CN108034861B - 一种机器人盖板及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人盖板及其制备工艺，属于金属材料技术领域。盖板的原料成分及百分含量为：Ba：0.1‑0.3％、Ge：0.4‑0.6％、Zn：0.3‑0.5％、Co：0.04‑0.06％、Fe：0.3‑0.5％、Mn：0.6‑0.8％、余量为Al和杂质。原料中的锗是改善铝合金内部合金相流动的重要成份，使合金相从过共晶到共晶都能得到最好的流动性。另外，锗也能改善铝合金的抗拉强度、硬度、切削性以及较高温度时的强度。锰能消除铁对合金的增脆危害而保留铁对铝合金力学性能增强的效果。同时，通过盖板本体和盖板本体外的高分子层相结合的方式，赋予产品极好的表面耐蚀、耐磨能力。

Description

一种机器人盖板及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种机器人盖板及其制备工艺，属于金属材料领域。
背景技术
为节省人力成本，提高生产效率，人类利用机械代替人力进行作业。机器人作为新技术下的成果，可以在很多领域工作甚至取代人劳动力。所以，在机器人的大量生产中，为提高机器人的使用寿命，我们会优先考虑制造机器人选用的材料。铝合金以其高强度、低密度、耐蚀性好而被广泛使用。
铝合金是指以铝为基础，加入一定量的镁、硅、铬、锰等元素并控制杂质元素含量而组成的合金体系。铝合金具有高强度、高硬度、重量轻和良好的延展性，特别适合于作结构材料，因此被广泛应用于工业中，尤其在汽车、摩托车、枪械和家电行业中占有重要地位。
传统的铝合金制品通常采用压力加工，使被加工的铝(坯、锭等)产生塑性变形，然后根据铝材加工温度不同分冷加工和热加工两种。铝材的主要加工方法有：轧制、锻造、挤压等。一般的合金材料和加工方法可以满足普通环境下的使用，但是在提升铝合金的性能上(如强度、硬度)依然需要深入研究。
针对传统铝合金裂纹多、延伸率差等缺点，公开号106048379A公开了一种通过在铝合金中加入稀土、锶等元素来提高产品的韧性、延伸率。然而，仅仅提升铝合金的韧性、延伸率等性能并不能使铝合金应对复杂的环境。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种高强度、高硬度、耐蚀的机器人盖板。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种机器人盖板，所述的机器人盖板包括盖板本体和盖板本体外的高分子层，其中所述机器人盖板由铝合金制成，所述铝合金的成分及其质量百分比为：Ba：0.1-0.3％、Ge：0.4-0.6％、Zn：0.3-0.5％、Co：0.04-0.06％、Fe：0.3-0.5％、Mn：0.6-0.8％、余量为Al和杂质。
传统的铝制合金中，往往是利用铝易生成氧化保护膜的特点进行表面处理，但是其产生的保护膜的厚度均匀性不好，厚度不够，常常达不到理想的保护效果。而本发明的合金与高分子材料的牢固结合，不仅能解决合金的表面防护，同时利用高分子材料的高强度、轻质、耐磨损的优点，极大地延长了产品的使用寿命。原料中的锗是改善铝合金内部合金相流动的重要成份，使合金相从过共晶到共晶都能得到最好的流动性。另外，锗也能改善铝合金的抗拉强度、硬度、切削性以及较高温度时的强度。锰作为脱氧剂和脱硫剂，能有效降低铝中有害元素氧、硫的含量，同时配合钡的强亲氧、亲硫性，进一步降低合金中杂质元素的含量。再者，锰能消除铁对合金的增脆危害而保留铁对铝合金力学性能增强的效果。
作为优选，在所述铝合金成分中，所述杂质包括H＜0.007％、O＜0.01％。铝合金中的H容易造成材料氢碎，而O易使金属变为氧化物而失效，在制备过程中，应时刻注意空气的混入。
作为优选，盖板本体外的高分子材料包括如下重量份数的组份：三嗪硫醇10-20份、***1-5份、树脂25-45份。本发明高分子材料用料简单，在保证材料强度、硬度、耐磨损性能的基础上，也保留了高分子材料其质轻的优秀性能。
进一步优选，所述树脂包括聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物、聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物、聚对苯二甲酸丁二醇酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物中的一种或多种。混合型树脂无毒、无味、吸水率低，具有良好的综合物理机械性能，也具有韧性、阻燃性、耐冲击、耐化学品的优良性能。
