一種應用于機器人減速器部件的真空鍍膜方法
【專利摘要】本發明公開了一種應用于機器人減速器部件的真空鍍膜方法，將減速器部件進行預處理，去除表面油污、雜質后放置入真空室中，進行抽真空操作，通過真空加熱減速器部件和第一鍍膜靶材，減速器部件鍍上一層中間膜，然后對鍍上中間膜的減速器部件和第二鍍膜靶材進行真空加熱，該第二鍍膜靶材為YO2或CeO2，減速器部件又鍍上一層表面膜。通過上述方法在減速器部件的表面鍍制雙鍍膜層，該雙鍍膜層具有低表面能、低摩擦力、低磨損的優點，本發明的雙層鍍膜制備工藝簡單、成本低，一定程度上解決機器人減速器部件容易磨損、摩擦力大、噪音大、背隙等問題，延長了減速器的使用壽命。
【專利說明】
一種應用于機器人減速器部件的真空鍍膜方法
技術領域
[0001]本發明涉及機器人減速器部件涂層技術領域，涉及將鍍膜技術應用于機器人減速器齒輪、柔性輪、剛性輪等關鍵部件，增強部件耐磨性，提高部件壽命的鍍膜技術方法。
【背景技術】
[0002]機器人正進入生產、生活的各個領域，產業發展迅速。采用機器人代替人工勞動，可以大大提高生產效率，節約成本。機器人減速器是機器人關鍵部件，價格占到機器總成本的35-40%。機器人減速器包括:諧波減速器、RV減速器。諧波減速器關鍵部件包括:剛性輪、柔性輪、諧波發生器等。RV減速器關鍵部件包括:RV齒輪、擺線齒輪、直齒輪、針輪等。其中諧波發生器由一個凸輪和一個薄壁金屬滾動軸承構成，凸輪與軸承內圈配合。凸輪轉動時帶動軸承發生動態變形，呈橢圓狀，軸承外圈擠壓柔性輪同步發送變形。在柔性輪橢圓長軸兩端，柔性輪輪齒與剛性輪嚙合，傳遞轉動，并按照一定轉速比實現減速。柔性輪為薄壁零件，且循環往復變形，是減速器中最易磨損的部件，直接決定減速器整體壽命。減速器部件中的齒輪零件易于出現點蝕、磨損、折斷等失效形式，特別是處在中心位置的輸入軸齒輪齒數較少，最易失效。齒輪磨損后，齒輪間形成背隙，為RV減速器主要缺陷。
[0003]目前，機器人減速器技術日趨成熟，但存在一些重要缺陷無法克服:(I)存在背隙、漏油的等問題;(2)易磨損、更換成本高；(3)摩擦大，造成噪音大、傳動效率低，能耗高等。
[0004]真空鍍膜方法是一種由物理方法產生薄膜材料的技術，蒸發物質如金屬、化合物等置于坩禍內或掛在熱絲上作為蒸發源，待鍍工件，如金屬、陶瓷、塑料等基片置于坩禍前方。待系統抽至高真空后，加熱坩禍使其中的物質蒸發。蒸發物質的原子或分子以冷凝方式沉積在基片表面，即可在基片表面形成一層鍍膜，對比文件專利號為“CN104060224A”、專利名稱為“一種金屬件的真空鍍膜方法”的發明專利中，公開了一種金屬件的真空鍍膜方法，但該專利主要針對手機外殼、平板電腦外殼的金屬件，其對鍍膜層的耐磨擦性能要求不高。
【發明內容】
[0005]針對上述技術中存在的不足之處，本發明提供一種工藝簡單、適合批量生產的應用于機器人減速器部件的真空鍍膜方法，通過該方法，可在減速器部件表面涂覆具有低表面能、低摩擦力、低磨損的雙層鍍膜涂層。可解決減速器部件易磨損、摩擦力大、背隙、漏油等問題。
[0006]為實現上述目的，本發明提供一種應用于機器人減速器部件的真空鍍膜方法，包括以下步驟:
第一步，減速器部件預處理:將待鍍膜的減速器部件用化學溶劑清洗，去除表面油污、雜質后，進行烘干操作，然后移入真空室中，并懸掛于真空室的支架上；
第二步，抽真空:將鍍膜靶材和預處理后的減速器部件放置在真空鍍膜裝置的真空室中，關閉真空鍍膜裝置門，啟動抽真空系統，開始抽真空；
第三步，形成中間膜層:對減速器部件和第一鍍膜靶材進行真空加熱，達到第一鍍膜靶材蒸發溫度后，保持真空室內的溫度和壓強，直至形成中間膜層；
