一种微细线材表面直接涂镀金属层设备及加工方法

摘要

本发明公开了一种微细线材表面直接涂镀金属层设备及其方法，所述设备包括收放线装置、加热装置、涂镀装置、张力控制装置和废气收集装置，收放线装置包括收线系统、放线系统和导轮，加热装置包括石英玻璃管、加热管、退火箱体和烘干箱体，石英玻璃管放置在退火箱体和烘干箱体中并通过支撑座支撑，涂镀装置包括模具底座、模具、导流管和微量泵，张力控制装置包括角位移传感器和导轮，废气收集装置包括收集罩和轴流风扇。本发明避免了电镀或化学镀对环境及操作人员造成了危害，可以对微细线材表面直接涂镀金属层，可以精确控制金属层厚度，提高了微细线材加工效率，线材涂镀后不再经过进一步拉丝加工，确保了镀层均匀性。

说明书

技术领域

本发明属于线材表面处理技术领域，涉及一种线材表面直接涂镀金属层设备及方法，尤其涉及一种微细线材表面直接涂镀金属层设备及加工方法。

背景技术

随着镀银、镀钯、镀锡等微细线材在航空航天线缆，科学实验室用材料、笔记本电脑、手机极细同轴电缆,高张力漆包线,扬声器引出线等领域内的广泛应用，要求金属镀层线材具有均匀的镀层、可控的镀层厚度及更细的直径（直径小于0.02mm），这就对线材表面金属镀层提出更高要求。线材表面金属镀层不均匀导致金属表面电阻增加，严重影响高频信号在线材中的传输效果，镀层厚度控制不精确会提高加工成本，金属涂层线材拉制过程存在断丝频率高、金属镀层脱落等弊端，上述问题严重影响了金属镀层线材在电子、汽车及数据传输等领域内的应用。提高线材表面镀层金属品质、优化金属镀层线材加工工艺是金属镀层微细线材加工中亟待解决的问题。

现有表面涂镀金属微细线材加工采用在线材大直径时采用电镀法和化学镀法涂镀厚金属层，然后经过拉制得到所需直径的微细金属镀层线材，该加工方法存在诸多缺点：1.电镀法和化学镀法都存在氰化物、重金属污染，对环境存在较大影响，加工过程稍微疏忽就会对环境带来灾难性损害；2.电镀法和化学镀法都容易对操作工人造成危害，严重影响工人身心健康；3.电镀或化学镀产品含有重金属及重金属络合物，不能满足环境RoHs规定；4.对大直径表面涂镀金属线材拉丝过程中易将金属镀层拉裂，使金属镀层不能有效附着在线材表面；5.由于是双相金属，该方法加工微细线材时，线材断线率较高，难以将线材加工至0.020mm以下。故上述加工方法存在诸多问题，严重影响了微细金属镀层线材质量，给线材的加工和使用带来不便。

因此，目前迫切需要改变现有的加工方法，以解决目前微细金属镀层线材生产加工中存在的问题。

发明内容

本发明旨在解决目前的微细金属镀层线材加工过程中环境污染、镀层不均匀、镀层不可精确控制及微细金属镀层线材不能加工等问题。

为此，本发明提供一种微细线材表面直接涂镀金属层设备及加工方法，设备包括收放线装置、加热装置、涂镀装置、张力控制装置和废气收集装置，其中，所述收放线装置包括收线系统、放线系统和若干导轮，收线系统和放线系统设置在加热装置下部。所述加热装置包括石英玻璃管、加热管、两个退火箱体、一个烘干箱体，所述退火箱体和烘干箱体均竖向放置，且两个退火箱体分别位于烘干箱体两侧，呈对称分布，石英玻璃管放置在退火箱体和烘干箱体中心的退火管中，并通过支撑底座支撑，所述石英玻璃管可以从上部自由取出，取出时可将退火箱体、烘干箱体倾斜，避免石英管触及设备上方物品。所述涂镀装置固定在加热装置下部，且涂镀装置可以前后、左右四方位调节，确保涂镀装置中模具中心与加热装置中烘干箱体中石英管中心重合，所述涂镀装置包括模具底座、模具、导流管和微量泵，微量泵通过导流管与模具相连，涂镀装置可以前后、左右四方位调节，确保涂镀装置中模具中心与加热装置中烘干箱体中石英管中心重合。所述张力控制装置包括角位移传感器，张力控制装置位于退火箱体上方。所述废气收集装置包括收集罩和轴流风扇，废气收集装置位于加热装置顶部，实现废气收集。

进一步地，所述收放线装置中的收线系统、放线系统为主动收线系统和主动放线系统，采用伺服电机作为驱动，且放线系统位于收线系统下方。

更进一步地，所述退火箱体、烘干箱体可手动倾斜，倾斜后与竖直方向的夹角高于30°，退火箱体、烘干箱体中的加热管采用三段加热方式加热，且每段加热功率可独立控制。

再进一步地，所述涂镀装置中模具底座设有恒温装置，保证模具底座温度在20℃-25℃，并优先选用半导体制冷片控制模具温度，通过粘合剂将半导体制冷片固定在模具底座上。

再进一步地，所述涂镀装置中模具由模具体、入口区、模具孔、输液孔、出口区及模芯组成，且模芯材料优选天然钻石，模具孔直径大于加工线材直径4-5微米，且通过簧片固定在模具底座中。

