QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)的基本原理及操作注意事項

1、QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)的基本原理及操作注意事項“QPQ”是英文“QuenchPolishQuench”的字頭縮寫。原意為淬火拋光淬火，在國內(nèi)把它稱作QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)，其中“鹽浴復(fù)合”的含義是指在氮化鹽浴和氧化鹽浴兩種鹽浴中處理工件。QPQ鹽浴復(fù)合熱處理技術(shù)既可以使工件幾乎不變形，同時又可以大幅度提高金屬表面的耐磨性、抗蝕性，是一種新的金屬表面強(qiáng)化改性技術(shù)。這種技術(shù)實現(xiàn)了滲氮工序和氧化工序的復(fù)合，氮化物和氧化物的復(fù)合，耐磨性和抗蝕性復(fù)合，熱處理技術(shù)和防腐技術(shù)的復(fù)合。我司經(jīng)過多年的實踐獨立開發(fā)了成分獨特的滲氮鹽浴配方，其中添加了一種特殊的氧化劑，使鹽浴中的有害氰根含量保持在0.2%以下，同時

2、鹽浴中的有效成分氰酸根含量長期保持穩(wěn)定。試驗表明，現(xiàn)有氣體軟氮化和離子滲氮基本上都可以用QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)來代替，而且可以大為提高工件的耐磨性和抗蝕性。其抗蝕性可達(dá)到Cu-Ni-Cr多層電鍍的水平,成功的應(yīng)用于氣彈簧、刀具、模具、紡織機(jī)械、汽車等行業(yè)，通過對零件的滑動磨損試驗，耐磨性比發(fā)黑處理高出幾百倍。通過海水防腐試驗，QPQ處理的零件均比發(fā)黑處理的零件提高幾十倍，效果很好。由于新技術(shù)，所以工藝上就有其獨特的要求，操作中必須嚴(yán)格規(guī)范，工件才能達(dá)到耐磨性和抗蝕性的要求，并得到較為美觀的外表(黑亮色)。下面就工藝中幾個關(guān)鍵步驟加以分析討論：一、QPQ技術(shù)的基本工藝過程1、工件清洗-清水漂洗預(yù)

3、熱鹽浴氮化鹽浴氧化冷水冷卻熱水浸泡清水漂洗烘干拋光二次氧化拋光包裝。預(yù)熱（空氣爐）350-400、20-30min氮化（鹽浴爐）550-580、60-180min氧化爐（鹽浴爐）370-400 、20-40min預(yù)熱的作用：預(yù)熱的作用 是烤干工件表面的水分，使冷工件升溫后再入氮化爐，以防帶水工件入氮化爐后引起鹽浴濺射和防止冷工件入爐后氮化爐溫度下降太多。一般溫度下降不超過30，同時預(yù)熱對減少工件變形和獲得色澤均一的外觀也有一定的作用。 氮化：氮化是QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)的核心工序，由于氮化鹽浴中氰酸根（CNO-）的分解產(chǎn)生活性氮原子，在金屬表面形成耐磨和抗蝕性很高的化合物層和耐疲勞的擴(kuò)散層。

4、氧化：氧化的主要作用可使工件從氮化爐帶出的鹽中的氰根（CN-）徹底分解，消除公害，同時在工件表面形成黑色的氧化膜（Fe3O4），增加抗蝕性，對提高耐磨也有一定的好處。2、滲層外貌及特征QPQ鹽浴復(fù)合處理以后在鋼的表面形成的滲層外貌：最外面是氧化膜，主要成分是（Fe3O4），氧化物層里面是化合物層，也稱“白亮層”，主要成分是Fe2-3CN，化合物層以內(nèi)是擴(kuò)散層，（1）化合物層：化合物層是QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)所形成的滲層中最重要的部分，對滲層的耐磨性和抗蝕性都起主導(dǎo)作用。通過金相分析，如圖S45C和35CrMo在不同的氮化時間的金相圖： 35CrMo化合物層×400 QP120min3

5、5CrMo化合物層×400 QP100minS45C化合物層×400 QP120min S45C化合物層×400 QP100min在QPQ鹽浴復(fù)合處理過程中，隨著C、N元素的不斷滲入，達(dá)到一定濃度后，形成了化合物層Fe2-3N和Fe2-3CN，對碳鋼基體來說，化合物層的硬度HV0.1/15至少在500以上，對低碳鋼及中碳鋼經(jīng)QPQ處理以后，硬度在500-700（單位：Kg/mm2），化合物層即白亮層深度一般在10-25m（生產(chǎn)工藝不同，滲層也不相同）。合金鋼如；38CrMoAl、5CrMnMo等氮化鋼，硬度達(dá)到900-1100。滲層在9-15m，化合物層是耐磨、抗

6、蝕的核心滲層，所以在做滲層檢查時，都以檢測化合物層為主，化合物層的深度與工藝條件（CNO%濃度、氮化時間及氮化溫度）影響較大。在工藝條件相同的時，化合物層的深度主要取決于合金元素的含量，對于高合金鋼硬度高，不但滲層淺而擴(kuò)散層也淺。（2）擴(kuò)散層擴(kuò)散層是只在顯微鏡下觀察到的化合物層與中心之間那層暗黑色組織。由于氮的濃度由表面向中心逐步降低，到化合物層與擴(kuò)散層交界處，氮的濃度下降到不足以形成化合物層，而只能形成氮在-Fe晶格中的固溶體或過飽和固溶體，這一層氮在-Fe中的固溶體就是擴(kuò)散層，由于它的抗蝕性不高，所以在顯微鏡下呈暗黑色。（3）氧化膜工件經(jīng)過氮化工序處理后在氧化鹽浴保溫時才會在表面形成氧化膜

