冷處理,又稱超低溫處理,是指用冷卻介質(zhì)把材料按一定速率冷卻到-130℃以下,冷凍一段時(shí)間后,再以一定速率升溫到室溫的處理方法,一般認(rèn)為深冷處理是常規(guī)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(xué)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(fā)展前景。硬質(zhì)合金YT15,具有較高的硬度和摩擦磨損性能,被廣泛地應(yīng)用在切削行業(yè),但存在韌性差和摩擦磨損性能待進(jìn)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(gè)行業(yè),但存在表面硬度低、彎曲強(qiáng)度和抗磨粒磨損能力差等缺點(diǎn)。
　　本研究分別嘗試對YT15和UHMWPE進(jìn)行深冷處理,并從微觀形貌結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能和摩擦磨損性能評價(jià)等研究深冷處理對YT15和UHMWPE的影響。硬質(zhì)合金YT15（85WC-5Co-15TiC,wt%）隨機(jī)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(jià)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(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力;進(jìn)行洛氏硬度、維氏硬度、抗彎強(qiáng)度和彎曲斷裂能等機(jī)械性能測試;進(jìn)行接觸角和表面能測試;利用往復(fù)和環(huán)塊摩擦式進(jìn)行摩擦磨損性能測試,摩擦試驗(yàn)完成后,用輪廓儀對磨斑橫截面進(jìn)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(jī)制進(jìn)行觀察和分析。結(jié)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(yīng)力,深冷處理后的殘余應(yīng)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(qiáng)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(jī)制為磨粒磨損伴隨粘結(jié)相的移出和WC的松動(dòng)裸露。UHMWPE隨機(jī)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(jìn)行結(jié)晶度測量;利用傅里葉紅外光譜進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)表征;進(jìn)行維氏硬度、拉伸、壓縮、抗彎強(qiáng)度和彎曲斷裂能等機(jī)械性能測試;進(jìn)行接觸角和表面能測試;進(jìn)行銷盤式摩擦磨損性能測試,摩擦試驗(yàn)完成后,用輪廓儀對磨斑橫截面進(jìn)行掃描,利用SEM、SEM-EDX和XRD對磨斑形貌和磨損機(jī)制進(jìn)行觀察和分析。
　　結(jié)果顯示,深冷處理和熱處理后深冷處理對UHMWPE整體的結(jié)晶度影響較小,且DSC方法所得計(jì)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(qiáng)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(nèi)部維氏硬度。經(jīng)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(jī)制為磨粒磨損和塑性變形。