本发明在合理选用材料配比的同时还提供了另一种技术方案：
一种机器人盖板的制备工艺，所述的方法包括如下步骤：
(1)配料：按上述铝合金的成分及其质量百分比称取原料，将原料熔融形成合金液并浇入模具中形成机器人盖板半成品；
(2)热处理：将机器人盖板半成品进行渐变式回火处理、跳跃式退火处理，再经机加工后得机器人盖板坯件；
(3)表面氧化：将机器人盖板坯件进行电极氧化处理，然后以水蒸气喷射处理；
(4)外料杂糅：按上述高分子材料的成分及其重量份数称取原料，将除三嗪硫醇外的原料混合并加热形成高分子外料；
(5)铝塑结合：将经水蒸气喷射处理后的坯件进行烘烤处理，再将高分子外料喷射到坯件表面，凝固后得机器人盖板成品。
本发明通过改变对合金的热处理加工方式，来获得高强度兼高韧性、低脆性转变温度的铝合金。其中渐变式回火处理改变传统的单次回火处理或者多次重复回火处理模式，在一定时间内控制温度的规律性变化来达到消除合金中的内应力，提高其延展性，获得优良的力学性能。而跳跃式退火处理能在普通退火处理的基础上，更好地消除合金内残余应力，细化晶粒，稳定尺寸，缩短退火所需时间。
最后，本发明利用物理结合、化学反应链合的形式“嫁接”高分子材料于铝合金表面，使得铝合金表面具有较高的强度、硬度和耐蚀性能，同时也能阻挡水、氧气等对合金的侵蚀。
作为优选，在步骤(2)中，热处理中所述渐变式回火处理具体为：将机器人盖板半成品加热至400-500℃，保持4-8min，再在3-5min内降温至350-450℃，保持1-5min。渐变式回火处理在一定时间内控制合金本身温度的规律性变化来达到消除合金中的内应力，提升合金的综合性能。
作为优选，在步骤(2)中，热处理中所述跳跃式退火处理具体为：先将回火处理后的半成品冷却至室温，再加热至200-300℃，保持1-3h，然后以1-3℃/s的速率升温40-60℃或降温40-60℃，保持20-30min后自然冷却。跳跃式退火处理能极大地缩短普通退火处理所需的时间，而获得较好的晶粒细化效果和稳定的尺寸。
作为优选，在步骤(3)中，表面氧化中所述水蒸气溶有三嗪硫醇。在稳定铝合金表面的氧化膜时，将三嗪硫醇溶于水蒸气中，可以促使三嗪硫醇留存于氧化膜内，既保证其与合金的物理结合，又方便后续的化学反应链合。
作为优选，在步骤(4)中，外料杂糅中所述加热温度为50-150℃。将高分子混合材料保持在较高温度，可以保证高分子材料呈液态，便于后续喷射处理。
作为优选，在步骤(5)中，铝塑结合中所述喷射速率为2-4mg/s，喷射的同时坯件也匀速旋转。控制高分子的喷射速率同时旋转轴承，有利于高分子材料在产品表面的均匀性，同时有足够的时间与氧化膜中的三嗪硫醇发生化学链合。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明采用渐变式回火处理与跳跃式退火处理相结合的热处理方式，既缩短了热处理的时间，又能增强合金的综合性能。
(2)渐变式回火处理能消除合金中的内应力，提高合金延展性，获得优良的力学性能。
(3)跳跃式退火处理能在普通退火处理的基础上，更好地消除合金内残余应力，细化晶粒，稳定尺寸，缩短退火所需时间。
(4)通过对铝合金表面的氧化膜的物理结合、化学链合，牢固金属与高分子材料的结合力，使得合金具有较好的强度、硬度和耐蚀性能。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
配料：按上述盖板本体的成分及其质量百分比称取原料，包括Ba：0.2％、Ge：0.5％、Zn：0.4％、Co：0.05％、Fe：0.4％、Mn：0.7％、余量为Al和杂质，其中杂质包括H＜0.007％、O＜0.01％，将原料熔融形成合金液并浇入模具中形成机器人盖板半成品。
热处理：将机器人盖板半成品进行渐变式回火处理、跳跃式退火处理，其中渐变式回火处理具体为：将机器人盖板半成品加热至450℃，保持6min，再在4min内降温至400℃，保持3min，跳跃式退火处理具体为：先将回火处理后的半成品冷却至室温，再加热至250℃，保持2h，然后以2℃/s的速率升温50℃或降温50℃，保持25min后自然冷却。再经机加工后得机器人盖板坯件。
