一种柔轮用金属基材料及柔轮制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种柔轮用金属基材料及柔轮制备方法,该柔轮用金属基材料主要由低碳钢液水雾化铁粉72~84份、石墨烯6~10份、纳米碳化硅3~5份、聚酰胺酰亚胺6~10份、偶联剂1~3份组成;取上述金属基材料粉末放入搅拌机中,80~120rpm混合至少6h;然后投入真空球磨机中球磨,再投入充有惰性气体保护的真空凝壳熔炼炉的坩埚内熔融为合金汤,最后倒入柔轮铸模中冷却成形,再压铸挤压成形,然后热处理退火处理,即可得到柔轮。本发明制得的柔轮具有耐磨性好,抗疲劳强度高等优点。
【专利说明】
-种柔轮用金属基材料及柔轮制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及谐波减速器领域,尤其是一种柔轮用金属基材料及柔轮制备方法。
【背景技术】
[0002] 谐波减速器是一种由固定的内齿刚轮、柔轮、和使柔轮发生径向变形的谐波发生 器组成,具有高精度、高承载力等优点,和普通减速器相比,其使用的材料要少50%,体积及 重量至少减少1/3。然而,谐波减速器的柔轮既要产生柔性变形,又要承受较大的交变载荷, 普通的金属基材料难W满足上述要求。
[0003] 石墨締是迄今发现的最薄的材料,也是最强初的材料,其断裂强度比最好的钢材 还要高200倍,且它具有很好的弹性,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。虽然石墨締具有优 良的机械性能,但将石墨締用于柔轮尚未有前例。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在解决【背景技术】存在的问题,将石墨締用于柔轮用材料中,提供一种耐 磨抗疲劳强度的柔轮用金属基材料及柔轮制备方法。
[0005] 为了达到上述目的,本发明采用了如下技术方案:
[0006] 一种柔轮用金属基材料,主要由低碳钢液水雾化铁粉72~84份、石墨締6~10份、 纳米碳化娃3~5份、聚酷胺酷亚胺6~10份、偶联剂1~3份组成。
[0007] 进一步地,所述柔轮用金属基材料主要由低碳钢液水雾化铁粉75~81份、石墨締7 ~9份、纳米碳化娃3.5~4.5份、聚酷胺酷亚胺7~9份、偶联剂1.5~2.5份组成。
[000引优选地,所述柔轮用金属基材料主要由低碳钢液水雾化铁粉78份、石墨締8份、纳 米碳化娃4份、聚酷胺酷亚胺8份、偶联剂2份组成。
[0009] 进一步地,所述低碳钢液水雾化铁粉的主要成分为含碳量0.13~0.18%,含娃量 0.15~0.35%,含儘量0.6~0.85%,含铭量0.9~1.2%,含钻量0.15~0.3%,含憐量 0.03% W下,含硫量0.03% W下,余量为铁。
[0010] 进一步地,所述偶联剂为铭络合物偶联剂和单烷氧基铁酸醋类偶联剂的混合物, 所述铭络合物偶联剂和单烷氧基铁酸醋类偶联剂的比例为1:3。
[0011] -种柔轮的制备方法,包括W下步骤:(1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁 粉、石墨締粉末、纳米碳化娃粉末、聚酷胺酷亚胺粉末及偶联剂粉末放入揽拌机中,80~ 12化pm混合至少化;(2)将步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球磨,球料比为24~ 26:1,球磨转速为45~50rpm,球磨时间大于化,球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制 球磨溫度低于80°C ; (3)将步骤(2)磨好的粉体投入真空凝壳烙炼炉的相蜗内,对该真空凝 壳烙炼炉内胆进行抽真空处理,然后充入惰性气体,再对该真空凝壳烙炼炉的相蜗进行加 热,使W上粉体材料烙融为合金汤;(4)将步骤(3)制得的合金汤倒入柔轮铸模中冷却成形, 再压铸挤压成形,然后热处理退火处理,得到柔轮。
[0012] 有益效果
[0013] 本发明通过在低碳钢合金中加入石墨締、纳米碳化娃材料W及聚酷胺酷亚胺和偶 联剂,极大地提高了低碳钢合金的硬度和抗拉伸强度。在低碳钢合金中和石墨締、纳米碳化 娃混合材料中添加聚酷胺酷亚胺和偶联剂,增强了低碳合金钢与石墨締、纳米碳化娃材料 的结合能力,提高了该柔轮用金属基材料的整体刚度及抗疲劳性能,采用该金属基材料制 备的柔轮耐磨性好,抗疲劳强度高,能够满足柔轮的产品要求。
