电铸法。包括制备步骤：1）在基片上通过一次掩模光刻制备第一光刻胶层；2）在第一光刻胶层间隔部分电铸制备第一微型管材图形；3）在第一光刻胶层上进行二次掩模光刻制备第二光刻胶层；4）在第二光刻胶层间隔部分继续电铸制备第二微型管材图形；5）在第二微型管材图形上进行定向电铸装置制备加长微型管材。本发明专利技术可以在基片上直接电铸成型出无缝薄壁微细管，管材横截面和管壁尺寸更加细小，管材综合力学性能良好，强度高，塑性好。同时，本发明专利技术通过可控的电铸时间制得所需长度的微型管材，避免了光刻胶厚度的限制。

【技术实现步骤摘要】
一种金属微型管材定向电铸法
本专利技术涉及微型金属管材领域，特别是一种金属微型管材定向电铸法。
技术介绍
微通道管具有体积小、重量轻、优异的传热性和导电性、良好的抗腐蚀能力、良好的回收循环利用价值、良好的表面质量、良好的耐压性等优点，是高效换热器的理想材料，已经在汽车热交换器领域得到广泛利用，并跻身于商用和工业空调以及制冷领域，航空、航天等高科技产业中具有广阔的应用前景，特别是冷凝器/气体冷却器、蒸发器、油冷器、中冷器、燃油冷却器、工业冷却器、水箱、加热器芯、CO2制冷剂系统应用等领域。通常，管通道当量直径在lμm～1000μm的管材称为微通道管，当量直径在1mm～3mm的管材称为小通道管，当量直径大于3mm的管材为常规管材。在形成终端产品之前，必须严格控制金属的加工工艺过程及参数，确保微型管材几何尺寸的高精度化和材料微观形态的高均匀化，这就对金属材料的加工技术有着很高的要求。目前，加工金属管材常用的方法有钻削、热挤压、激光切割等成型方法。然而在上述加工方法中，细径薄壁微型管材尚难以得到或制得的管材质量较差，不能满足实际使用要求。在文献“HanadaK，MatsuzakiK，HuangX，etal.FabricationofMgalloytubesforbiodegradablestentapplication[J].MaterialsScience&EngineeringC，2013，33（8）：4746-4750.”中提出了制备镁合金微型细管的方法，可以制备出外径为1.5～1.8mm，壁厚为150μm的微型管材。然而，其方法需要经过多道次的拉拔工序，而拉拔工艺比较复杂，对模具精度要求高，小孔径拉拔模具加工困难甚至无法加工（特别是管外径小于500μm时，拉拔模具定径部分无法打磨抛光，表面粗糙），对拉拔润滑、氧化膜厚度、表面粗糙度和产品性能控制等提出了严格要求。因此设计出一种便捷、精密的加工方法对微型金属管材的制备至关重要。准LIGA（Lithography，Electroforming，Molding）技术采用便宜的紫外光作光源，可加工出较高精度的微结构产品，且加工温度较低，使得它在微传感器、微执行器等微结构产品加工中显示出突出的优点。准LIGA工艺制成的金属微结构与Si结构相比，更具韧性，受温度影响小，制作方便，设备成本低，适合于中小型工厂制作各种微结构。此外，微电铸方法制备出的材料晶粒细小，甚至可以达到纳米尺度，因此在制备微结构产品方面，微电铸法具有很大的潜力。尽管准LIGA在加工微结构中展现很大的优势，但是光刻胶厚度的限制引起微型管材难以加工获得，制约了三维微结构的制作。而本专利技术采用定向电铸法，可以避免这一问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，设计了一种金属微型管材定向电铸法，该微型金属管材的横截面形状图形可调，壁厚、长度可控。