表面氧化：将机器人盖板坯件进行电极氧化处理，然后将三嗪硫醇溶于水蒸气，并将水蒸气喷射到盖板坯件上。
外料杂糅：按上述盖板本体外的高分子层的成分及其重量份数称取原料，包括三嗪硫醇15份、***3份、树脂35份，其中树脂为聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，两者质量比为7:3的混合物。将除三嗪硫醇外的原料混合并加热形成高分子外料，保持加热温度在100℃。
铝塑结合：将经水蒸气喷射处理后的坯件进行烘烤处理，再将高分子外料喷射到坯件表面，其中喷射速率为3mg/s，喷射的同时坯件也匀速旋转，凝固后得机器人盖板成品。
实施例2
配料：按上述盖板本体的成分及其质量百分比称取原料，包括Ba：0.1％、Ge：0.4％、Zn：0.3％、Co：0.04％、Fe：0.3％、Mn：0.6％、余量为Al和杂质，其中杂质包括H＜0.007％、O＜0.01％，将原料熔融形成合金液并浇入模具中形成机器人盖板半成品。
热处理：将机器人盖板半成品进行渐变式回火处理、跳跃式退火处理，其中渐变式回火处理具体为：将机器人盖板半成品加热至450℃，保持6min，再在4min内降温至400℃，保持3min，跳跃式退火处理具体为：先将回火处理后的半成品冷却至室温，再加热至250℃，保持2h，然后以2℃/s的速率升温50℃或降温50℃，保持25min后自然冷却。再经机加工后得机器人盖板坯件。
表面氧化：将机器人盖板坯件进行电极氧化处理，然后将三嗪硫醇溶于水蒸气，并将水蒸气喷射到盖板坯件上。
外料杂糅：按上述盖板本体外的高分子层的成分及其重量份数称取原料，包括三嗪硫醇15份、***3份、树脂35份，其中树脂为聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，两者质量比为7:3的混合物。将除三嗪硫醇外的原料混合并加热形成高分子外料，保持加热温度在100℃。
铝塑结合：将经水蒸气喷射处理后的坯件进行烘烤处理，再将高分子外料喷射到坯件表面，其中喷射速率为3mg/s，喷射的同时坯件也匀速旋转，凝固后得机器人盖板成品。
实施例3
配料：按上述盖板本体的成分及其质量百分比称取原料，包括Ba：0.3％、Ge：0.6％、Zn：0.5％、Co：0.06％、Fe：0.5％、Mn：0.8％、余量为Al和杂质，其中杂质包括H＜0.007％、O＜0.01％，将原料熔融形成合金液并浇入模具中形成机器人盖板半成品。
热处理：将机器人盖板半成品进行渐变式回火处理、跳跃式退火处理，其中渐变式回火处理具体为：将机器人盖板半成品加热至450℃，保持6min，再在4min内降温至400℃，保持3min，跳跃式退火处理具体为：先将回火处理后的半成品冷却至室温，再加热至250℃，保持2h，然后以2℃/s的速率升温50℃或降温50℃，保持25min后自然冷却。再经机加工后得机器人盖板坯件。
表面氧化：将机器人盖板坯件进行电极氧化处理，然后将三嗪硫醇溶于水蒸气，并将水蒸气喷射到盖板坯件上。
外料杂糅：按上述盖板本体外的高分子层的成分及其重量份数称取原料，包括三嗪硫醇15份、***3份、树脂35份，其中树脂为聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，两者质量比为7:3的混合物。将除三嗪硫醇外的原料混合并加热形成高分子外料，保持加热温度在100℃。
铝塑结合：将经水蒸气喷射处理后的坯件进行烘烤处理，再将高分子外料喷射到坯件表面，其中喷射速率为3mg/s，喷射的同时坯件也匀速旋转，凝固后得机器人盖板成品。
实施例4
配料：按上述盖板本体的成分及其质量百分比称取原料，包括Ba：0.2％、Ge：0.5％、Zn：0.4％、Co：0.05％、Fe：0.4％、Mn：0.7％、余量为Al和杂质，其中杂质包括H＜0.007％、O＜0.01％，将原料熔融形成合金液并浇入模具中形成机器人盖板半成品。
热处理：将机器人盖板半成品进行渐变式回火处理、跳跃式退火处理，其中渐变式回火处理具体为：将机器人盖板半成品加热至400℃，保持4min，再在3min内降温至350℃，保持1min，跳跃式退火处理具体为：先将回火处理后的半成品冷却至室温，再加热至200℃，保持1h，然后以1℃/s的速率升温40℃或降温40℃，保持20min后自然冷却。再经机加工后得机器人盖板坯件。