【具体实施方式】
[0014] 为了使本领域的技术人员更清楚明了地理解本发明,现结合【具体实施方式】对本发 明进行详细说明。
[001引实施例1
[0016] (1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁粉84份、石墨締粉末6份、纳米碳化娃粉 末3份、聚酷胺酷亚胺粉末6份及偶联剂粉末1份放入揽拌机中,lOOrpm混合化,其中偶联剂 为铭络合物偶联剂和单烷氧基铁酸醋类偶联剂的混合物,所述铭络合物偶联剂和单烷氧基 铁酸醋类偶联剂的比例为1:3; (2)将步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球磨,球料 比为25:1,球磨转速为50rpm,球磨时间化,球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制球磨 溫度低于80°C ; (3)将步骤(2)磨好的粉体投入真空凝壳烙炼炉的相蜗内,对该真空凝壳烙 炼炉内胆进行抽真空处理,然后充入惰性气体,再对该真空凝壳烙炼炉的相蜗进行加热,使 W上粉体材料烙融为合金汤;(4)将步骤(3)制得的合金汤倒入柔轮铸模中冷却成形,再压 铸挤压成形,然后加热至500°C保溫化,空气中自然冷却,得到柔轮,其硬度及抗疲劳强度测 试结果见表1。
[0017] 实施例2
[0018] (1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁粉81份、石墨締粉末7份、纳米碳化娃粉 末3.5份、聚酷胺酷亚胺粉末7份及偶联剂粉末1.5份放入揽拌机中,8化pm混合lOh,其中偶 联剂为铭络合物偶联剂和单烷氧基铁酸醋类偶联剂的混合物,所述铭络合物偶联剂和单烧 氧基铁酸醋类偶联剂的比例为1:3; (2)将步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球磨, 球料比为26:1,球磨转速为45rpm,球磨时间化,球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制 球磨溫度低于80°C ; (3)将步骤(2)磨好的粉体投入真空凝壳烙炼炉的相蜗内,对该真空凝 壳烙炼炉内胆进行抽真空处理,然后充入惰性气体,再对该真空凝壳烙炼炉的相蜗进行加 热,使W上粉体材料烙融为合金汤;(4)将步骤(3)制得的合金汤倒入柔轮铸模中冷却成形, 再压铸挤压成形,然后加热至500°C保溫化,空气中自然冷却,得到柔轮,其硬度及抗疲劳强 度测试结果见表1。
[0019] 实施例3
[0020] (1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁粉78份、石墨締粉末8份、纳米碳化娃粉 末4份、聚酷胺酷亚胺粉末8份及偶联剂粉末2份放入揽拌机中,lOOrpm混合化,其中偶联剂 为铭络合物偶联剂和单烷氧基铁酸醋类偶联剂的混合物,所述铭络合物偶联剂和单烷氧基 铁酸醋类偶联剂的比例为1:3; (2)将步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球磨,球料 比为25:1,球磨转速为45rpm,球磨时间化,球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制球磨 溫度低于80°C ; (3)将步骤(2)磨好的粉体投入真空凝壳烙炼炉的相蜗内,对该真空凝壳烙 炼炉内胆进行抽真空处理,然后充入惰性气体,再对该真空凝壳烙炼炉的相蜗进行加热,使 W上粉体材料烙融为合金汤;(4)将步骤(3)制得的合金汤倒入柔轮铸模中冷却成形,再压 铸挤压成形,然后加热至500°C保溫化,空气中自然冷却,得到柔轮,其硬度及抗疲劳强度测 试结果见表1。
[0021 ]实施例4
