本发明涉及一种机器人支撑板及其制备工艺，属于金属材料领域。
背景技术：
铝合金是指以铝为基础，加入一定量的镁、硅、钼、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，因此被广泛应用于国防工业和民用工业中，尤其在汽车、摩托车、枪械和家电行业中占有重要地位。
机器人以其使用方便、功能多样、解放人劳动力等优点被广泛用于各个行业。机器人不仅仅是内部计算机的运行，承载其内部结构的外部材料同样至关重要。铝合金以其高强度、低密度、耐蚀性好而被广泛使用。
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。
技术实现要素：
针对上述存在的问题，本发明提供一种高强度、高硬度、耐蚀以及低杂质元素的机器人支撑板。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种机器人支撑板，所述的机器人支撑板由铝合金制成，所述铝合金的成分及其质量百分比为：ta：1-3％、si：0.5-1.5％、hf：1-3％、sn：0.1-0.2％、c：0.1-0.3％、余量为al和杂质。
在目前的铝合金或其他合金成分中，ta、hf元素的使用还比较少，但是，作为一种金属，ta与hf对合金的性能有极大地提升。钽本身具有加工性能好、化学稳定性高、抗液态金属腐蚀能力强等优异性能，其与c形成的二元合金相，结构稳定，增强铝合金的强度和耐蚀性。hf具有延展性、抗氧化性和耐高温等特性，是一种良好的合金材料，hf与ta会形成二元合金体系，使得铝合金具有高蠕变强度。
作为优选，在所述铝合金成分中，杂质中各含量为h＜0.005％、o＜0.015％。铝合金中的h容易造成材料氢碎，在制备过程中，应时刻注意空气的混入。
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：
一种机器人支撑板的制备工艺，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并熔炼、浇注成铝合金板；
(2)热处理：将铝合金板加热至200-400℃，先在其表面撒上一层p粉，保持30-50min，再铺上一层na粉，保持3-5min，然后退火处理；
(3)成型：将热处理后的铝合金板切削、机加工成机器人支撑板半成品；
(4)表面处理：在机器人支撑板半成品表面均匀覆盖一层镁粉，然后进行表面离子束轰击处理，得机器人支撑板成品。
具有高强度兼有高韧性、低脆性转变温度的铝合金是较理想的结构材料，而晶粒细化是最直接有效的途径。细化晶粒可以通过变形工艺或者相变工艺来完成，p作为一种铝合金变质剂，在铝合金半固态下渗入，与铝生成溶点高且细小的alp化合物，alp具有与硅相近的晶格结构和晶格常数，成为了si结晶时的异质核心，产生异相生核作用，促使熔液中的硅晶坯和原子快速生长为晶核，使晶核数量大大增加，从而实现晶粒细化。na的加入，可以与铝合金表层的sn形成na2sno3，当产品表面防护层破损后，在含电解质的水环境中，析出na2sno3盐，增强铝合金表面钝化效果，提升其耐腐蚀性能。
最后，本发明通过在铝合金表面覆盖镁粉，再进行氦离子束高速轰击，使铝合金表面的各种元素的原子与镁原子相互熔合，形成新的表面合金相，即形成合金保护膜，大大增强了铝合金的耐腐蚀性能。
作为优选，在机器人支撑板的制备工艺中，所述p粉、na粉、mg粉为300-400目的粉末。控制材料粉末粒径可以使材料更易融入铝合金中，减少材料间的空隙，降低产品裂纹产生概率。
作为优选，在步骤(3)中，所述热处理中退火温度为400-600℃，保持该温度1-2h，冷却速度为10-20℃/min，冷却至室温。退火能改善产品切削加工性，消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，同时细化晶粒，均匀材料组织和改善材料性能。
作为优选，在步骤(5)中，所述表面处理中离子束为氦离子束，离子束轰击速度为100-200m/s，轰击次数为2-4次。采用高速氦离子束进行轰击，带来巨大的能量，能在极短的时间内使得铝合金表面的各种原子相融合，从而形成新的表面合金相，提升产品性能。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)原料中的钽本身具有加工性能好、化学稳定性高、抗液态金属腐蚀能力强等优异性能，其与c形成的二元合金相，结构稳定，增强铝合金的强度和耐蚀性。