表面氧化：将机器人盖板坯件进行电极氧化处理，然后将三嗪硫醇溶于水蒸气，并将水蒸气喷射到盖板坯件上。
外料杂糅：按上述盖板本体外的高分子层的成分及其重量份数称取原料，包括三嗪硫醇15份、***3份、树脂35份，其中树脂为聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，两者质量比为7:3的混合物。将除三嗪硫醇外的原料混合并加热形成高分子外料，保持加热温度在100℃。
铝塑结合：将经水蒸气喷射处理后的坯件进行烘烤处理，再将高分子外料喷射到坯件表面，其中喷射速率为3mg/s，喷射的同时坯件也匀速旋转，凝固后得机器人盖板成品。
实施例5
配料：按上述盖板本体的成分及其质量百分比称取原料，包括Ba：0.2％、Ge：0.5％、Zn：0.4％、Co：0.05％、Fe：0.4％、Mn：0.7％、余量为Al和杂质，其中杂质包括H＜0.007％、O＜0.01％，将原料熔融形成合金液并浇入模具中形成机器人盖板半成品。
热处理：将机器人盖板半成品进行渐变式回火处理、跳跃式退火处理，其中渐变式回火处理具体为：将机器人盖板半成品加热至500℃，保持8min，再在5min内降温至450℃，保持5min，跳跃式退火处理具体为：先将回火处理后的半成品冷却至室温，再加热至300℃，保持3h，然后以3℃/s的速率升温60℃或降温60℃，保持30min后自然冷却。再经机加工后得机器人盖板坯件。
表面氧化：将机器人盖板坯件进行电极氧化处理，然后将三嗪硫醇溶于水蒸气，并将水蒸气喷射到盖板坯件上。
外料杂糅：按上述盖板本体外的高分子层的成分及其重量份数称取原料，包括三嗪硫醇15份、***3份、树脂35份，其中树脂为聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，两者质量比为7:3的混合物。将除三嗪硫醇外的原料混合并加热形成高分子外料，保持加热温度在100℃。
铝塑结合：将经水蒸气喷射处理后的坯件进行烘烤处理，再将高分子外料喷射到坯件表面，其中喷射速率为3mg/s，喷射的同时坯件也匀速旋转，凝固后得机器人盖板成品。
实施例6
配料：按上述盖板本体的成分及其质量百分比称取原料，包括Ba：0.2％、Ge：0.5％、Zn：0.4％、Co：0.05％、Fe：0.4％、Mn：0.7％、余量为Al和杂质，其中杂质包括H＜0.007％、O＜0.01％，将原料熔融形成合金液并浇入模具中形成机器人盖板半成品。
热处理：将机器人盖板半成品进行渐变式回火处理、跳跃式退火处理，其中渐变式回火处理具体为：将机器人盖板半成品加热至450℃，保持6min，再在4min内降温至400℃，保持3min，跳跃式退火处理具体为：先将回火处理后的半成品冷却至室温，再加热至250℃，保持2h，然后以2℃/s的速率升温50℃或降温50℃，保持25min后自然冷却。再经机加工后得机器人盖板坯件。
表面氧化：将机器人盖板坯件进行电极氧化处理，然后将三嗪硫醇溶于水蒸气，并将水蒸气喷射到盖板坯件上。
外料杂糅：按上述盖板本体外的高分子层的成分及其重量份数称取原料，包括三嗪硫醇10份、***1份、树脂25份，其中树脂为聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物，两者质量比为7:3的混合物。将除三嗪硫醇外的原料混合并加热形成高分子外料，保持加热温度在50℃。
铝塑结合：将经水蒸气喷射处理后的坯件进行烘烤处理，再将高分子外料喷射到坯件表面，其中喷射速率为2mg/s，喷射的同时坯件也匀速旋转，凝固后得机器人盖板成品。
实施例7
配料：按上述盖板本体的成分及其质量百分比称取原料，包括Ba：0.2％、Ge：0.5％、Zn：0.4％、Co：0.05％、Fe：0.4％、Mn：0.7％、余量为Al和杂质，其中杂质包括H＜0.007％、O＜0.01％，将原料熔融形成合金液并浇入模具中形成机器人盖板半成品。
热处理：将机器人盖板半成品进行渐变式回火处理、跳跃式退火处理，其中渐变式回火处理具体为：将机器人盖板半成品加热至450℃，保持6min，再在4min内降温至400℃，保持3min，跳跃式退火处理具体为：先将回火处理后的半成品冷却至室温，再加热至250℃，保持2h，然后以2℃/s的速率升温50℃或降温50℃，保持25min后自然冷却。再经机加工后得机器人盖板坯件。
