CN112030027B

CN112030027B - 一种多功能感应铝合金机械手材料的制备方法

Info

Publication number: CN112030027B
Application number: CN202010911365.5A
Authority: CN
Inventors: 伍小波; 方海英; 殷秀敏; 张林海
Original assignee: Ningbo Wuka Technology Co ltd
Current assignee: Ningbo Wuka Technology Co ltd
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2040-09-02
Also published as: CN112030027A

Abstract

本发明涉及功能材料技术领域，具体公开了一种多功能感应铝合金机械手材料的制备方法，原材料包括A粉、B粉和C粉，其中A粉为铝合金粉末，B粉为感应功能粉，C粉为耐磨粉；将上述A粉、B粉和C粉分别进行高分散处理，分散时转速为10000‑15000rpm；将分散后的A粉在模具中进行热压，形成A胚，以A胚为胚核，将分散后的B粉包覆在A胚的表面，进行热压，形成A@B胚，对A@B胚进行电镀后，再将分散后的C粉包覆在A@B胚的表面，再次进行热压，得到A@B@C胚；将A@B@C胚进行烧结，后进行时效处理。采用本发明的铝合金材料制备的机械手具备灵活度高、敏感度高、耐磨性高和耐腐蚀性能高的效果。

Description

一种多功能感应铝合金机械手材料的制备方法

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，特别涉及一种多功能感应铝合金机械手材料的制备方法。

背景技术

机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。

高精机械手是目前工业生产过程中重要的工具，尤其精细工作，为了使机械手能准确定位，机械手的上下可调距离、温度、力量、变形度等有严格要求，因此机械手整体精度要求较高，机械手材料属难设计、难制备件，尤其是机械手指材料，细小的同时对灵活度、敏感度、耐磨性、耐腐蚀性等有高要求。

在当前机械手材料中，结构材料与功能材料一般采用分开成型并焊接或拼接一体法式组装。这样的组装方式常常在使用一段时间后出现敏感误差大，组装体积过大，耐磨性差，功能材料腐蚀性不达标，耐高温性能差等一系列问题，同时在服役过程中还存在怠速不稳、飞车、电压信号失真等技术难题。

发明内容

本发明提供了一种多功能感应铝合金机械手材料的制备方法，以解决现有技术中结构材料与功能材料采用分开成型并焊接或拼接的方式组装出现腐蚀性不达标、耐高温性能差等问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种多功能感应铝合金机械手材料的制备方法，原材料包括A粉、B粉和C粉，其中A粉为铝合金粉末，B粉为感应功能粉，C粉为耐磨粉；

包括以下步骤：

步骤1：将上述A粉、B粉和C粉分别进行高分散处理，分散时转速为10000-15000rpm；

步骤2：将步骤1中分散后的A粉在模具中进行热压，形成A胚，以A胚为胚核，将分散后的B粉包覆在A胚的表面，进行热压，形成A@B胚，对A@B胚进行电镀后，再将分散后的C粉包覆在A@B胚的表面，再次进行热压，得到A@B@C胚；

步骤3：将步骤2得到的A@B@C胚进行烧结，后进行时效处理。

本技术方案的技术原理和效果在于：

采用本方案的制备方法，将机械手所需的结构材料与功能材料进行处理得到一体化的多功能铝合金机材料，这样减少焊接与组装等步骤，且这样制备的材料通过实验证明其制备的机械手灵活度、敏感度、耐磨性和耐腐蚀性能均有所提高。

进一步，所述B粉为锗、砷化镓、锑化铟、碲化铅、硫化镉与氧化铁、氧化锡、氧化锌、氧化锆、氧化钛、氧化铝、钛酸钡、锰、铬中的两种或多种。

有益效果：上述粉体均能够进行增磁或消磁处理。

进一步，所述C粉包括碳化硅、碳化钛、碳氮化钛、氮化钛、二氧化硅、硅中的一种或多种。

有益效果：上述粉末均具备耐磨性能良好的作用。

进一步，所述步骤1中A粉、B粉和C粉在高分散之前进行破碎处理，同时B粉在破碎之前在保护气氛下进行了固溶处理，固溶处理的温度为1150℃，时间为2h。

有益效果：对A粉、B粉和C粉进行破碎处理，一方面可去除粉末表面的氧化膜；另一方面则是为了形成新的界面、引起缺陷以及激发活化能，为下一步的化学反应降低化学反应能垒；另外B粉进行固溶处理的目的是为了形成中间合金。

进一步，所述步骤1中B粉在完成高分散处理之后，进行了包覆处理，具体为，将硅烷偶联剂、酒精与聚乙二醇的复合物加入高分散后的B粉中，搅拌均匀。

有益效果：通过将硅烷偶联剂包覆在B粉的表面上，可分散B粉颗粒防止其在后续烧结过程中团聚与生长，同时包覆后的B粉也利于步骤2的热压成型，且在后续烧结过程中硅烷偶联剂、酒精与聚乙二醇能够直接脱出，对产品的成分不会产生影响。