再更进一步地，所述张力控制装置中的角位移传感器控制张力精度不低于0.1g。

本发明微细线材表面直接涂镀金属层设备的加工方法如下：

（a）通过导流管连接微量泵与模具的输液孔；

（b）待加工线材由放线系统经过导轮垂直通过模具的入口区、模具孔和出口区，在通过烘干箱体中的石英管，然后经过张力控制装置中的角位移传感器及导轮进入退火箱体，最后经过导轮收卷在收线系统上；

（c）开启微量泵，将0.1-0.5ml液态纳米金属通过导流管注入模具，液态纳米金属流量为0.01-0.1ml/分钟；

（d）调整张力控制装置中的张力值，待液态纳米金属注入完成后，开启设备。

进一步，所述加工方法中烘干箱体加热管温度范围为250℃-550℃，退火箱体加热管温度范围为300℃-600℃。

更进一步地，所述加工方法中张力控制装置的张力范围为0.1-20g。

再进一步地，所述加工方法中线材加工速度不低于20m/分钟。

本发明微细线材表面直接涂镀金属层设备的加工方法消除了电镀法和化学镀法中重金属及氰化物对环境及操作工人的危害，解决了线材表面镀层不均匀、镀层厚度不能精确控制及微细金属镀层线材由于双金属无法拉制等问题，为微细金属镀层线材加工设备及方法提出了全新思路。

与现有的设备及工艺相比，本发明微细线材表面直接涂镀金属层设备及方法具有以下优点：

1.采用液态纳米金属，避免了电镀或化学镀对环境及操作人员造成了危害； 

2.采用对拉丝成品线材表面直接涂镀金属，解决了传统方法在大直径电镀或化学镀厚金属层后，双相金属拉丝断线率高的难题； 并可以对超微细线材（线径小于0.016mm）表面直接涂镀金属层；

3. 涂镀金属层厚度可根据模具调整，可以精确控制金属层厚度；

4. 涂镀金属层与线材退火同时进行，提高了微细线材加工效率；

5. 线材涂镀后不再经过进一步拉丝加工，确保了镀层均匀性。

附图说明

图1是本发明微细线材表面直接涂镀金属层设备的结构示意图。

图2 是本发明微细线材表面直接涂镀金属层设备的模具的俯视图。

图3是本发明微细线材表面直接涂镀金属层设备的模具的剖视图。

其中，1、导轮；2、石英玻璃管；3、加热管；4、退火箱体；5、收线系统；6、放线系统；7、微量泵；8、导流管；9、模具底座；10、模具；11、烘干箱体；12、角位移传感器； 13、收集罩；14、轴流风扇；15、支撑座；16、模芯；17、模具体；18、入口区；19、模具孔；20、输液孔；21、出口区。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式，具体实施方式的内容不作为对本发明的保护内容的限制。

本发明涉及一种微细线材表面直接涂镀金属层设备及加工方法，通过所述设备及方法，可以直接对微细线材表面涂镀金属层，消除了电镀法和化学镀法对环境的污染和对操作人员的危害，可得到微细且表面镀层厚度可控的微细表面金属镀层线材。

如图1至3所示，本发明微细线材表面直接涂镀金属层设备包括收放线装置、加热装置、涂镀装置、张力控制装置和废气收集装置，其中，收放线装置包括收线系统5、放线系统6和若干导轮1，收线系统5和放线系统6设置在加热装置下部，收线系统5、放线系统6为主动收线系统和主动放线系统，放线系统6位于收线系统5下方并采用伺服电机作为驱动。所述加热装置包括石英玻璃管2、加热管3、两个退火箱体4和一个烘干箱体11，所述退火箱体4、烘干箱体11竖直方向放置，且两个退火箱体4分别位于烘干箱体11两侧，呈对称分布，石英玻璃管2放置在退火箱体4和烘干箱体11中心的加热管3中，并通过支撑座15支撑，所述石英玻璃管2可以从上部自由取出，取出时可将退火箱体4、烘干箱体11倾斜，避免石英管触及设备上方物品。退火箱体4和烘干箱体11中的加热管3采用三段加热方式加热，并每段加热功率可独立控制。所述涂镀装置包括模具底座9、模具10、导流管8和微量泵7，微量泵7通过导流管8与模具10相连，模具10的孔径直径大于加工线材直径4-5微米，并通过簧片固定在模具底座9中，涂镀装置固定在加热装置下部，做为优选，涂镀装置可以前后、左右四方位调节，确保涂镀装置中模具10中心与加热装置中烘干箱体11加热管3中石英管2中心重合，并将半导体制冷片通过粘结方式粘结在模具底座9中，使得模具底座温度在20℃-25℃之间。所述张力控制装置包括角位移传感器13和导轮1，张力控制装置设置在退火箱体4上方，并通过调整导轮1确保线材位于烘干箱体11石英管、退火箱体4石英管2中心，张力控制装置中的角位移传感器控制张力精度为0.1g。所述废气收集装置包括收集罩13和轴流风扇14，废气收集装置位于加热装置顶部，以实现废气收集。

