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冷處理,又稱超低溫處理,是指用冷卻介質把材料按一定速率冷卻到-130℃以下,冷凍一段時間后,再以一定速率升溫到室溫的處理方法,一般認為深冷處理是常規冷處理的延伸。
深冷處理可顯著提高一些金屬和非金屬材料的力學性能和摩擦磨損性能,操作簡便、無污染、成本低,具有良好的發展前景。硬質合金YT15,具有較高的硬度和摩擦磨損性能,被廣泛地應用在切削行業,但存在韌性差和摩擦磨損性能待進一步提高的問題。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）具有較好的摩擦磨損性能和耐沖擊性等,廣泛被用于各個行業,但存在表面硬度低、彎曲強度和抗磨粒磨損能力差等缺點。
本研究分別嘗試對YT15和UHMWPE進行深冷處理,并從微觀形貌結構、機械性能和摩擦磨損性能評價等研究深冷處理對YT15和UHMWPE的影響。硬質合金YT15（85WC-5Co-15TiC,wt%）隨機分成三組:1）深冷處理;2）深冷后回火處理;3）未處理,作為對照組。
利用下述方法評價各處理工藝對YT15性能的影響:利用金相分析、背散射掃描電鏡-X射線能量射散譜儀（BSEM-EDX）和X射線射物相分析（XRD）分析微觀形貌、結構和殘余應力;進行洛氏硬度、維氏硬度、抗彎強度和彎曲斷裂能等機械性能測試;進行接觸角和表面能測試;利用往復和環塊摩擦式進行摩擦磨損性能測試,摩擦試驗完成后,用輪廓儀對磨斑橫截面進行掃描,稱量摩擦副失重情況,利用SEM、SEM-EDX線分析和XRD對磨斑形貌和磨損機制進行觀察和分析。結果顯示,-相相對含量在深冷處理和深冷后回火處理后較未處理組增加;γ-相含量減少;η-相含量在深冷處理后增加,卻在深冷后回火處理后下降;YT15各處理組皆為殘余壓應力,深冷處理后的殘余應力較未處理明顯降低,但深冷后回火處理后卻又回到未處理水平。
YT15各處理組的洛氏硬度沒有顯著性差異,但與未處理相比較,深冷處理和深冷后回火處理明顯降低了YT15維氏硬度,顯著地提高其彎曲強度和彎曲斷裂能,即韌性得到明顯改善。深冷處理和深冷后回火處理對YT15表面能有降低作用。深冷處理和深冷后回火處理明顯改善了YT15的摩擦磨損性能,其主要磨損機制為磨粒磨損伴隨粘結相的移出和WC的松動裸露。UHMWPE隨機分成三組:1）深冷處理;2）熱處理后深冷處理;3）未處理,對照組。利用差示掃描量熱法分析（DSC）和XRD方法進行結晶度測量;利用傅里葉紅外光譜進行分子結構表征;進行維氏硬度、拉伸、壓縮、抗彎強度和彎曲斷裂能等機械性能測試;進行接觸角和表面能測試;進行銷盤式摩擦磨損性能測試,摩擦試驗完成后,用輪廓儀對磨斑橫截面進行掃描,利用SEM、SEM-EDX和XRD對磨斑形貌和磨損機制進行觀察和分析。
結果顯示,深冷處理和熱處理后深冷處理對UHMWPE整體的結晶度影響較小,且DSC方法所得計算值大于XRD方法。各處理組UHMWPE的傅里葉紅外表征圖譜沒有明顯差異。深冷處理和熱處理后深冷處理明顯提高了UHMWPE的表面能。
深冷處理和熱處理后深冷處理略降低UHMWPE的強度和試樣表面維氏硬度,但明顯提高其韌性和降低UHMWPE試樣的內部維氏硬度。經深冷處理和熱處理后深冷處理的UHMWPE的摩擦磨損性能明顯提高,尤其是熱處理后深冷處理組。各處理組主要磨損機制為磨粒磨損和塑性變形。
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