实现本专利技术上述目的采用的技术方案为：一种金属微型管材定向电铸法，其包括制备步骤：步骤1）：在基片上通过一次掩模光刻制备第一光刻胶层；步骤2）：在第一光刻胶层间隔部分电铸制备第一微型管材图形；步骤3）：在第一光刻胶层上进行二次掩模光刻制备第二光刻胶层；步骤4）：在第二光刻胶层间隔部分继续电铸制备第二微型管材图形；步骤5）：在第二微型管材图形上进行定向电铸装置制备加长微型管材。优选地，步骤1）所述第一光刻胶层厚度与步骤3）所述第二光刻胶层厚度之和大于500μm，所述第二光刻胶层厚度不大于第一光刻胶层的厚度；所述第一光刻胶层厚度与第一微型管材图形的高度相同，所述第二光刻胶层厚度与第二微型管材图形的高度相同。更优选地，步骤1）中所述的第一光刻胶层，通过如下步骤制得：步骤1）：匀胶，通过匀胶机将负性光刻胶甩涂到基片上；步骤2）：曝光，负性光刻胶甩涂完毕后，利用热板对负性光刻胶进行前烘热处理，并在热板上缓慢冷却，最后将遮盖有掩膜版的负性光刻胶基片进行紫外线曝光；步骤3）：显影，对紫外线曝光后的负性光刻胶在热板上进行后烘热处理，然后通过超声显影制得光刻胶微结构，并在热板上进行固化得到光刻胶层。所述的第二光刻胶层，通过如下步骤制得：步骤1）：匀胶，通过匀胶机将负性光刻胶甩涂到第一光刻胶层上；步骤2）：曝光，负性光刻胶甩涂完毕后，利用热板对负性光刻胶进行前烘热处理，并在热板上缓慢冷却，最后将遮盖有掩膜版的负性光刻胶基片再次进行紫外线曝光；步骤3）：显影，对紫外线曝光后的负性光刻胶在热板上进行后烘热处理，然后通过超声显影制得光刻胶微结构，并在热板上进行固化得到第二光刻胶层。其中，在一次掩模光刻制备光刻胶层的步骤中，所述匀胶机的甩胶转速为700～1000rpm、甩胶时间为30s；所述的前烘热处理的条件为95～110℃、90s～200min；所述的后烘热处理的条件为90～120℃、60s～40min；而在二次掩模光刻制备光刻胶层的步骤中，所述匀胶机的甩胶转速为1000～1100rpm、甩胶时间为30s；所述的前烘热处理的条件为95～110℃、90s～90min；所述的后烘热处理的条件为90～120℃、60s～30min。进一步优选地，步骤5）中所述的定向电铸装置，包括渡槽和电源，所述渡槽内设有金属镀液，所述镀液内设有阳极，所述镀液上方设有阴极，所述阴极上方设有步进电机，所述电源负极通过导线与阴极相连接，所述电源正极通过导线与阳极相连接。其中，所述步进电机，其提拉速度优选为0.4μm/min～1.7μm/min；提拉时间优选为2014min～6823min。进一步优选地，步骤5）中所述加长微型管材，管材壁厚为5μm～1000μm，长度为3mm～10mm，管材材料选自铜、镍、钛、铁中的任意一种。进一步优选地，所述第一微型管材图形和第二微型管材图形，其截面为三角形、四边形、圆形、异形中的一种或几种。特别地，本专利技术所述基片，其材质选自304不锈钢、45号钢、铝中的任意一种。特别地，本专利技术所述负性光刻胶选自Su875、AZ10XT、AZPLP60、AZP4903系列光刻胶中的任意一种。与现有微型金属管材加工技术相比，本专利技术的技术优点在于：1）本专利技术提供的方法可以在基片上直接电铸成型出无缝薄壁微细管，管材横截面图形、壁厚取决于可控的掩膜版图案设计的尺寸，管材的最小壁厚可以控制到几微米，管材的横截面最小内切圆直径在lμm～1000μm之间，管材的长度取决于可控的电铸时间。2）本专利技术提供的管材横截面和管壁尺寸更加细小，精度高，本专利技术方法制备出超细管材综合力学性能良好，强度高，塑性好。