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一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料及其制备方法技术

技术编号:24882538 阅读:26 留言:0更新日期:2020-07-14 18:09
本发明专利技术涉及一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料及其制备方法,主要成分是由WCoAlBNb基体,软金属CuSnAgZnSb与多元复合调控剂组成,一种WCoAlBNb基机械臂球接头加工流程包括多元板状晶体制备,各层材料摩擦学设计计算、振动混合、热压成型和样品加工、多层纳米晶结构复合、材料辊压处理等工序流程,相比于均匀分布机械臂球接头材料,多层纳米晶复合结构使机械臂球接头在高温、高压等极端工况下能够很好地替代油、脂实现良好的润滑效果,并具有绿色环保,使用精度高、服役寿命长等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头材料摩擦学设计及其制备方法,属于机械臂、机械关节等机械工程
一项创新性研究,能够代替传统机械臂球接头材料实现高温高压等极端环境下的良好润滑性能。
技术介绍
目前用作工业机械臂球接头合金材料有以下性能要求:较高的强度、优异的耐磨性、良好的包容性、较好的弹塑性和强韧性配合以及对机械臂具有明显的减振作用【谷勇霞,江崔颖,张玉玲,钟文,3种材料在柔性机械臂振动抑制中的特性对比,机床与液压,2019,47(5):96-101】。机械臂球接头在工作过程中还受到化学介质,例如润滑剂、添加剂、有机溶剂和冷却剂等交互作用。通常用作机械臂球接头材料的有钢球材料、有色金属材料、非金属球节材料。【高伟亚,张俊俊,袁蕾舒,探测机器人机械臂的振动分析与结构优化,西南科技大学学报,2018,33(03):85-90】。在工作过程中机械臂球接头与球关节之间只有形成一层很薄的润滑油膜才能起到良好的减摩抗磨效果。然而在实际服役过程中工况环境以及一些偶然因素而导致机械臂球接头不能满足良好的流体润滑条件,球接头与球关节通过接触面间的直接滑动来传递动力与能量。机械臂在长时间运动时,球接头在巨大扭力、冲击、振动以及较大滑动摩擦作用下,会产生巨大的表面温度,在力和热共同作用下会导致球关节产生过大的摩擦磨损,严重时会造成球关节及球接头永久性磨损失效,直接影响着机械臂使用寿命和服役精度。
技术实现思路
针对上述技术不足,本专利技术提供一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头材料摩擦学设计及其制备方法,在满足高强度、高硬度、优异耐磨性、良好包容性、较好弹性与韧性且具有明显减振抗冲击前提下,一种多层纳米晶结构复合材料可在高温、高压等极端条件下实现油、脂无法达到的润滑效果,以此提高保持架使用精度与服役寿命,为航空航天、高端制造装备等机械臂球接头摩擦学设计与制备提供研究方法与技术指导。本专利技术涉及一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头材料摩擦学设计及其制备方法,目的是为解决无油无脂润滑条件下机械臂球接头摩擦磨损问题,所采用技术方案可描述如下:一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头材料,它是以基体WCoAlBNb,软金属CuSnAgZnSb和多元复合调控剂为原料,通过逐层设计、分层配比、逐层制备与叠加成型等工艺流程,制备出一种以WCoAlBNb为基体的机械臂球接头多层纳米晶结构复合材料。一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头材料制备过程具体方法包括如下几个步骤:一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料及其制备方法,其特征在于:它是以基体WCoAlBNb,软金属CuSnAgZnSb和多元复合调控剂为原材料,通过逐层设计、分层配比、逐层制备与叠加成型等工艺,制备出一种以WCoAlBNb为基体的机械臂球接头多层纳米晶结构复合材料。步骤1)中所述的一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料及其制备方法,其特征在于:基体是由W、Co、Al、B、Nb、Si、B和Y元素组成,对应各元素质量比为(70-80):(5-15):(4-7):(3-6):(2-4):(0.32-0.46):(0.2-0.4):(0.2-0.5);软金属CuSnAgZnSb各元素质量比为(30-38):(23-27):(23-28):(15-18):(7-10)。步骤1)中所述的一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料,它是由金属基体、摩擦膜过渡层、摩擦膜支撑层与摩擦膜接触层组成,其厚度比为(45-70):(18-29):(10-12):(5-8)。步骤3)中所述的一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料,其多层纳米晶结构各层组分不同:金属基体为纯的WCoAlBNb基合金;摩擦膜过渡层包括WCoAlBNb基合金,软金属CuSnAgZnSb和多元复合调控剂,质量比为(30-40):(40-50):(20-24);摩擦膜支撑层包括WCoAlBNb基体,CuSnAgZnSb和多元复合调控剂,质量比为(10-15):(10-13):(72-80);摩擦膜接触层包括WCoAlBNb基合金,软金属CuSnAgZnSb和多元复合调控剂,对应质量比为(3-5):(40-45):(50-57)。步骤4)中所述的一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料,其多元复合调控剂在各层结构组分配比不同:在摩擦膜过渡层多元复合调控剂包括17.6-19%陶瓷纤维、4.4-6.3%碳纤维、4.4-9.5%碳化钽、13.2-14.5%碳化铌、11.4-12%碳化硅、8.8-9.5%碳化钛、7-9.5%氮化硅、1-1.9%碳纳米管、1-2.5%石墨烯、12.3-19%多层板状结构与4-19%硅酸钾晶须;在摩擦膜支撑层多元复合调控剂包括13.6-14.5%陶瓷纤维、3.4-6.4%碳纤维、6.8-10%碳化钽、6.8-12%碳化铌、6.8-12.1%碳化硅、6.8-10.5%碳化钛、13.6-15.5%氮化硅、1.7-4.8%碳纳米管、2.4-5.4%石墨烯、17-19%多层板状结构、6.8-21.1%硅酸钾晶须;在摩擦膜接触层多元复合调控剂包括5.2-5.8%陶瓷纤维、7.8-8.4%碳纤维、2.6-3.2%碳化钽、5.1-6.4%碳化铌、5-6.2%碳化硅、2.6-4.8%碳化钛、7.8-8.6%氮化硅、1.3-2.4%碳纳米管、4-5.8%石墨烯、16-54%多层板状结构与18-20%硅酸钾晶须。步骤1)中所述的一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料,其材料中的多层板状结构制备方法为:按摩尔比(3-4):(3-4):(1-2)分别称取钼酸铵、硅粉与镉粉,将钼酸铵等粉料研磨混合,得到混合均匀、厚度为40-45μm板状晶体原始配料;然后采用真空气氛炉烧结,烧结温度为350-470℃、保温时间为4.5-6.5h,保护气体为氩气,在烧结过程中通入氧气量为85-115ml/min,得到一种多层板状结构MoSiCrO。步骤1)中所述的一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料及其制备方法,它是经过多元板状晶体制备,各层材料摩擦学设计计算、真空混合、热压成型和样品加工,多层纳米晶结构叠加烧制和辊压等工艺,得到一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头材料。步骤7)中所述的一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料及其制备方法,其各层材料热压成型过程,按照权利要求2、4与5所述的成分配比与权利要求3,将混合均匀的各层粉末分别装入热压成型模具,获得金属基体、摩擦膜过渡层、磨擦膜支撑层、摩擦膜接触层片体原始材料,经样品热压成型后获得直径为22-34mm薄片。步骤7)中所述的一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料及其制备方法,其多层复合材料加工工艺流程,将权利要求8制备的各层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料及其制备方法,其特征在于:它是以基体WCoAlBNb,软金属CuSnAgZnSb和多元复合调控剂为原材料,通过逐层设计、分层配比、逐层制备与叠加成型工艺,制备出一种以WCoAlBNb为基体的机械臂球接头多层纳米晶结构复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料及其制备方法,其特征在于:它是以基体WCoAlBNb,软金属CuSnAgZnSb和多元复合调控剂为原材料,通过逐层设计、分层配比、逐层制备与叠加成型工艺,制备出一种以WCoAlBNb为基体的机械臂球接头多层纳米晶结构复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料及其制备方法,其特征在于:基体是由W、Co、Al、B、Nb、Si、B和Y元素组成,对应各元素质量比为(70-80):(5-15):(4-7):(3-6):(2-4):(0.32-0.46):(0.2-0.4):(0.2-0.5);软金属CuSnAgZnSb各元素质量比为(30-38):(23-27):(23-28):(15-18):(7-10)。