进一步，所述步骤2中的A粉在压制前，与稀土元素、二氧化锆球、聚乙二醇以及酒精，在气氛保护下进行球磨，球磨后进行过滤和真空干燥，所述稀土元素为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、铒、铥、镱中的一种或多种。

有益效果：稀土元素的添加主要起到细化晶粒、净化界面、形成中间化合物等作用，以提升铝基材料的性能。

进一步，所述步骤2中热压的温度为120～400℃，热压时间为0.5～4h。

有益效果：该参数下得到的材料性能最佳。

进一步，所述步骤3中烧结的温度为700～800℃，烧结的时间为2～12h。

有益效果：该参数下得到的材料性能最佳。

进一步，所述步骤3进行时效处理后，进行磁性能检测，根据检测结果进行补磁或消磁处理。

有益效果：这样使制备的成品直接满足直接高精机械手材料的要求。

进一步，原材料按重量份数计，A粉为75～90份，B粉为10～15份，C粉为0.5～5份，稀土元素为0.01～0.05份。

有益效果：该成分配比下得到的材料耐磨抗腐蚀性能最佳。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例1：

一种多功能感应铝合金机械手材料的制备方法，包括以下组份的原材料：

重量份数为75份的A粉：铝合金粉末。

重量份数为10份的B粉：感应功能粉末，本实施例中具体为锗和砷化镓。

重量份数为0.5的C粉：耐磨粉末，本实施例中具体为碳化硅。

步骤1预处理：将上述A粉、B粉和C粉分别进行高分散处理，具体的方式为，在10000rpm转速下高速均质化处理。

步骤2压制：将步骤1得到的A粉在模具中模压成型，再在120℃下热挤压成A胚，以A胚为核胚，将步骤1处理后的B粉包覆在A胚外部，再继续进行热压形成B包覆A胚(A@B胚)，将A@B胚进行电镀处理，再将步骤1处理后的C粉包覆到A@B胚外部，进行热压，最后得到A@B@C胚。

其中电镀处理具体为，电镀流程为：A@B胚样品表面抛光、超声波清洗、在进行表面电镀。电镀时，锌片做阳极，A@B胚做阴极，镀层金属的阳离子在A@B胚表面被还原形成镀层，工艺参数为：Ph：7.0-7.2，温度：50-60℃；I为1-1.5A/dm²，材料中有硫酸镍90-100g/L，氰化锌：40-50g/L，时间：5-20min，最后在A@B胚上形成一层3～4μm的锌-镍层，以提高材料的压敏性能。

步骤3烧结：将步骤2得到的A@B@C胚在惰性气体的保护气氛下进行烧结，烧结的温度为700℃，烧结的时间为3h；烧结完成后，进行一级或多级时效处理，时效的温度为400℃，时效处理的时间为10h，得到成品材料。

采用磁性能测试仪测试成品材料，当磁量与设计的数值不一致时，则进行补磁或者消磁处理。

实施例2～9：

与实施例1的区别在于，A粉、B粉、C粉的含量以及制备工艺参数有区别，参考表1所示，其中实施例4、5、6中B粉的成分为氧化锡和锑化铟，C粉的成分为氮化钛，实施例7、8、9中B粉的成分为锰和氧化锆，C粉的成分为二氧化硅。

表1为实施例2～9的含量与工艺参数

实施例	2	3	4	5	6	7	8	9
									A粉(份数)	75	90	75	80	90	75	80	90
B粉(份数)	10	15	12	14	15	12	14	15
									C粉(份数)	0.5	5	3	4	5	3	4	5
烧结温度(℃)	700	800	400	600	800	400	600	800
									烧结时间(h)	2	2	12	5	2	12	5	2

实施例10：

与实施例1的区别在于，步骤1中的A粉、B粉和C粉在高分散之前进行破碎处理，且B粉在破碎之前在保护气氛下进行了固溶处理，固溶温度为1150℃，时效时间为2h，固溶处理使得B粉形成中间合金。

实施例11：

与实施例1的区别在于，将高分散处理后的B粉进行包覆处理，具体的方式为，将硅烷偶联剂、酒精与聚乙二醇的复合物加入上述均质化B粉中，低速搅拌均匀。

实施例12：

与实施例1的区别在于，步骤2中A粉在压制之前，将重量份数为0.01份的稀土元素与二氧化锆球、聚乙二醇以及酒精，在气氛保护下进行球磨，球磨后进行过滤和真空干燥，本实施例中加入的稀土元素可以为单质也可以是氧化物。