3）本专利技术提供了一种微型金属管材制备的新方法，克服了现有微型金属管材加工技术中工艺复杂、模具加工困难、定径带处表面形状不规则、表面粗糙、易产生拉拔划痕等缺陷、多道次拉拔所需的真空退火（设备、生产周期）、塑性差、易出现偏心和褶皱、需要多次拉拔、易产生合金应变腐蚀和裂纹根源的拉拔残余应力等不足，可一次成形出多种尺寸的微型金属管材，符合工业上大批量生产要求，成本低。4）本专利技术方法经过二次掩模光刻和二次电铸后，再经定向电铸装置，可制备出加长微型管材，通过可控的电铸时间制得所需长度的微型管材，避免了光刻胶厚度的限制，本专利技术制备方法简单、可控。同时，本专利技术通过二次掩模光刻和二次电铸后，管材初始长度不低于500μm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属微型管材定向电铸法，其特征在于：包括制备步骤：步骤1）：在基片上通过一次掩模光刻制备第一光刻胶层；步骤2）：在第一光刻胶层间隔部分电铸制备第一微型管材图形；步骤3）：在第一光刻胶层上进行二次掩模光刻制备第二光刻胶层；步骤4）：在第二光刻胶层间隔部分继续电铸制备第二微型管材图形；步骤5）：在第二微型管材图形上进行定向电铸装置制备加长微型管材。

【技术特征摘要】
1.一种金属微型管材定向电铸法，其特征在于：包括制备步骤：步骤1）：在基片上通过一次掩模光刻制备第一光刻胶层；步骤2）：在第一光刻胶层间隔部分电铸制备第一微型管材图形；步骤3）：在第一光刻胶层上进行二次掩模光刻制备第二光刻胶层；步骤4）：在第二光刻胶层间隔部分继续电铸制备第二微型管材图形；步骤5）：在第二微型管材图形上进行定向电铸装置制备加长微型管材。2.根据权利要求1所述的一种金属微型管材定向电铸法，其特征在于：所述第一光刻胶层厚度与第二光刻胶层厚度之和大于500μm，所述第二光刻胶层厚度不大于第一光刻胶层的厚度；所述第一光刻胶层厚度与第一微型管材图形的高度相同，所述第二光刻胶层厚度与第二微型管材图形的高度相同。3.根据权利要求1所述的一种金属微型管材定向电铸法，其特征在于：步骤1）中所述的第一光刻胶层，通过如下步骤制得：步骤1）：匀胶，通过匀胶机将负性光刻胶甩涂到基片上；步骤2）：曝光，负性光刻胶甩涂完毕后，利用热板对负性光刻胶进行前烘热处理，并在热板上缓慢冷却，最后将遮盖有掩膜版的负性光刻胶基片进行紫外线曝光；步骤3）：显影，对紫外线曝光后的负性光刻胶在热板上进行后烘热处理，然后通过超声显影制得光刻胶微结构，并在热板上进行固化得到第一光刻胶层；所述的第二光刻胶层，通过如下步骤制得：步骤1）：匀胶，通过匀胶机将负性光刻胶甩涂到第一光刻胶层上；步骤2）：曝光，负性光刻胶甩涂完毕后，利用热板对负性光刻胶进行前烘热处理，并在热板上缓慢冷却，最后将遮盖有掩膜版的负性光刻胶基片再次进行紫外线曝光；步骤3）：显影，对紫外线曝光后的负性光刻胶在热板上进行后烘热处理，然后通过超声显影制得光刻胶微结构，并在热板上进行固化得到第二光刻胶层。4.根据权利要求1所述的一种金属微型管材定向电铸法，其特征在于：步骤5）中所述的定向电铸装置，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新平，高国定，吕久明，何涛，肖美立，
申请(专利权)人：南京理工大学常熟研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32