一种机器人装备用铜导体及其制备工艺的制作方法

本发明属于电缆，具体涉及一种机器人装备用铜导体及其制备工艺。

背景技术：

1、随着现代工业与科技的飞速发展，机器人装备在工业自动化、智能制造、航空航天等领域扮演着至关重要的角色。其中，高性能铜导体材料作为机器人柔性电缆的核心组件，其性能优劣直接关系到整个机器人系统的稳定性和可靠性。近年来，针对高性能铜导体材料的性能验证和技术要求的研发已成为行业内的热点，旨在通过实际性能的测试和验证，为机器人装备提供更为优质的导体解决方案。

2、尽管当前市场上已有多种铜导体材料应用于机器人柔性电缆中，但它们在满足高性能需求方面仍存在诸多不足，尤其是机械稳定性欠佳，在机器人频繁运动或承受较大拉力时，传统铜导体易出现断裂或变形，导致电缆失效，影响电缆寿命。

3、鉴于上述技术问题，本发明提出了一种能够满足高性能机器人装备需求的铜导体材料及其制备工艺，以克服现有技术中的不足，提高机器人柔性电缆的整体机械性能和使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种机器人装备用铜导体及其制备工艺，通过合理设计结构和选材，提高了制备得到的铜导体的机械性能和使用寿命。

2、一种机器人装备用铜导体的制备工艺，包括以下步骤：将导体材料进行初次绞合，形成单股线；将单股线进行复绞绞合，即得。

3、优选的，所述导体材料为镀锡铜导体。

4、优选的，所述镀锡铜导体的制备方法，包括以下步骤：对铜线进行依次进行退火、酸洗、镀锡后，清洗并干燥，即得。

5、优选的，所述铜线的铜纯度≥99.95%，氧含量＜0.002%，购自青岛汉缆股份有限公司。

6、优选的，所述退火的具体条件为：第一阶段130~150℃，保温5~10s；升温至280~300℃，保温5~10s；升温至450~480℃，保温1~5s，随炉冷却至室温。

7、发明人发现，通过分步退火处理铜线，能够在提高铜导体柔韧性和延展性的同时，提高其机械性能。这可能是因为首先通过较低温度的预热，使铜丝表面和内部温度均匀，减少温差引起的热应力，避免铜丝在后续高温处理中发生变形或开裂；继续升温至280~300℃，铜丝的内应力开始初步释放，晶粒开始细化，提高铜丝的柔韧性和延展性；在450~480℃的高温下，铜丝的内应力进一步消除，晶粒进一步细化，促进再结晶，显著提高铜丝的柔韧性和延展性。通过分步退火处理，铜丝的内应力得到有效释放，减少因温度骤变引起的热应力，确保铜丝在高温处理中的稳定性和均匀性，提高了其抗疲劳性能，使其在反复弯曲和扭曲中不易产生裂纹。再结晶过程使铜丝的晶粒细化，提高了其抗拉强度和机械性能，使其在机器人装备中能够承受更大的机械负荷。此外，高温下的再结晶过程可以消除铜丝内部的缺陷和位错，提高铜丝的结晶度，从而改善其导电性能。高温处理可以促使铜丝表面和内部的杂质挥发或扩散，进一步提高铜丝的纯净度，增强导电性能。

8、所述酸洗的具体步骤为：将退火后的铜线浸入室温下的酸洗液中1~3min后取出，用去离子水冲洗表面残留的酸洗液并干燥。

9、优选的，所述酸洗液的溶剂为水，酸洗液中各组分浓度为：氯化锌10-20 g/l、氯化铵10-20 g/l、氯化钠5-10 g/l、盐酸体积浓度10-20%、乙醇胺1-3 g/l、乳化剂0.1-0.5 g/l。