本发明微细线材表面直接涂镀金属层设备的第一种加工方法如下：

（a）通过导流管8连接微量泵7与模具10的输液孔20；

（b）将直径0.02mm的待加工铜线由放线系统6经过导轮1垂直通过模具10的入口区18、模具孔19和出口区21，模具10孔径为0.024mm，铜线通过烘干箱体11加热管3中的石英管2，加热管的温度为250℃，然后经过张力控制装置中的角位移传感器13及导轮1进入退火箱体4加热管3中的石英管2，加热管的温度为300℃，最后经过导轮1收卷在收线系统5上；

（c）开启微量泵7，将0.1ml液态纳米银通过导流管8注入模具10，模具底座9温度为20℃，液态纳米银注入完成后，开启设备，液态纳米银流量为0.01ml/分钟；

（d）设定张力控制装置的张力范围为0.5g，线材加工速度为50m/分钟。

本发明微细线材表面直接涂镀金属层设备的第二种加工方法如下：

（a）通过导流管8连接微量泵7与模具10的输液孔20；

（b）将直径0.025mm的待加工铜线由放线系统6经过导轮1垂直通过模具10的入口区18、模具孔19和出口区21，模具10孔径为0.030mm，铜线通过烘干箱体11加热管3中的石英管2，加热管的温度为450℃，然后经过张力控制装置中的角位移传感器12及导轮1进入退火箱体4加热管3中的石英管2，加热管的温度为500℃，最后经过导轮1收卷在收线系统5上；

（c）开启微量泵7，将0.3ml液态纳米金通过导流管8注入模具10，模具底座9温度为22℃，液态纳米金注入完成后，开启设备，液态纳米银流量为0.02ml/分钟；

（d）设定张力控制装置的张力范围为2.5g，线材加工速度为100m/分钟。

本发明微细线材表面直接涂镀金属层设备的第三种加工方法如下：

（a）通过导流管8连接微量泵7与模具10的输液孔20；

（b）将直径0.030mm的待加工铜线由放线系统6经过导轮1垂直通过模具10的入口区18、模具孔19和出口区21，模具10孔径为0.035mm，铜线通过烘干箱体11加热管3中的石英管2，加热管的温度为550℃，然后经过张力控制装置中的角位移传感器13及导轮1进入退火箱体4加热管3中的石英管2，加热管的温度为600℃，最后经过导轮1收卷在收线系统5上；

（c）开启微量泵7，将0.5ml液态纳米钯通过导流管8注入模具10，模具底座9温度为25℃，液态纳米钯注入完成后，开启设备，液态纳米钯流量为0.05ml/分钟；

（d）设定张力控制装置的张力范围为5g，线材加工速度为120m/分钟。

本发明微细线材表面直接涂镀金属层设备的第四种加工方法如下：

（a）通过导流管8连接微量泵7与模具10的输液孔20；

（b）将直径0.015mm的待加工银线由放线系统6经过导轮1垂直通过模具10的入口区18、模具孔19和出口区21，模具10孔径为0.019mm，铜线通过烘干箱体11加热管3中的石英管2，加热管的温度为250℃，然后经过张力控制装置中的角位移传感器12及导轮1进入退火箱体4加热管3中的石英管2，加热管的温度为350℃，最后经过导轮1收卷在收线系统5上；

（c）开启微量泵7，将0.1ml液态纳米金通过导流管8注入模具10，模具底座9温度为20℃，液态纳米金注入完成后，开启设备，液态纳米金流量为0.01ml/分钟；

（d）设定张力控制装置的张力范围为0.5g，线材加工速度为50m/分钟。

本发明微细线材表面直接涂镀金属层设备及加工方法能够避免传统电镀行业及化学镀行业对环境的污染、生产安全及线材生产过程中存在的易破裂等问题，确保了线材表面金属镀层均匀，实现了线材表面镀层厚度可控，并且能够实现在极细的线材（线径＜0.016mm）上直接涂镀，解决了传统工艺不能生产极细镀层线材的难题，为微细线材的加工和使用提供了设备保障。

具体实施方式的内容是为了便于本领域技术人员理解和使用本发明而描述的，并不构成对本发明保护内容的限定。本领域技术人员在阅读了本发明的内容之后，可以对本发明进行合适的修改。本发明的保护内容以权利要求的内容为准。在不脱离权利要求的实质内容和保护范围的情况下，对本发明进行的各种修改、变更和替换等都在本发明的保护范围之内。