深冷處理硬質(zhì)合金YT15和超高分子量聚乙烯的研究.pdf

1、深冷處理，又稱(chēng)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(jiǎn)便、無(wú)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(wèn)題。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有較好的摩擦磨

2、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(duì)YT15和UHMWPE進(jìn)行深冷處理，并從微觀(guān)形貌結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能和摩擦磨損性能評(píng)價(jià)等研究深冷處理對(duì)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(duì)照組。利用下述方法評(píng)價(jià)各處理工藝對(duì)YT15性能的影響：利用金相分析、背散射

3、掃描電鏡-X射線(xiàn)能量射散譜儀( BSEM-EDX)和X射線(xiàn)衍射物相分析(XRD)分析微觀(guān)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(cè)試；進(jìn)行接觸角和表面能測(cè)試：利用往復(fù)和環(huán)塊摩擦方式進(jìn)行摩擦磨損性能測(cè)試，摩擦試驗(yàn)完成后，用輪廓儀對(duì)磨斑橫截面進(jìn)行掃描，稱(chēng)量摩擦副失重情況，利用SEM、SEM-EDX線(xiàn)分析和XRD對(duì)磨斑形貌和磨損機(jī)制進(jìn)行觀(guān)察和分析。結(jié)果顯示，α-相相對(duì)含量在深冷處理和深冷后回火處理后較未處理

4、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(méi)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(duì)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Y

5、T15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(duì)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(cè)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(cè)試；進(jìn)行接觸角和表面能測(cè)試；進(jìn)行銷(xiāo)盤(pán)式摩擦磨損性能測(cè)試，摩擦試驗(yàn)完成后，用輪廓儀對(duì)磨斑橫截面進(jìn)行掃描，利用SEM

6、、SEM-EDX和XRD對(duì)磨斑形貌和磨損機(jī)制進(jìn)行觀(guān)察和分析。結(jié)果顯示，深冷處理和熱處理后深冷處理對(duì)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(méi)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UH