10、发明人发现，将退火后的铜丝铜线浸入特定的酸洗液中，不仅能够去除铜丝表面的氧化物和污垢，还能够进一步提高铜丝的机械性能。这可能是因为酸洗液中的盐酸能够有效去除铜线表面的氧化物和污垢；氯化锌、氯化铵和氯化钠可协同增强酸洗液的酸性，促进氧化物的溶解，确保铜线表面的彻底清洁，清洁的铜线表面有助于后续镀锡工艺中锡层的均匀覆盖，提高镀层的结合力。这确保了镀层在长期使用中不会脱落，提高了铜导体的可靠性和耐久性；乙醇胺作为缓蚀剂和络合剂，减少铜线的过度腐蚀，提高酸洗液的稳定性。酸洗液中的各成分协同作用，不仅能减少铜线表面的微小缺陷和不平整，提高铜线的表面质量，有助于提高铜导体的机械性能，减少在使用过程中因表面缺陷引起的断裂风险，而且清洁的铜线表面在后续的镀锡工艺中能够形成更加均匀和致密的镀层，提高铜导体的耐腐蚀性、抗疲劳性和机械性能，如抗拉强度和柔韧性，这使得铜导体在机器人装备中能够承受更大的机械负荷和反复的弯曲和扭曲，延长了铜导体的使用寿命。此外，清洁的铜线表面和均匀的镀层可以减少接触电阻，提高铜导体的导电性能，这对于机器人装备中的信号传输和电力传输至关重要，确保了系统的稳定性和可靠性。

11、优选的，所述乳化剂为吐温60。

12、优选的，所述吐温60的酸值≤2.0mgkoh/g，羟值为81~96mgkoh/g。

13、在一些优选的方案中，所述吐温60购自颖心实验室。

14、优选的，所述镀锡的具体步骤为：将铜丝通入锡炉中镀锡。

15、优选的，所述锡炉中熔化的锡液温度为220~500℃。

16、优选的，所述锡炉中镀锡模的孔径比退火后的铜线的直径大0.001~0.01mm。

17、优选的，所述锡液为熔融锡。

18、优选的，所述初次绞合所用的导体材料根数为11~13根。

19、优选的，所述导体材料直径为0.14~0.16mm，横截面积为0.45~0.55mm2。

20、优选的，所述初次绞合的绞合节距为10~15 mm。

21、优选的，所述复绞绞合所用的单股线数量为6~8股。

22、优选的，所述复绞绞合的绞合节距为20~30mm。

23、优选的，所述初次绞合和复绞绞合的方向相反。

24、发明人发现，通过控制股线绞向与复绞绞向，并调节绞合节距，能够提高铜导体的抗弯曲疲劳、抗拉和抗扭转性能，使得复绞结构导体比正常一次束合的导体机械性能至少提高5倍以上。这可能是因为导体在弯曲时，靠弯曲半径外部承受张力，靠弯曲半径内部承受挤压力，同一束股线承受的张力和挤压力随位置的不同而变化，是不断补偿抵消的过程，节径比越小，这种补偿就越频繁，复绞层数越多，这种补偿也会越频繁。因此，这类复绞结构的导体抗弯曲扭转性能更显优异，利于提高导体在抗弯曲过程中的使用寿命。

25、所述机器人装备用铜导体的制备工艺制备得到的机器人装备用铜导体。

26、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：

27、1.本发明提供一种机器人装备用铜导体，通过合理设计结构和选材，制备得到的铜导体机械性能优异，屈服强度高，表明该产品抗弯曲扭转性能优异，使用寿命长，非常适合应用于机器人装备中的柔性电缆。

28、2.本发明通过分步退火处理铜线，能够在提高铜导体柔韧性和延展性的同时，提高其机械性能。

29、3.本发明将退火后的铜丝铜线浸入特定的酸洗液中，不仅能够去除铜丝表面的氧化物和污垢，还能够进一步提高铜丝的机械性能。

30、4.本发明通过控制股线绞向与复绞绞向，并调节绞合节距，能够提高铜导体的抗弯曲疲劳、抗拉和抗扭转性能，使得复绞结构导体比正常一次束合的导体机械性能至少提高5倍以上。