第四步，形成表面膜層:將第一鍍膜靶材更換為第二鍍膜靶材，所述第二鍍膜靶材為YO2或CeO2,對已經鍍好中間膜層的減速器部件和第二鍍膜靶材進行真空加熱，達到第二鍍膜靶材YO2或CeO2的蒸發溫度后，保持真空室內的溫度和壓強，直至形成表面膜層。
[0007]其中，第一步中所述化學溶劑為丙酮或甲醛，所述烘干操作為將清洗后的減速器部件在烘干箱中加熱到80°C左右，烘干10-20分鐘。
[0008]其中，其特征在于，第二步中抽真空時間為10-20分鐘，真空室內氣壓小于5X 10—
3Pa0
[0009]其中，第三步中，所述第一鍍膜靶材的材料為T1、TiN、TiC、WC、DLC中的一種。
[0010]其中，第三步中，第一鍍膜靶材為Ti，第一鍍膜靶材Ti的蒸發溫度為1700°C_1800°C，保溫、保壓時間為0.5-2小時，形成的中間膜層厚度為05.-3微米的。
[0011]其中，第四步中，第二鍍膜靶材CeO2或YO2的蒸發溫度為2000-2100°C，保溫、保壓時間為0.5-2小時，形成CeO2或YO2表面膜層的厚度為1-3微米。
[0012]其中，懸掛有減速器部件的支架的工作轉速為10-20轉/分。
[0013]其中，第四步中，將第一鍍膜靶材更換為第二鍍膜靶材的方式為:當減速器部件形成中間膜層后，停止對真空室的加熱，待真空室的溫度降低至50°C、氣壓恢復至常壓時，將第一鍍膜靶材更換為第二鍍膜靶材YO2或CeO2。
[0014]其中，第四步中，將第一鍍膜靶材更換為第二鍍膜靶材的方式為:將第一鍍膜靶材和第二鍍膜靶材同時置于真空室中，分別由第一加熱電源和第二加熱電源對其加熱，當減速器部件形成中間膜層后，停止第一加熱電源，開啟第二加熱電源，對第二鍍膜靶材YO2或CeO2進行真空加熱。
[0015]本發明的有益效果是:與現有技術相比，本發明一種應用于機器人減速器部件的真空雙層鍍膜工藝簡單、成本低廉，一定程度上解決機器人減速器易磨損、摩擦力大、噪音大、背隙等問題，延長了減速器的使用壽命。通過上述方法鍍制雙鍍膜層的機器人減速器部件，具有低表面能、低摩擦力、低磨損的優點。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的一種應用于機器人減速器部件的真空鍍膜方法的示意圖；
圖2本發明采用普通真空鍍膜機的真空鍍膜方法的原理圖；
圖3為本發明采用多源真空鍍膜設備的真空鍍膜方法的原理圖；
圖4為本發明采用普通真空鍍膜機的真空鍍膜方法的流程圖；
圖5為本發明采用多源真空鍍膜設備的真空鍍膜方法的流程圖。
[0017]主要元件符號說明如下:
1、第一加熱電源2、第二加熱電源 3、第三加熱電源 4、真空室
5、支架6、減速器部件
7、第一鍍膜靶材8、第二鍍膜靶材
9、蒸發器10、擋板
I1、蒸汽流。
【具體實施方式】
[0018]為了更清楚地表述本發明，下面結合附圖對本發明作進一步地描述。
[0019]請參閱圖1-3，本發明提供一種應用于機器人減速器部件的真空鍍膜方法，包括以下步驟:
第一步，減速器部件6預處理:將待鍍膜的減速器部件6用化學溶劑清洗，去除表面油污、雜質后，進行烘干操作，然后移入真空室4中，并懸掛于真空室4的支架5上；
第二步，抽真空:將鍍膜靶材和預處理后的減速器部件6放置在真空鍍膜裝置的真空室4中，關閉真空鍍膜裝置門，啟動抽真空系統，開始抽真空；
第三步，形成中間膜層:對減速器部件6和第一鍍膜靶材7進行真空加熱，直至達到第一鍍膜靶材7蒸發溫度后，保持真空室4內的溫度和壓強，直至形成中間膜層；
第四步，形成表面膜層:將第一鍍膜靶材7更換為第二鍍膜靶材8，該第二鍍膜靶材8為YO2或CeO2,對已經鍍好中間膜層的減速器部件6和第二鍍膜靶材8進行真空加熱，達到第二鍍膜靶材YO2或CeO2的蒸發溫度后，保持真空室內4的溫度和壓強，直至形成表面膜層。
