[发明专利]一种谐波减速器柔轮材料及其制备方法

说明书

本发明涉及非晶合金技术领域，具体涉及一种谐波减速器柔轮材料及其制备方法。本发明的柔轮材料是以Zr‑Ni‑Ti‑Al是以Zr‑Ni的二元体系为基础发展而成的四元体系，Al的加入可以使合金在熔融状态中形成两相分离，从而在极速冷却的过程中增加原子排列的无序性，从而提高柔轮材料的力学性能，加入的Ti可以形成韧性的纳米晶相，从而提高柔轮材料的塑性以及耐疲劳性；进一步地，加入了Nb和La可以起到细化晶粒的作用，引起原子排列的无序性，降低了非晶相的硬度，从而显著提升柔轮材料的韧性。

技术领域

本发明涉及非晶合金技术领域，具体涉及一种谐波减速器柔轮材料及其制备方法。

背景技术

齿轮传动是最常见的传动装置之一，齿轮元件的材料特性、加工精度和结构形式等直接影响着传动装置的性能。科学技术的不断更新，对各种机械设备、仪器仪表的传动装置提出了相应的要求。例如，在智能集成机械装备领域，通常需要把高速转动的电机降到很低的转速，这就要有一个很大减速比的装置，与此同时要求它占据的空间小、质量轻；对一些仪器仪表的传动机构，不仅要求它结构简单，安装方便，又要求它具有较高的传动精度；对某些传动装置，要求它在空间一定的前提下，要有较高的可靠性和承载能力等等。

在上述工程应用中，如果我们仍然采用普通齿轮作为它的传动元件，那么，首先必须提高齿轮元件自身的性能，其次也需相应的提高传动装置中其他元件的性能。尽管如此，还是无法满足某些要求。例如利用普通的齿轮元件是无法实现向密闭空间传递运动或动力的；又如，要设计一个传动比约为1000：1，体积约为24cm³的减速机构，若采用普通的齿轮传动装置也是做不到的。针对以上问题，人们通过对工程应用的总结，找到了一些解决方法，谐波减速器就是其中一种。

谐波减速器与普通齿轮传动装置相比，具有体积小、质量轻、传动比大、传动精度高等突出优点，过去半个多世纪，这种减速器已由航空航天领域迅速推广到能源、雷达、特种机床、仪器仪表、汽车工业、医疗器械以及工业机器人领域。

柔轮是一个薄壁壳体，作为谐波减速器的主要构件，其在工作状态下受波发生器和外部载荷的双重作用，处于循环弹性变形的状态，既承受弯曲应力，又承受扭转应力，很容易发生疲劳失效。且柔轮为柔性构件，很容易导致其输出端扭转刚度不足。

非晶合金(Amorphous Alloys)又称金属玻璃，采用现代快速凝固冶金技术而成，兼有一般金属和玻璃优异的力学、物理和化学性能的新型非晶金属玻璃材料。其组成的内部原子排列为短程有序、长程无序的玻璃态结构，其结构和成分比晶态合金更均匀。是指在原子尺度上长程无序、短程有序排列的一类合金材料。其微观结构与传统晶态合金不同，内部并不存在晶粒和晶界。独特的材料结构使得该合金具有高比强、大弹性变形能力、强耐腐蚀性、低热膨胀系数、高耐磨性、优异软磁等性能，可广泛应用于电子信息、航空航天、生物医疗等领域，市场需求量大，产业化前景十分广阔。在众多的非晶合金体系中，Zr基非晶合金具有较高的断裂强度，但是作为柔轮材料需求较高的强度、韧性和高循环疲劳性，目前大多数Zr基非晶合金不能满足使用需求，而且Zr基非晶合金的合金成分对力学性能的影响仍存在许多机理的认知不足。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种一种谐波减速器柔轮材料及其制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种谐波减速器柔轮材料的制备方法，包括步骤：

(1)按非晶合金组成取各原材料，然后依次进行打磨去皮、清洗、干燥以及称量，置入真空电弧熔炼炉中，在保护气体氛围下进行加热熔融，所述非晶合金包括如下质量百分比的组成：Al17.1-19.3％、Ni9.8-12.6％、Ti7.7-9.4％、Nb3.5-4.4％、La1-2％，余量为Zr；

(2)将熔融状态的混合合金进行压铸成型，然后进行水冷淬火，外形加工，即得到所述谐波减速器柔轮材料。