3.根据权利要求1所述的一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料,其特征在于:它是由金属基体、摩擦膜过渡层、摩擦膜支撑层与摩擦膜接触层组成,厚度比为(45-70):(18-29):(10-12):(5-8)。


4.根据权利要求3所述的一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料,其特征在于:多层纳米晶结构各层组分不同:金属基体为纯的WCoAlBNb基合金;摩擦膜过渡层包括WCoAlBNb基合金,软金属CuSnAgZnSb和多元复合调控剂,质量比为(30-40):(40-50):(20-24);摩擦膜支撑层包括WCoAlBNb基体,CuSnAgZnSb和多元复合调控剂,质量比为(10-15):(10-13):(72-80);摩擦膜接触层包括WCoAlBNb基合金,软金属CuSnAgZnSb和多元复合调控剂,对应质量比为(3-5):(40-45):(50-57)。


5.如权利要求4所述的一种多层纳米晶结构WCoAlBNb基机械臂球接头复合材料,其特征在于:多元复合调控剂在各层结构组分配比不同:在摩擦膜过渡层多元复合调控剂包括17.6-19%陶瓷纤维、4.4-6.3%碳纤维、4.4-9.5%碳化钽、13.2-14.5%碳化铌、11.4-12%碳化硅、8.8-9.5%碳化钛、7-9.5%氮化硅、1-1.9%碳纳米管、1-2.5%石墨烯、12.3-19%多层板状结构与4-19%硅酸钾晶须;在摩擦膜支撑层多元复合调控剂包括13.6-14.5%陶瓷纤维、3.4-6.4%碳纤维、6.8-10%碳化钽、6.8-12%碳化铌、6.8-12.1%碳化硅、6.8-10.5%碳化钛、13.6-15.5%氮化硅、1.7-4.8%碳纳米管、2.4-5...

【专利技术属性】
技术研发人员:梁玉龙程艳杨慷
申请(专利权)人:安阳工学院
类型:发明
国别省市:河南;41

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