[發明專利]一種抗拉增強型機器人手臂及其制備方法

有效

• 申請號: 201710754734.2
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107739931B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 華吉;華勝
• 申請（專利權）人: 寧波華源精特金屬制品有限公司
• 主分類號: C22C21/14
• 分類號: C22C21/14;C22C21/16;C22C21/00;C22C1/10;C22C1/02;C22C32/00;C22F1/04;C22F1/057
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 洪珊珊

本發明涉及一種抗拉增強型機器人手臂及其制備方法，屬于機械技術領域。本發明的機器人手臂由鋁合金制成，鋁合金包括以下質量百分比的組分，0.8?1.3％ Si，0.5?1.2％ Mn，0.35?0.60％ Mg，1.0?1.5％ Cu，0.8?1.5％納米TaC，1.3?2.8％納米AlN，余量為Al。本發明的機器人手臂的制備方法為，將納米TaC和納米AlN加入到改性溶液中，超聲攪拌后噴霧干燥形成復合納米顆粒；將金屬原料加熱熔煉為合金溶液，加入復合納米顆粒，攪拌均勻后澆注成生坯，熱處理。本發明制得的機器人手臂具有較高的強度、韌性和抗拉強度。

技術領域

本發明屬于機械技術領域，涉及一種抗拉增強型機器人手臂及其制備方法。

背景技術

在現代工業中，隨著流水線作業的普及，機器人使用的范圍越來越廣，工業機器人是實現生產過程自動化，提高勞動生產率的一種有力工具。大多數流水線中使用的是機械人手臂。為確保使用壽命及使用過程中的安全性，傳統的承力件及連接件基本使用鋼鐵材料，鋼鐵重量大，使用鋼鐵制作的機器人手臂雖然使用壽命較長，但在靈活性上存在一定缺陷。當滿足使用條件時，某些次要承力件和連接件可以使用鋁合金代替鋼鐵承擔連接作用。近年來，隨著鋁合金在各領域的應用，各種承受中等強度及有限運動機械部件廣泛使用鋁合金減輕自身重量，提高承載能力，在起重重力一定情況下實現運送能力的最大化。但是在一些流水線作業中，機器人手臂需要承受繁重的工作量和較大的工作強度，普通的鋁合金難以達到使用要求。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的上述問題，提出了一種高抗拉強度和韌性的抗拉增強型機器人手臂。

本發明的目的可通過下列技術方案來實現：

一種抗拉增強型機器人手臂，所述機器人手臂由鋁合金制成，所述鋁合金包括以下質量百分比的組分，0.8-1.3％Si，0.5-1.2％Mn，0.35-0.60％Mg，1.0-1.5％Cu，0.8-1.5％納米TaC，1.3-2.8％納米AlN，余量為Al。

本發明在ZL104鋁合金的基礎上進行了改進，提高了Mn和Mg的含量，降低了Si的含量，同時添加了Cu元素、納米TaC和納米AlN，通過合理配伍鋁合金的組分和各組分之間的配比，顯著提高了鋁合金的強度、韌性和抗拉強度，從而提高了機器人手臂的使用性能。其中，添加的適量Cu元素能夠和Al、Mg形成θ(Al₂Cu)強化相和S(Al₂CuMg)相，Mg與Si形成MgSi₂強化相，適當比例的三種強化相通過協同作用，顯著提高鋁合金的韌性和強度，控制Al、Mg、Cu、Si的比例，可使三種強化相的協同作用達到最佳。Cu含量如果過多，會造成脆性相θ(Al₂Cu)過多，在熱處理過程中無法全部溶解從而導致力學性能的下降。Mn具有固溶強化的作用，固溶在Al中的Mn能夠降低原子的擴散速度，延緩時效過程，使合金的沉淀硬化效果能保持更高的溫度，Mn與Al形成的MnAl6能夠阻礙再結晶晶粒長大從而起到顯著細化再結晶晶粒的作用，避免生成過多粗大的S(Al₂CuMg)相，降低鋁合金的伸長率。納米TaC和納米AlN具有較高的硬度和熔點，在熔煉過程中作為彌散分布在合金熔液中可作為二次成核的中心促進結晶的形成，其納米尺寸有助于形成晶粒的細化。其中，納米TaC在提高鋁合金強度的同時能夠有效提高鋁合金的塑性，納米AlN主要用于提高鋁合金的硬度，納米AlN具有較高的導熱率，能夠提高鋁合金的導熱性能；二者結合作用，能夠顯著提高鋁合金的韌性和抗拉強度。納米AlN過多，容易造成鋁合金脆性較大，以及在鑄造過程中容易造成縮松。

作為優選，所述納米TaC和納米AlN的粒徑范圍為20-50nm。

上述粒徑范圍的納米TaC和納米AlN能形成特殊的尺寸效應，使鋁合金具有較高強度的同時具有較好的韌性和塑性，以及較低的脆性；納米TaC和納米AlN的粒徑過大，會造成鋁合金脆性增大。