表面氧化：将机器人盖板坯件进行电极氧化处理，然后将三嗪硫醇溶于水蒸气，并将水蒸气喷射到盖板坯件上。
外料杂糅：按上述盖板本体外的高分子层的成分及其重量份数称取原料，包括三嗪硫醇20份、***5份、树脂45份，其中树脂为聚对苯二甲酸丁二醇酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，两者质量比为7:3的混合物。将除三嗪硫醇外的原料混合并加热形成高分子外料，保持加热温度在150℃。
铝塑结合：将经水蒸气喷射处理后的坯件进行烘烤处理，再将高分子外料喷射到坯件表面，其中喷射速率为4mg/s，喷射的同时坯件也匀速旋转，凝固后得机器人盖板成品。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，对比例1的机器人盖板无盖板本体外的高分子层，仅进行喷漆处理。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，对比例2的高分子层的组成材料树脂为普通树脂。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，对比例3的热处理为普通的回火、退火处理。
将实施例1-7及对比例1-3中的产品进行测试，测试其强度、耐腐蚀性和硬度，结果如表1所示：
表1：实施例1-7及对比例1-3中产品的性能
Figure BDA0001483116800000111
从中可以看出，铝塑两者相结合的形式，不仅能降低成本，更能增加产品的综合性能，减少重量而增强耐蚀性，表中耐蚀数据为产品表面出现锈迹的时间。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (5)

1.一种机器人盖板，其特征在于，所述的机器人盖板包括盖板本体和盖板本体外的高分子层，
其中所述盖板本体由铝合金制成，所述的铝合金由如下成分及其质量百分比组成：Ba：0.1-0.3%、Ge：0.4-0.6%、Zn：0.3-0.5%、Co：0.04-0.06%、Fe：0.3-0.5%、Mn：0.6-0.8%、余量为Al和杂质；
所述盖板本体外的高分子层由高分子材料组成，包括如下重量份数的组份：三嗪硫醇10-20份、***1-5份、树脂25-45份，所述树脂包括聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物、聚酰胺/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物、聚对苯二甲酸丁二醇酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物中的一种或多种；
所述机器人盖板的制备方法包括如下步骤：
（1）配料：按铝合金的成分及其质量百分比称取原料，将原料熔融形成合金液并浇入模具中形成机器人盖板半成品；
（2）热处理：将机器人盖板半成品进行渐变式回火处理、跳跃式退火处理，再经机加工后得机器人盖板坯件，所述跳跃式退火处理具体为：先将回火处理后的半成品冷却至室温，再加热至200-300℃，保持1-3h，然后以1-3℃/s的速率升温40-60℃或降温40-60℃，保持20-30min后自然冷却；
（3）表面氧化：将机器人盖板坯件进行电极氧化处理，然后以水蒸气喷射处理，表面氧化中所述水蒸气溶有三嗪硫醇；
（4）外料杂糅：按所述高分子材料的成分及其重量份数称取原料，将除三嗪硫醇外的原料混合并加热形成高分子外料；
（5）铝塑结合：将经水蒸气喷射处理后的坯件进行烘烤处理，再将高分子外料喷射到坯件表面，凝固后得机器人盖板成品。
2.根据权利要求1所述的一种机器人盖板，其特征在于，所述杂质包括H＜0.007%、O＜0.01%。
3.根据权利要求1所述的一种机器人盖板，其特征在于，热处理中所述渐变式回火处理具体为：将机器人盖板半成品加热至400-500℃，保持4-8min，再在3-5min内降温至350-450℃，保持1-5min。
4.根据权利要求1所述的一种机器人盖板，其特征在于，外料杂糅中所述加热温度为50-150℃。
5.根据权利要求1所述的一种机器人盖板，其特征在于，铝塑结合中所述喷射速率为2-4mg/s，喷射的同时坯件也匀速旋转。
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