(2)原料中的hf具有延展性、抗氧化性和耐高温等特性，是一种良好的合金材料，hf与ta会形成二元合金体系，使得铝合金具有高蠕变强度。
(4)在铝合金半固态下加入p，生成alp，成为si结晶时的异质核心，促使熔液中的硅晶坯和原子快速生长为晶核，使晶核数量大大增加，实现晶粒细化。
(5)na可以与铝合金表层的sn形成na2sno3，在含电解质的水环境中，析出na2sno3盐，增强铝合金表面钝化效果，提升其耐腐蚀性能。
(6)氦离子束的高速轰击，可以极快地促使铝合金表面的各种原子融合形成新的表面合金相。
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：按上述铝合金的成分及其质量百分比称取原料，包括ta：2％、si：1％、hf：2％、sn：0.15％、c：0.2％、余量为al和杂质，其中杂质包括h＜0.005％、o＜0.015％。
热处理：先将原料熔炼、浇注成铝合金板，再将铝合金板加热至300℃，待铝合金板呈半固态后，先在其表面撒上一层p粉，保持40min，当铝合金板表面的p粉融入其内部后，再铺上一层na粉，保持4min后冷却至室温。然后将铝合金板加热至500℃，保持1.5h，再通过外部鼓风等处理，以15℃/min的冷却速度冷却至室温。
成型：将热处理后的铝合金板切削、机加工成机器人支撑板半成品。
表面处理：在机器人支撑板半成品表面均匀覆盖一层镁粉，置于真空环境中，然后进行表面氦离子束轰击处理，设置氦离子束轰击速度为150m/s，并不断调整轰击角度，轰击3次后得机器人支撑板成品。
实施例2
配料：按上述铝合金的成分及其质量百分比称取原料，包括ta：1％、si：0.5％、hf：1％、sn：0.1％、c：0.1％、余量为al和杂质，其中杂质包括h＜0.005％、o＜0.015％。
热处理：先将原料熔炼、浇注成铝合金板，再将铝合金板加热至300℃，待铝合金板呈半固态后，先在其表面撒上一层p粉，保持40min，当铝合金板表面的p粉融入其内部后，再铺上一层na粉，保持4min后冷却至室温。然后将铝合金板加热至500℃，保持1.5h，再通过外部鼓风等处理，以15℃/min的冷却速度冷却至室温。
成型：将热处理后的铝合金板切削、机加工成机器人支撑板半成品。
表面处理：在机器人支撑板半成品表面均匀覆盖一层镁粉，置于真空环境中，然后进行表面氦离子束轰击处理，设置氦离子束轰击速度为150m/s，并不断调整轰击角度，轰击3次后得机器人支撑板成品。
实施例3
配料：按上述铝合金的成分及其质量百分比称取原料，包括ta：3％、si：1.5％、hf：3％、sn：0.2％、c：0.3％、余量为al和杂质，其中杂质包括h＜0.005％、o＜0.015％。
热处理：先将原料熔炼、浇注成铝合金板，再将铝合金板加热至300℃，待铝合金板呈半固态后，先在其表面撒上一层p粉，保持40min，当铝合金板表面的p粉融入其内部后，再铺上一层na粉，保持4min后冷却至室温。然后将铝合金板加热至500℃，保持1.5h，再通过外部鼓风等处理，以15℃/min的冷却速度冷却至室温。
成型：将热处理后的铝合金板切削、机加工成机器人支撑板半成品。
表面处理：在机器人支撑板半成品表面均匀覆盖一层镁粉，置于真空环境中，然后进行表面氦离子束轰击处理，设置氦离子束轰击速度为150m/s，并不断调整轰击角度，轰击3次后得机器人支撑板成品。
实施例4
配料：按上述铝合金的成分及其质量百分比称取原料，包括ta：2％、si：1％、hf：2％、sn：0.15％、c：0.2％、余量为al和杂质，其中杂质包括h＜0.005％、o＜0.015％。
热处理：先将原料熔炼、浇注成铝合金板，再将铝合金板加热至200℃，待铝合金板呈半固态后，先在其表面撒上一层p粉，保持30min，当铝合金板表面的p粉融入其内部后，再铺上一层na粉，保持3min后冷却至室温。然后将铝合金板加热至400℃，保持1h，再通过外部鼓风等处理，以10℃/min的冷却速度冷却至室温。
成型：将热处理后的铝合金板切削、机加工成机器人支撑板半成品。