[0022] (1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁粉75份、石墨締粉末9份、纳米碳化娃粉 末4.5份、聚酷胺酷亚胺粉末9份及偶联剂粉末2.5份放入揽拌机中,lOOrpm混合化,其中偶 联剂为铭络合物偶联剂和单烷氧基铁酸醋类偶联剂的混合物,所述铭络合物偶联剂和单烧 氧基铁酸醋类偶联剂的比例为1:3; (2)将步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球磨, 球料比为24:1,球磨转速为45rpm,球磨时间化,球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制 球磨溫度低于80°C ; (3)将步骤(2)磨好的粉体投入真空凝壳烙炼炉的相蜗内,对该真空凝 壳烙炼炉内胆进行抽真空处理,然后充入惰性气体,再对该真空凝壳烙炼炉的相蜗进行加 热,使W上粉体材料烙融为合金汤;(4)将步骤(3)制得的合金汤倒入柔轮铸模中冷却成形, 再压铸挤压成形,然后加热至500°C保溫化,空气中自然冷却,得到柔轮,其硬度及抗疲劳强 度测试结果见表1。
[0023] 实施例5
[0024] (1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁粉72份、石墨締粉末10份、纳米碳化娃 粉末5份、聚酷胺酷亚胺粉末10份及偶联剂粉末3份放入揽拌机中,lOOrpm混合化,其中偶联 剂为铭络合物偶联剂和单烷氧基铁酸醋类偶联剂的混合物,所述铭络合物偶联剂和单烧氧 基铁酸醋类偶联剂的比例为1:3; (2)将步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球磨,球 料比为25:1,球磨转速为45rpm,球磨时间化,球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制球 磨溫度低于80°C ; (3)将步骤(2)磨好的粉体投入真空凝壳烙炼炉的相蜗内,对该真空凝壳 烙炼炉内胆进行抽真空处理,然后充入惰性气体,再对该真空凝壳烙炼炉的相蜗进行加热, 使W上粉体材料烙融为合金汤;(4)将步骤(3)制得的合金汤倒入柔轮铸模中冷却成形,再 压铸挤压成形,然后加热至500°C保溫化,空气中自然冷却,得到柔轮,其硬度及抗疲劳强度 测试结果见表1。
[0025] 为了探索本发明的作用机理,故又设计了 3个实施例为对照实验,如实施例6~8。 [00%] 实施例6
[0027] (1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁粉100份放入揽拌机中,100巧m混合化; (2)将步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球磨,球料比为25:1,球磨转速为45巧m, 球磨时间化,球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制球磨溫度低于80°C; (3)将步骤(2) 磨好的粉体投入真空凝壳烙炼炉的相蜗内,对该真空凝壳烙炼炉内胆进行抽真空处理,然 后充入惰性气体,再对该真空凝壳烙炼炉的相蜗进行加热,使W上粉体材料烙融为合金汤; (4)将步骤(3)制得的合金汤倒入柔轮铸模中冷却成形,再压铸挤压成形,然后加热至500°C 保溫化,空气中自然冷却,得到柔轮,其硬度及抗疲劳强度测试结果见表1。
[0028] 实施例7
[0029] (1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁粉82份、石墨締粉末12份、纳米碳化娃 粉末6份放入揽拌机中,100巧m混合化;(2)将步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球 磨,球料比为25:1,球磨转速为45rpm,球磨时间化,球磨过程中通过冷却水循环控制系统控 制球磨溫度低于80°C ; (3)将步骤(2)磨好的粉体投入真空凝壳烙炼炉的相蜗内,对该真空 凝壳烙炼炉内胆进行抽真空处理,然后充入惰性气体,再对该真空凝壳烙炼炉的相蜗进行 加热,使W上粉体材料烙融为合金汤;(4)将步骤(3)制得的合金汤倒入柔轮铸模中冷却成 形,再压铸挤压成形,然后加热至500°C保溫化,空气中自然冷却,得到柔轮,其硬度及抗疲 劳强度测试结果见表1。
[0030] 实施例8
