對YG6X硬質(zhì)合金進行強流脈沖電子束(HCPEB)表面輻照處理。利用金相顯微鏡、掃描電鏡和X射線衍射方法分析樣品表層顯微組織和相成分變化，測量HCPEB改性樣品表面顯微硬度和摩擦磨損性能。結(jié)果表明，經(jīng)HCPEB處理的YG6X硬質(zhì)合金表層發(fā)生重熔，WC顆粒尺寸細化并與Co粘結(jié)相互溶擴散，形成WC1-x、Co3W3C和Co3W9C4混合相組織，經(jīng)20次脈沖處理樣品的表面顯微硬度增加到24.3GPa，磨痕深度由改性前的2.96μm減少到0.4μm。

　　WC-Co硬質(zhì)合金具有高硬度、高強度、良好的耐磨損和耐腐蝕等性能特點，從發(fā)明之初就一直作為刀模具制作的首選材料�，F(xiàn)代加工業(yè)的迅速發(fā)展對生產(chǎn)效率、切削質(zhì)量和維護成本等方面提出更高要求，通過表面改性手段進一步提高WC-Co硬質(zhì)合金工具的表面性能具有十分重要的工程意義。

　　近年來，強流脈沖電子束(Highcurrentpulsedelectronbeam，簡稱HCPEB)技術(shù)得到廣泛重視和研究，并發(fā)展成為一種新型高效的材料表面改性手段。通過在鐵、鋁、銅和鎂等材料體系開展的HCPEB表面改性實驗，發(fā)現(xiàn)處理材料表層經(jīng)歷快速而劇烈的熱力循環(huán)，加熱和冷卻速率108-9K/s，凝固速率達到幾米每秒，表層熱應(yīng)力達數(shù)百MPa至GPa量級，引發(fā)塑性變形和組織細化，改性材料的表面硬度、耐磨性和耐蝕性可得到明顯提高。本文選用YG6X硬質(zhì)合金為實驗材料，研究HCPEB處理表層的組織和性能變化規(guī)律，探索運用HCPEB技術(shù)進行硬質(zhì)合金表面輻照改性的應(yīng)用前景。

1、實驗材料及方法

　　HCPEB表面輻照實驗使用HOPE-I型強流脈沖電子束裝置完成，該裝置是由三束材料改性國家重點實驗室脈沖電子束研究組自主研發(fā)的，是國內(nèi)首臺采用大束斑和低加速電壓設(shè)計的脈沖電子束源，其工作原理和運行指標較俄產(chǎn)Nadezhda-2型強流脈沖電子束源有重大改進，主要體現(xiàn)為脈沖時間調(diào)節(jié)范圍1～10μs，最大能量密度達到10J/cm2，更加適合高熔點材料的表面處理，并可靈活實現(xiàn)快速熔凝、汽化蒸發(fā)和合金化等表面改性方法。HOPE-I型強流脈沖電子束裝置于2008年8月開始投入運行，為開展強流脈沖電子束材料表面改性機理和實用工藝研究提供了有力支持。本文的實驗工作中，原始YG6X樣品由硬質(zhì)合金制造廠家直接提供，尺寸為Φ15mm×5mm，經(jīng)機械研磨、拋后，使用酒精清洗并吹干。HCPEB處理采用的工作參數(shù)包括：真空壓強8×10^-3 Pa，加速電壓27kV，脈沖寬度2.5μs，能量密度6J/cm2，工作頻率0.1Hz，對不同樣品分別進行1，5，10，20和35次脈沖處理。

　　利用OLYMPUS-BX51金相顯微鏡、SSX-550和SU-70型掃描電鏡(SEM)及XRD-6000型X射線衍射(XRD)儀進行樣品表層組織結(jié)構(gòu)分析。在UMT-2型磨損試驗機上進行摩擦磨損實驗，工作條件為無潤滑，載荷30N，磨損時間30min。在DMH-2LS努氏顯微硬度計(HK)上測量表面顯微硬度，載荷為25g。

2、實驗結(jié)果與討論

　　2.1、表面和截面顯微組織

　　圖1為HPCEB處理前后YG6X硬質(zhì)合金樣品的表面SEM形貌�？梢钥闯�，原始表面的WC顆粒具有棱角形狀，其間分布著燒結(jié)形成的孔洞與空腔，如圖1(a)所示。經(jīng)過1次HCPEB脈沖處理，WC顆粒邊緣出現(xiàn)熔化和圓整(圖1(b))。此后，隨HCPEB脈沖處理次數(shù)增加，WC顆粒熔化加劇，WC/Co界面被熔體填充，局部有微裂紋產(chǎn)生(圖1(c))。脈沖次數(shù)增加到35次，表面完全重熔有網(wǎng)狀的嚴重裂紋出現(xiàn)，如圖1(d)所示。

圖1 YG6X硬質(zhì)合金表面SEM形貌

　　圖2給出HCPEB處理YG6X樣品的截面典型形貌。對應(yīng)1次HCPEB處理時，表面起伏嚴重，有局部微熔和Co粘結(jié)相噴發(fā)痕跡，關(guān)于HCPEB作用下的表面熔坑形成機制詳見文獻。另外，觀察到大塊WC顆粒發(fā)生破碎，說明HCPEB輻照過程中處理表層存在幅值極高的熱應(yīng)力。經(jīng)20次HCPEB脈沖處理后，樣品表面形成了厚度約1μm的重熔層，組織細小、致密，如圖2(b)所示。

圖2 HCPEB處理YG6X樣品截面SEM形貌

3、結(jié)論

　　(1)HCPEB輻照處理YG6X硬質(zhì)合金表層發(fā)生重熔，WC顆粒尺寸細化并與Co粘結(jié)相互溶，形成包括WC1-x、Co3W3C和Co3W9C4相的混合組織。

　　(2)隨HCPEB處理次數(shù)增加，表面顯微硬度和耐磨性逐漸提高，經(jīng)20次脈沖處理樣品的表面顯微硬度達到24.3GPa，磨痕深度由改性前的2.96μm減少到0.4μm。

　　(3)使用過多的HCPEB脈沖處理會導(dǎo)致硬質(zhì)合金表面出現(xiàn)疲勞熱裂，損害改性表面的使用性能。