对比例1：

为机械手材料的常规制备方法，即结构材料与功能材料通过焊接的方式组成。

对比例2：

与实施例1的区别在于，对比例2的步骤2中A@B胚未进行电镀处理。

对比例3：

与实施例1的区别在于，对比例3中未进行步骤1的高分散预处理步骤。

实验检测：

其中应力腐蚀检测方法为：腐蚀介质采用室温25℃的3.5％NaCl溶液，或惰性介质选用25℃的硅油，应变速率为10^-6s^-1，检测结果如下表2所示，表2中A表示25℃硅油条件下的抗拉强度(MPa)、B表示25℃硅油条件下的延伸率(％)、C表示25℃硅油条件下的断裂时长(h)、D表示25℃的3.5％NaCl溶液条件下的抗拉强度(MPa)、E表示25℃的3.5％NaCl溶液条件下的延伸率(％)、F表示25℃的3.5％NaCl溶液条件下的断裂时长(h)。

压敏测试方法：研磨获得的样品，然后在样品的上下圆底面涂银电极，并且通过CJ1001压敏电阻直流参数测试仪测量样品的非线性系数和电位梯度的电学性能参数，检测结果如下表2所示，表2中G表示非线性系数a、H表示电位梯度(V/mm)。

表2为实施例1、3、6、9、10～12与对比例1～3的实验检测结果

从上表2的检测结果可以得出：

1、通过本发明的制备方法得到的铝合金复合材料在抗拉强度、延伸率、断裂时长、非线性系和压敏电压梯度较现有技术中通过焊接的方式连接功能材料与结构材料(对比例1)而言，表现出了非常显著的优势。

2、本发明中通过预先对三种粉体进行破碎处理，能够明显提高所制得材料的抗拉强度，而进行了包覆处理所得到的复合材料其非线性系数与电位梯度也得到较大的提升，另外稀土元素的引入由于对铝合金起到净化、细晶等作用，使得到的材料的力学性能得到很大的提升。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体材料及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims

1.一种多功能感应铝合金机械手材料的制备方法，其特征在于：原材料包括A粉、B粉和C粉，其中A粉为铝合金粉末，B粉为感应功能粉，C粉为耐磨粉；所述B粉为锗、砷化镓、锑化铟、碲化铅、硫化镉与氧化铁、氧化锡、氧化锌、氧化锆、氧化钛、氧化铝、钛酸钡、锰、铬中的两种或多种；所述C粉包括碳化硅、碳化钛、碳氮化钛、氮化钛、二氧化硅、硅中的一种或多种；

包括以下步骤：

步骤1：将上述A粉、B粉和C粉分别进行高分散处理，分散时转速为10000-15000rpm；A粉、B粉和C粉在高分散之前进行破碎处理，同时B粉在破碎之前在保护气氛下进行了固溶处理，固溶处理的温度为1150℃，时间为2h；B粉在完成高分散处理之后，进行了包覆处理，具体为，将硅烷偶联剂、酒精与聚乙二醇的复合物加入高分散后的B粉中，搅拌均匀；

步骤2：将步骤1中分散后的A粉在模具中进行热压，形成A胚，以A胚为胚核，将分散后的B粉包覆在A胚的表面，进行热压，形成A@B胚，对A@B胚进行电镀后，再将分散后的C粉包覆在A@B胚的表面，再次进行热压，得到A@B@C胚；A粉在压制前，与稀土元素、二氧化锆球、聚乙二醇以及酒精，在气氛保护下进行球磨，球磨后进行过滤和真空干燥；电镀时，工艺参数为：Ph：7.0-7.2，温度：50-60℃；I为1-1.5A/dm2，材料中有硫酸镍90-100g/L，氰化锌：40-50g/L，时间：5-20min，最后在A@B胚上形成一层3~4μm的锌-镍层；

步骤3：将步骤2得到的A@B@C胚进行烧结，后进行时效处理。

2.根据权利要求1所述的一种多功能感应铝合金机械手材料的制备方法，其特征在于：步骤2中所述稀土元素为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、铒、铥、镱中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种多功能感应铝合金机械手材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中热压的温度为120~400℃，热压时间为0.5~4h。

4.根据权利要求1所述的一种多功能感应铝合金机械手材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中烧结的温度为400~800℃，烧结的时间为2~12h。

5.根据权利要求1所述的一种多功能感应铝合金机械手材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3进行时效处理后，进行磁性能检测，根据检测结果进行补磁或消磁处理。

6.根据权利要求5所述的一种多功能感应铝合金机械手材料的制备方法，其特征在于：原材料按重量份数计，A粉为75~90份，B粉为10~15份，C粉为0.5~5份，稀土元素为0.01~0.05份。