本发明属于金属材料领域。具体地，本发明涉及一种用于制备多组分金属合金的自动化系统及方法。
背景技术：
1、高性能金属材料的开发对于人类社会的发展至关重要。从工业时代开始，每一次技术的飞跃都离不开高性能金属材料的开发。例如轻质高强的铝合金、钛合金以及耐高温的镍基超合金的开发，使得人类能够跨越地理和空间的限制，带来了货运和客运的繁荣。另外，硬质合金作为工业的“牙齿”，更是解决了金属加工的难题，使得制造精密且复杂的结构部件成为可能。而生物相容的镁合金、不锈钢和形状记忆合金等的开发，更是为人类的生命健康带来了保障。在现代社会，随着应用场景的逐渐增加，特别是极端环境领域如航空航天、热能转换和国防军工等，对于高性能新材料的开发需求也越发迫切。
2、然而，开发高性能金属材料并非易事。一方面，是由于金属材料种类繁多、性能各异，并且不同的成分配比能够产生不同的机械和功能特性。另一方面，当前高性能金属材料的开发方式仍然以传统的试错法为主，需要耗费大量的人力、物力进行低效且重复性的金属配料、熔炼和表征工作。在这些重复性的工作中，制约新金属材料研发速度的关键在于金属配料环节。不同于工业生产，新材料研发过程往往注重原料的纯度和配比的精度，而部分活性金属原料，如铝、镁、钛和锆等常常因长时间暴露在空气中而产生氧化层，从而影响合金的纯度。此外，不同的金属材料具有明显的硬度和形状差异，需要耗费大量的时间对金属材料进行切割、破碎和打磨，才能实现高精度的称量配比。一般而言，一个普通研发人员需要花费一整天的时间才能配出大概5-10种三到五元合金的成分配比，这对于大批量的金属材料研发而言杯水车薪。
3、因此，为了提高高性能金属材料的研发效率，开发一种能够实现多组分金属合金的自动化制备的方法至关重要。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种用于制备多组分金属合金的自动化系统及方法。采用本发明的自动化系统不仅可精确控制各金属元素的比例，还能实现高效、无人化的作业，从而显著提高多组分合金材料配料及熔炼的效率。本发明的自动化系统在新金属材料研发领域和工业生产领域具有巨大的应用前景和商业价值。
2、本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的。
3、一方面，本发明提供了一种用于制备多组分金属合金的自动化系统，其包括：
4、工业机器人，其用于从样品库中识别并抓取目标块体金属，然后安装至机械加工设备中；
5、机械加工设备，其用于对安装的块体金属进行表面处理，然后切割至目标体积；
6、称量设备，其用于对切割后的金属进行称量；
7、混合熔炼设备，其用于对称量后的金属依次进行熔融混合和铸造成型；
8、自动控制系统，其用于根据输入的金属配方计算并输出所需的各金属的目标体积，然后控制工业机器人、机械加工设备、称量设备以及混合熔炼设备依次完成识别、抓取、机械加工、称量、熔融混合以及铸造成型的过程。
9、本发明的发明人出乎意料地发现，本发明的自动化系统不仅可精确控制各金属元素的比例，还能显著提高多组分合金材料配料的效率。相比传统方法，从每天实现10种原料的配料提升至每天实现上百种原料的配料，节约了人工成本，降低了人为误差。
10、优选地，在本发明所述的自动化系统中，所述自动控制系统根据输入的所有金属的总重量以及各金属之间的摩尔比，换算出每种金属的目标重量，然后利用已录入的每种金属的密度，计算并输出每种金属的目标体积。
11、优选地，在本发明所述的自动化系统中，所述自动控制系统通过输出每种金属的目标直径和目标长度来输出每种金属的目标体积。
12、优选地，在本发明所述的自动化系统中，所述工业机器人为机械臂。
13、优选地，在本发明所述的自动化系统中，所述块体金属为棒状金属。
14、优选地，在本发明所述的自动化系统中，所述机械加工设备为走心式数控机床。
15、优选地，在本发明所述的自动化系统中，所述表面处理为去除金属表面的氧化物并将所述块体金属加工至目标直径。
16、优选地，在本发明所述的自动化系统中，所述表面处理是采用车铣进行的。
17、优选地，在本发明所述的自动化系统中，所述自动化系统还包括：
18、清洁及干燥设备，其用于依次对切割后的金属进行吹扫、清洗和干燥；
19、其中，所述清洁及干燥设备由自动控制系统控制依次完成吹扫、清洗和干燥过程。