[0020]采用上述方法鍍制雙鍍膜層的機器人減速器部件6，具有以下顯著優點:(I)表面摩擦力相比于無鍍層減速器部件大幅降低；(2)耐磨損性能顯著提高；(3)鍍層穩定不易脫落；(4)減速器噪音明顯降低；(5)減速器背隙、回程差縮小。由于這些特點，減速器的運行更加平穩，能耗低，使用壽命顯著延長。
[0021]與現有技術相比，本發明一種應用于機器人減速器部件的真空雙層鍍膜工藝簡單、成本低，一定程度上解決機器人減速器易磨損、摩擦力大、噪音大、背隙等問題，延長了減速器的使用壽命。通過上述方法鍍制雙鍍膜層的機器人減速器部件，具有低表面能、低摩擦力、低磨損的優點。
[0022]在本實施例中，第一步中化學溶劑為丙酮或甲醛，烘干操作為將清洗后的減速器部件6在烘干箱中加熱到80°C左右，烘干10-20分鐘。
[0023]丙酮和甲醛溶劑可以溶解減速部件上的油污、雜質，但由于丙酮和甲醛都具有一定的揮發性和毒性，將清洗后的減速部件放置于烘干箱中加熱到80°C左右，烘干10-20分鐘，可以完全將丙酮或甲醛揮發掉，既可以防止對操作人員的身體傷害，也可防止丙酮或甲醛分子對后續真空鍍膜操作的影響。
[0024]在本實施例中，第二步中抽真空時間為10-20分鐘，真空室4內氣壓小于5 X 10—3Pa。真空室4中的真空度為5 X 10—3Pa，屬于高真空度，處于此壓強環境下的第一鍍膜革E材7的蒸發金屬原子與真空室4中殘余氣體分子之間的碰撞可以忽略不計，此時汽化的金屬原子是沿直線飛向減速器部件表面，這樣保持了較大動能到達減速器部件6表面的第一鍍膜靶材7汽化原子可以在減速器部件6表面上凝結成較牢固的膜層。
[0025]在本實施例中，第三步中，第一鍍膜靶材7的材料為T1、TiN、TiC、WC、DLC中的一種。金屬Ti(鈦)的熔點為1660°C，具有重量輕、強度高的優點。TiN(氮化鈦)的熔點為2950°C，具有密度小、耐熱性能好的優點。TiC(碳化鈦)的熔點為3140°C，具有弱磁性、高硬度的優點。WC(碳化鎢)的熔點為2870°C，具有硬度高的優點。DLC(類金剛石)具有高硬度、低摩擦因數、耐磨損的優點。采用上述材料為第一鍍膜靶材，可以在減速器部件表面形成一層具有高硬度、與減速器部件表面形成良好的結合力的中間膜層。
[0026]在本實施例中，第一鍍膜靶材Ti的蒸發溫度為1700°C-1800°C，保溫、保壓時間為
0.5-2小時，形成的中間膜層厚度為05.-3微米的。在上述材料中，Ti的蒸發溫度相對較低，可以節約能源，節約成本，并且Ti的質量較輕，不會增加減速器部件的負擔，影響減速器部件的靈活性，此時中間膜層硬度介于2300-3500維氏硬度之間。若減速器部件對溫度有較高要求，可以選擇TiN作為第一鍍膜靶材，若減速器部件對硬度有較高要求，可以選擇TiC、WC、DLC作為第一鍍膜靶材7。以上材料只是本發明的優選材料，但本發明并不局限于此，其他具有與上述材料類似作用的材料也屬于本發明保護的范圍之內。
[0027]在本實施例中，第四步，第二鍍膜靶材CeO2或YO2的蒸發溫度為2000-2100°C，保溫、保壓時間為0.5-2小時，形成CeO2或YO2表面膜層的厚度為卜3微米。CeO2或YO2的物理性質比較接近，在真空度為5 X 10—3Pa以下時，CeO2或YO2第二鍍膜靶材8蒸發溫度為2000-2100°C，經過0.5-2小時，可以在中間膜層的表面再形成一層CeO2或YO2表面膜層，該膜層具有表面能低，接觸角小，摩擦力小的優點。
[0028]在本實施例中，懸掛有減速器部件的支架5的工作轉速為10-20轉/分。支架5保持勻速旋轉可以使鍍膜靶材均勻的分布在減速部件上，使減速器部件6鍍上均勻的膜層。
[0029]在本實施例中，第四步中，將第一鍍膜靶材7更換為第二鍍膜靶材8的方式為:當減速器部件6形成中間膜層后，停止對真空室4的加熱，待真空室4的溫度降低至50°C、氣壓恢復至常壓時，將第一鍍膜靶材7更換為第二鍍膜靶材YO2或CeO2。