表面处理：在机器人支撑板半成品表面均匀覆盖一层镁粉，置于真空环境中，然后进行表面氦离子束轰击处理，设置氦离子束轰击速度为150m/s，并不断调整轰击角度，轰击3次后得机器人支撑板成品。
实施例5
配料：按上述铝合金的成分及其质量百分比称取原料，包括ta：2％、si：1％、hf：2％、sn：0.15％、c：0.2％、余量为al和杂质，其中杂质包括h＜0.005％、o＜0.015％。
热处理：先将原料熔炼、浇注成铝合金板，再将铝合金板加热至400℃，待铝合金板呈半固态后，先在其表面撒上一层p粉，保持50min，当铝合金板表面的p粉融入其内部后，再铺上一层na粉，保持5min后冷却至室温。然后将铝合金板加热至600℃，保持2h，再通过外部鼓风等处理，以20℃/min的冷却速度冷却至室温。
成型：将热处理后的铝合金板切削、机加工成机器人支撑板半成品。
表面处理：在机器人支撑板半成品表面均匀覆盖一层镁粉，置于真空环境中，然后进行表面氦离子束轰击处理，设置氦离子束轰击速度为150m/s，并不断调整轰击角度，轰击3次后得机器人支撑板成品。
实施例6
配料：按上述铝合金的成分及其质量百分比称取原料，包括ta：2％、si：1％、hf：2％、sn：0.15％、c：0.2％、余量为al和杂质，其中杂质包括h＜0.005％、o＜0.015％。
热处理：先将原料熔炼、浇注成铝合金板，再将铝合金板加热至300℃，待铝合金板呈半固态后，先在其表面撒上一层p粉，保持40min，当铝合金板表面的p粉融入其内部后，再铺上一层na粉，保持4min后冷却至室温。然后将铝合金板加热至500℃，保持1.5h，再通过外部鼓风等处理，以15℃/min的冷却速度冷却至室温。
成型：将热处理后的铝合金板切削、机加工成机器人支撑板半成品。
表面处理：在机器人支撑板半成品表面均匀覆盖一层镁粉，置于真空环境中，然后进行表面氦离子束轰击处理，设置氦离子束轰击速度为100m/s，并不断调整轰击角度，轰击2次后得机器人支撑板成品。
实施例7
配料：按上述铝合金的成分及其质量百分比称取原料，包括ta：2％、si：1％、hf：2％、sn：0.15％、c：0.2％、余量为al和杂质，其中杂质包括h＜0.005％、o＜0.015％。
热处理：先将原料熔炼、浇注成铝合金板，再将铝合金板加热至300℃，待铝合金板呈半固态后，先在其表面撒上一层p粉，保持40min，当铝合金板表面的p粉融入其内部后，再铺上一层na粉，保持4min后冷却至室温。然后将铝合金板加热至500℃，保持1.5h，再通过外部鼓风等处理，以15℃/min的冷却速度冷却至室温。
成型：将热处理后的铝合金板切削、机加工成机器人支撑板半成品。
表面处理：在机器人支撑板半成品表面均匀覆盖一层镁粉，置于真空环境中，然后进行表面氦离子束轰击处理，设置氦离子束轰击速度为200m/s，并不断调整轰击角度，轰击4次后得机器人支撑板成品。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，对比例1原料中不含ta、hf。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，对比例2原料中不含sn。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，对比例3热处理中的p粉、na粉不在铝合金板半固态时加入，而是直接与原料熔融。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，对比例4表面处理不进行表面合金化处理，直接对产品进行喷漆处理。
将实施例1-7及对比例1-4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1-4中产品的性能
从表中数据可以看出，原料中若是缺少ta、hf等元素，铝合金内部无法形成hf-ta二元合金体系和ta-c二元合金相，极大地降低了产品的强度和硬度。同时，缺少sn会造成合金表层缺少na2sno3，当合金表面保护膜破损时，无法抵抗外部腐蚀，减少使用寿命。而表面处理形成的表面合金相，极大地增强了产品的耐腐蚀性，更能适应复杂的使用环境。其中，表格中耐腐蚀性数据为产品表面开始出现腐蚀的时间。
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。