20、优选地，在本发明所述的自动化系统中，所述混合熔炼设备选自电弧熔炼炉、真空浇铸炉和真空吸铸机中的一种或多种。
21、优选地，在本发明所述的自动化系统中，所述自动化系统还包括：
22、数据记录系统，其用于记录称量设备称量的金属重量；以及
23、后台监测系统，其用于将称量的金属重量与自动控制系统根据金属配方计算的金属重量进行比对，当称量的金属重量与计算的金属重量的偏差超过系统设定的阈值时，触发报警机制。
24、另一方面，本发明提供了一种采用本发明所述的自动化系统制备多组分金属合金的方法，其包括如下步骤：
25、(1)将金属配方输入自动控制系统，由自动控制系统计算并输出所需的各金属的目标体积；
26、(2)自动控制系统控制工业机器人从样品库中识别并抓取目标块体金属，然后安装至机械加工设备中；
27、(3)自动控制系统控制机械加工设备对安装的块体金属进行表面处理，然后切割至目标体积；
28、(4)自动控制系统控制称量设备对切割后的金属进行称量；
29、(5)自动控制系统控制混合熔炼设备对称量后的金属依次进行熔融混合和铸造成型，获得多组分金属合金。
30、优选地，在本发明所述的方法中，所述方法在步骤(3)之后和步骤(4)之前还包括以下步骤：
31、自动控制系统控制清洁及干燥设备对切割后的金属依次进行吹扫、清洗和干燥。
32、优选地，在本发明所述的方法中，所述方法还包括以下步骤：
33、由数据记录系统记录称量设备称量的金属重量，然后后台监测系统将称量的金属重量与自动控制系统根据金属配方计算的金属重量进行比对，当称量的金属重量与计算的金属重量的偏差超过系统设定的阈值时，触发报警机制。
34、本发明具有如下有益效果：
35、1.本发明的自动化系统利用单质金属原料(如铁、铜、铝和钛等)的已知密度，通过高精度机械加工的方法，精确控制金属原料的体积来制备目标重量的多种高纯原料(重量误差＜1％)，并结合工业机器人完成高纯原料的搬运和按比例混合。其中，本发明采用走心式数控机床进行样品的去氧化皮和切割，该方式不仅能够方便地与工业机器人进行对接，完成自动化上下料，还能够实现高精度的车铣和切割。相比传统的锉刀磨削或酸洗的方式，该方式能够实现全自动无人化，并适配大多数金属材料。
36、2.本发明的自动化系统实现了多金属合金制备过程中各环节的自动化。具体地，本发明以自动控制系统控制的工业机器人为中心，实现了从原料的识别、去皮、切割、清洗、干燥、称重到熔融混合等各个环节的自动化。相比传统方法，从每天实现10种原料的配料提升至每天实现上百种原料的配料，节约了人工成本，降低了人为误差。
37、3.本发明还设置了后台监测系统和数据记录系统，能够自动完整地记录称量的每种原料的重量，当称量的原料重量与计算的原料重量的偏差超过系统设定的阈值时，即可触发报警机制。相比传统的人工配料的方式，消除了人为导致的实验误差。
38、4.本发明的自动化系统不仅能够精确控制各金属元素的比例，还提高了多组分合金材料的配料效率，能够完成大批量的梯度合金体系的配料以及实现单配方和大量梯度成分配方的交替使用。此外，本发明的自动化系统还解决了金属材料易氧化、硬度和形状差异等带来的配料问题。
1.一种用于制备多组分金属合金的自动化系统，其包括：
2.根据权利要求1所述的自动化系统，其中，所述自动控制系统根据输入的所有金属的总重量以及各金属之间的摩尔比，换算出每种金属的目标重量，然后利用已录入的每种金属的密度，计算并输出每种金属的目标体积。
3.根据权利要求1所述的自动化系统，其中，所述自动控制系统通过输出每种金属的目标直径和目标长度来输出每种金属的目标体积。
4.根据权利要求1所述的自动化系统，其中，所述工业机器人为机械臂；
5.根据权利要求1所述的自动化系统，其中，所述机械加工设备为走心式数控机床；
6.根据权利要求1所述的自动化系统，其中，所述自动化系统还包括：
7.根据权利要求1所述的自动化系统，其中，所述混合熔炼设备选自电弧熔炼炉、真空浇铸炉和真空吸铸机中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的自动化系统，其中，所述自动化系统还包括：
9.一种采用权利要求1至8中任一项所述的自动化系统制备多组分金属合金的方法，其包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法在步骤(3)之后和步骤(4)之前还包括以下步骤：