[0030]在本實施例中，第四步中，將第一鍍膜靶材7更換為第二鍍膜靶材8的方式為:將第一鍍膜靶材7和第二鍍膜靶材8同時置于真空室4中，分別由第一加熱電源I和第二加熱電源2對其加熱，當減速器部件6形成中間膜層后，停止第一加熱電源I，開啟第二加熱電源2，對第二鍍膜靶材YO2或CeO2進行真空加熱。
[0031]下面結合流程圖4-5，完整地描述采用普通真空鍍膜機的真空鍍膜方法，首先，先將真空鍍膜機內部清洗干凈，并干燥處理。同時，將待鍍膜的減速器部件6用丙酮或甲醛溶劑清洗，去除表面油污、雜質，并用干燥室在60-80°C的溫度下，干燥處理10-20分鐘。將減速器部件6不需要鍍層的部分粘貼耐高溫貼紙保護層(如鋁箔)，僅裸露需要鍍膜的表面部分。將干燥的減速器部件6，懸掛于真空鍍膜室4內的支架5上。懸掛采用特制懸掛吊桿，保證減速器部件6之間的空隙。將第一鍍膜靶材7，放置在蒸發器9中，在本發明中，第一鍍膜靶材7材料可以是T1、TiN、TiC、WC、DLC中的一種。加熱前，需根據不同靶材的蒸發溫度，確定加熱溫度。如:Ti熔點大約為1700°C，蒸發溫度設定為1700—1800°C;蒸發器材料熔點需大于靶材，如C熔點大于Ti，可以采用石墨材質坩禍；蒸發器材料也可以采用W、Ta(鉭)等耐高溫材料。
[0032]關閉真空鍍膜裝置門，開始抽真空。抽空時間10-20分鐘，室內氣壓將至5X10—3Pa以下。開啟第一加熱電源I和第三加熱電源3，分別加熱第一革E材7和減速器部件6。加熱開始后，開動支架5按照10-20轉/分旋轉。加熱到蒸發溫度后(如:Ti的蒸發溫度設定為1700-1800°C)，保溫、保壓0.5-2小時。關閉第一加熱電源I和第三加熱電源3，降溫0.5小時后，打開擋板10，緩解壓力。室溫降至50°C以下，打開室門。
[0033]更換蒸發器6為W材質坩禍，第一鍍膜靶材7更換為第二度，哦靶材YO2或CeO2。關閉真空鍍膜裝置門，抽真空10-15分鐘，室內氣壓降至5X10—3Pa以下。開啟第二加熱電源2和第三加熱電源3，分別加熱YO2或CeO2第二鍍膜靶材和減速器部件。加熱開始后，開動支架按照10-20轉/分旋轉。加熱到第二鍍膜靶材YO2或CeO2蒸發溫度2000-2100°C，保溫、保壓0.5_2小時。關閉第二加熱電源2和第三加熱電源3，降溫0.5小時后，打開擋板10，緩解壓力。室溫降至50°C以下，打開室門，去除工件表面耐高溫貼紙，即可得到鍍制雙鍍膜層的減速器部件。
[0034]當采用多源真空鍍膜設備時，將第一鍍膜靶材7和YO2或CeO2第二鍍膜靶材8同時放入不同的蒸發器9中，分別由第一加熱電源I和第二加熱電源2對其加熱，同時由第三加熱電源3對減速器部件6進行加熱。此時可省去中間更換第二鍍膜靶材YO2或CeO2 8步驟，首先第一加熱電源I和第三加熱電源3分別加熱第一鍍膜靶材7和減速器部件6，在完成中間層鍍膜后，直接進入鍍YO2或CeO2表面膜步驟，關閉第一加熱電源I，開啟第二加熱電源2，對YO2或CeO2第二鍍膜靶材8進行加熱，即可完成表面膜層的鍍制。
[0035]通過上述方法在減速器部件表面鍍制的雙鍍膜層，經檢測，鍍層中間層厚度0.5-2微米。中間層起過渡作用，與減速器部件基材表面形成良好的結合力。中間層硬度介于2300—3500HV302或CeO2鍍膜厚度1-3微米。采用水懸滴法測量YO2或CeO2接觸角為90-130°，表面能小。采用摩擦力測量儀，測得YO2或CeO2表面的摩擦系數為0.1-0.2，比無涂層的鋼表面小。
[0036]本發明的優勢在于:
1、真空雙層鍍膜工藝簡單、成本低廉，一定程度上解決機器人減速器易磨損、摩擦力大、噪音大、背隙等問題，延長了減速器的使用壽命；
