深冷处理,又称超低温处理,是指用冷却介质把材料按一定速率冷却到-130℃以下,冷冻一段时间后,再以一定速率升温到室温的处理方法,一般认为深冷处理是常规冷处理的延伸。
　　深冷处理可显著提高一些金属和非金属材料的力学性能和摩擦磨损性能,操作简便、无污染、成本低,具有良好的发展前景。硬质合金YT15,具有较高的硬度和摩擦磨损性能,被广泛地应用在切削行业,但存在韧性差和摩擦磨损性能待进一步提高的问题。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有较好的摩擦磨损性能和耐冲击性等,广泛被用于各个行业,但存在表面硬度低、弯曲强度和抗磨粒磨损能力差等缺点。
　　本研究分别尝试对YT15和UHMWPE进行深冷处理,并从微观形貌结构、机械性能和摩擦磨损性能评价等研究深冷处理对YT15和UHMWPE的影响。硬质合金YT15(85WC-5Co-15TiC,wt%)随机分成三组:1)深冷处理;2)深冷后回火处理;3)未处理,作为对照组。
　　利用下述方法评价各处理工艺对YT15性能的影响:利用金相分析、背散射扫描电镜-X射线能量射散谱仪(BSEM-EDX)和X射线射物相分析(XRD)分析微观形貌、结构和残余应力;进行洛氏硬度、维氏硬度、抗弯强度和弯曲断裂能等机械性能测试;进行接触角和表面能测试;利用往复和环块摩擦式进行摩擦磨损性能测试,摩擦试验完成后,用轮廓仪对磨斑横截面进行扫描,称量摩擦副失重情况,利用SEM、SEM-EDX线分析和XRD对磨斑形貌和磨损机制进行观察和分析。结果显示,-相相对含量在深冷处理和深冷后回火处理后较未处理组增加;γ-相含量减少;η-相含量在深冷处理后增加,却在深冷后回火处理后下降;YT15各处理组皆为残余压应力,深冷处理后的残余应力较未处理明显降低,但深冷后回火处理后却又回到未处理水平。
　　YT15各处理组的洛氏硬度没有显著性差异,但与未处理相比较,深冷处理和深冷后回火处理明显降低了YT15维氏硬度,显著地提高其弯曲强度和弯曲断裂能,即韧性得到明显改善。深冷处理和深冷后回火处理对YT15表面能有降低作用。深冷处理和深冷后回火处理明显改善了YT15的摩擦磨损性能,其主要磨损机制为磨粒磨损伴随粘结相的移出和WC的松动裸露。UHMWPE随机分成三组:1)深冷处理;2)热处理后深冷处理;3)未处理,对照组。利用差示扫描量热法分析(DSC)和XRD方法进行结晶度测量;利用傅里叶红外光谱进行分子结构表征;进行维氏硬度、拉伸、压缩、抗弯强度和弯曲断裂能等机械性能测试;进行接触角和表面能测试;进行销盘式摩擦磨损性能测试,摩擦试验完成后,用轮廓仪对磨斑横截面进行扫描,利用SEM、SEM-EDX和XRD对磨斑形貌和磨损机制进行观察和分析。
　　结果显示,深冷处理和热处理后深冷处理对UHMWPE整体的结晶度影响较小,且DSC方法所得计算值大于XRD方法。各处理组UHMWPE的傅里叶红外表征图谱没有明显差异。深冷处理和热处理后深冷处理明显提高了UHMWPE的表面能。
　　深冷处理和热处理后深冷处理略降低UHMWPE的强度和试样表面维氏硬度,但明显提高其韧性和降低UHMWPE试样的内部维氏硬度。经深冷处理和热处理后深冷处理的UHMWPE的摩擦磨损性能明显提高,尤其是热处理后深冷处理组。各处理组主要磨损机制为磨粒磨损和塑性变形。