[0031] (1)取粒径小于200目的低碳钢液水雾化铁粉83份、聚酷胺酷亚胺粉末14份及偶联 剂粉末3份放入揽拌机中,lOOrpm混合化,其中偶联剂为铭络合物偶联剂和单烷氧基铁酸醋 类偶联剂的混合物,所述铭络合物偶联剂和单烷氧基铁酸醋类偶联剂的比例为1:3; (2)将 步骤(1)混合均匀的粉末投入真空球磨机中球磨,球料比为25:1,球磨转速为45rpm,球磨时 间化,球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制球磨溫度低于80°C; (3)将步骤(2)磨好的 粉体投入真空凝壳烙炼炉的相蜗内,对该真空凝壳烙炼炉内胆进行抽真空处理,然后充入 惰性气体,再对该真空凝壳烙炼炉的相蜗进行加热,使W上粉体材料烙融为合金汤;(4)将 步骤(3)制得的合金汤倒入柔轮铸模中冷却成形,再压铸挤压成形,然后加热至500°C保溫 5h,空气中自然冷却,得到柔轮,其硬度及抗疲劳强度测试结果见表1。
[0032] 表1柔轮的耐磨性及抗疲劳强度测试结果
[0033]
[0034] 由表1可见,本发明制得的柔轮,比仅用低碳合金钢制得的柔轮具有更好的耐磨性 和抗疲劳强度。分析实验结果,发明人认为可能是石墨締和碳化娃的加入,极大地提高了低 碳合金钢的耐磨性,而聚酷胺酷亚胺及偶联剂的加入,极大地提高了石墨締和碳化娃材料 与低碳钢液水雾化铁粉之间的润滑性和连接性,从而提高了本发明柔轮整体的抗疲劳强 度。
[0035] 根据上述说明书的掲示和教导,本发明所属领域的技术人员还可W对上述实施方 式进行适当的变更和修改。因此,本发明并不局限于上面掲示和描述的【具体实施方式】,对本 发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外,尽管本说明书 中使用了一些特定的术语,但运些术语只是为了方便说明,并不对本发明构成任何限制。
【主权项】
1. 一种柔轮用金属基材料,其特征在于:主要由低碳钢液水雾化铁粉72~84份、石墨烯 6~10份、纳米碳化硅3~5份、聚酰胺酰亚胺6~10份、偶联剂1~3份组成。2. 根据权利要求1所述的柔轮用金属基材料,其特征在于:主要由低碳钢液水雾化铁粉 75~81份、石墨稀7~9份、纳米碳化娃3.5~4.5份、聚酰胺酰亚胺7~9份、偶联剂1.5~2.5 份组成。3. 根据权利要求2所述的柔轮用金属基材料,其特征在于:主要由低碳钢液水雾化铁粉 78份、石墨烯8份、纳米碳化硅4份、聚酰胺酰亚胺8份、偶联剂2份组成。4. 根据权利要求1 - 3任一项所述的柔轮用金属基材料,其特征在于:所述低碳钢液水雾 化铁粉的主要成分为含碳量0.13~0.18%,含硅量0.15~0.35%,含锰量0.6~0.85%,含 铬量0.9~1.2%,含钴量0.15~0.3%,含磷量0.03%以下,含硫量0.03%以下,余量为铁。5. 根据权利要求1 - 3任一项所述的柔轮用金属基材料,其特征在于:所述偶联剂为铬络 合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯类偶联剂的混合物,所述铬络合物偶联剂和单烷氧基钛酸酯 类偶联剂的比例为1:3。6. -种柔轮的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:(1)取粒径小于200目如权利要求 1-5任一项所述的柔轮用金属基材料,放入搅拌机中,80~120rpm混合至少6h; (2)将步骤 (1) 混合均勾的粉末投入真空球磨机中球磨,球料比为24~26:1,球磨转速为45~50rpm,球 磨时间大于5h,球磨过程中通过冷却水循环控制系统控制球磨温度低于80°C ; (3)将步骤 (2) 磨好的粉体投入真空凝壳熔炼炉的坩埚内,对该真空凝壳熔炼炉内胆进行抽真空处理, 然后充入惰性气体,再对该真空凝壳熔炼炉的坩埚进行加热,使以上粉体材料熔融为合金 汤;(4)将步骤(3)制得的合金汤倒入柔轮铸模中冷却成形,再压铸挤压成形,然后热处理退 火处理,得到柔轮。
【文档编号】C22C38/04GK106011620SQ201610404515
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】熊家鹏, 陈勰, 魏华飞
【申请人】东莞市本润机器人开发科技有限公司