2、采用本發明方法鍍制雙鍍膜層的減速器部件，具有表面摩擦力相比于無鍍層減速器部件大幅降低、耐磨損性能顯著提高、鍍層穩定不易脫落、減速器噪音明顯降低、減速器背隙、回程差縮小等優點；
3、采用本發明方法鍍制雙鍍膜層的減速器部件的運行更加平穩，能耗低，使用壽命顯著延長。
[0037]以上公開的僅為本發明的幾個具體實施例，但本發明并非局限于此，任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種應用于機器人減速器部件的真空鍍膜方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，減速器部件預處理:將待鍍膜的減速器部件用化學溶劑清洗，去除表面油污、雜質后，進行烘干操作，然后移入真空室中，并懸掛于真空室的支架上； 第二步，抽真空:將鍍膜靶材和預處理后的減速器部件放置在真空鍍膜裝置的真空室中，關閉真空鍍膜裝置門，啟動抽真空系統，開始抽真空； 第三步，形成中間膜層:對減速器部件和第一鍍膜靶材進行真空加熱，達到第一鍍膜靶材蒸發溫度后，保持真空室內的溫度和壓強，直至形成中間膜層； 第四步，形成表面膜層:將第一鍍膜靶材更換為第二鍍膜靶材，所述第二鍍膜靶材為YO2或CeO2,對已經鍍好中間膜層的減速器部件和第二鍍膜靶材進行真空加熱，達到第二鍍膜靶材YO2或CeO2的蒸發溫度后，保持真空室內的溫度和壓強，直至形成表面膜層。2.根據權利要求1所述的一種應用于機器人減速器部件的真空鍍膜方法，其特征在于，第一步中所述化學溶劑為丙酮或甲醛，所述烘干操作為將清洗后的減速器部件在烘干箱中加熱到80°C左右，烘干10-20分鐘。3.根據權利要求1所述的一種應用于機器人減速器部件的真空鍍膜方法，其特征在于，第二步中抽真空時間為10-20分鐘，真空室內氣壓小于5 X 10—3Pa。4.根據權利要求1所述的一種應用于機器人減速器部件的真空鍍膜方法，其特征在于，第三步中，所述第一鍍膜靶材的材料為T1、TiN、TiC、WC、DLC中的一種。5.根據權利要求1所述的一種應用于機器人減速器部件的真空鍍膜方法，其特征在于，第三步中，第一鍍膜靶材為Ti，第一鍍膜靶材Ti的蒸發溫度為1700°C-1800°C，保溫、保壓時間為0.5-2小時，形成的中間膜層厚度為05.-3微米的。6.根據權利要求1所述的一種應用于機器人減速器部件的真空鍍膜方法，其特征在于，第四步中，第二鍍膜靶材CeO2或YO2的蒸發溫度為2000-2100°C，保溫、保壓時間為0.5-2小時，形成CeO2或YO2表面膜層的厚度為1-3微米。7.根據權利要求1所述的一種應用于機器人減速器部件的真空鍍膜方法，其特征在于，懸掛有減速器部件的支架的工作轉速為10-20轉/分。8.根據權利要求1所述的一種應用于機器人減速器部件的真空鍍膜方法，其特征在于，第四步中，將第一鍍膜靶材更換為第二鍍膜靶材的方式為:當減速器部件形成中間膜層后，停止對真空室的加熱，待真空室的溫度降低至50°C、氣壓恢復至常壓時，將第一鍍膜靶材更換為第二鍍膜靶材YO2或CeO2。9.根據權利要求8所述的一種應用于機器人減速器部件的真空鍍膜方法，其特征在于，第四步中，將第一鍍膜靶材更換為第二鍍膜靶材的方式為:將第一鍍膜靶材和第二鍍膜靶材同時置于真空室中，分別由第一加熱電源和第二加熱電源對其加熱，當減速器部件形成中間膜層后，停止第一加熱電源，開啟第二加熱電源，對第二鍍膜靶材YO2或CeO2進行真空加熱。
【文檔編號】C23C14/14GK105821382SQ201610321182
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月16日
【發明人】付忠學
【申請人】深圳市三智合新材科技有限公司