7、。這種氧化膜只有在氮化處理后的表面上才比較容易形成，如果未作氮化處理的工件直接進(jìn)入氧化鹽浴中，則不能形成完整的氧化膜。這可能與氮化處理后工件表面的活性狀態(tài)有關(guān)，氧化膜的厚薄也與工件的預(yù)先氮化狀態(tài)有關(guān)，對于大多數(shù)結(jié)構(gòu)零件，氮化后表面形成較厚的氧化膜，氧化膜的抗蝕性很好，氧化膜在顯微鏡下呈灰白色，與化合物層極為相似，對結(jié)構(gòu)鋼樣品，很難觀察到。但是試樣外面的的黑色外觀說明氧化膜確實存在，同時也由于化合物層外層常常存在疏松，氧化膜與化合物層之間沒有明顯的過渡，在制備金相時很難區(qū)分，因此只有在電子顯微鏡 下才能看到這層氧化膜。氧化工序不僅在工件的化合物層以外形成氧化膜。而且化合物層也吸收了高達(dá)8%的氧，

8、這比一般鹽浴氮化后水冷的化合物層中的含氧量高6倍，即在氧化過程中不僅在表面生成氧化膜，還有一部分氧以間隙式形式溶入化合物晶格中使表面鈍化。改善了表面的抗蝕性和耐磨性 。工件經(jīng)過氮化-氧化后再次拋光以后，不僅降低了工件表面的粗糙度，是其外表變得賞心悅目，更重要的是拋光后再次氧化可以大大提高化合物層中的含氧量，從而進(jìn)一步提高抗蝕性。（4）疏松層通常在QPQ鹽浴復(fù)合處理以后，化合物層外面往往有一層海綿狀或柱狀的多孔組織，這一區(qū)域不是特別致密，一般稱為疏松層，這層組織硬度低，耐磨性差，疏松層不僅鹽浴處理技術(shù)有，而且氣體氮化也會形成疏松。而且疏松層更加嚴(yán)重。二、QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)的滲層性能1、極高的

9、耐磨性在實驗室進(jìn)行的嚴(yán)格的滑動磨損試驗表明，40Cr鋼經(jīng)過QPQ處理以后，耐磨性可以達(dá)到常規(guī)淬火的30倍，低碳鋼滲碳淬火的14倍，離子氮化的2.8倍，鍍硬鉻的2.1倍。2、極好的抗蝕性 在潮濕的環(huán)境下，工件進(jìn)行了露天遮雨放置試驗，45（S45C）鋼經(jīng)QPQ處理后，抗蝕性可以達(dá)到鍍硬鉻的16倍。1Cr13不銹鋼的26倍，1Cr18Ni9Ti不銹鋼的4.5倍。3、良好的抗疲勞性能QPQ處理可以使鋼、鐵材料的疲勞強(qiáng)度提高20-200%，疲勞強(qiáng)度提高的大小受基體材料的種類、預(yù)先處理狀態(tài)、QPQ處理的工藝參數(shù)等因素的影響。4、極微小的變形由于QPQ技術(shù)的處理溫度低于鋼的相變溫度、處理過程基體不會發(fā)生組織

10、轉(zhuǎn)變，因此沒有組織應(yīng)力產(chǎn)生，所以它比發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的常規(guī)淬火、高頻淬火、滲碳所產(chǎn)生的變形小得多 。在正常的情況下，處理前后工件尺寸的變化量大約在0.01mm左右，外徑增大0.005mm，內(nèi)孔縮小0.005mm。三、QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)的實際操作及常見問題1、清洗：除油、去銹，切削時冷卻潤滑油以及某些金屬清洗劑的殘留物，在工件表面上以表膜的形式存在，微區(qū)分析說明，有磷酸鹽，硅酸鹽、鈣、鎂、氯、氧、硫等元素的化合物存在，會阻礙工件表面對氮和碳的吸收。2、預(yù)熱：工件不預(yù)熱或預(yù)熱不充分，直接進(jìn)入氮化爐，處理后，外觀容易不均勻，甚至產(chǎn)生芝麻點等表面缺陷，如果預(yù)熱過度，處理后也會產(chǎn)生色澤不均勻，甚至發(fā)紅等

11、現(xiàn)象。工件表面呈紫色為好，草黃色也可，工件仍保持金屬光澤，說明預(yù)熱不足，工件表面黑色，說明預(yù)熱過度。3、氮化：氮化是QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)中最重要的工序，氮化的目的是在工件表面形成足夠深的致密的化合物層和相應(yīng)深度的擴(kuò)散層。氮化鹽浴中 CNO控制在33-37%，當(dāng)CNO30%時，會降低滲層的形成速度。如果CNO40%時，則容易形成滲層不致密，甚至造成嚴(yán)重的疏松，調(diào)整鹽以每班少量多次添加為好，這樣不會造成CNO大起大落，不宜一次添加過多，這樣會影響滲層的致密度。4、氮化爐的維護(hù)：保持氮化爐鹽浴的良好狀態(tài)、對滲層質(zhì)量有很大的影響，帶有贓物、油脂、或鐵銹的工件不準(zhǔn)進(jìn)入氮化爐內(nèi)，銅鋁、鋅等有色金屬件不準(zhǔn)

12、進(jìn)入氮化爐，大批量的銅焊件不宜進(jìn)入氮化爐，裝工具的卡具及常用的工具要保持清潔。不宜帶雜物進(jìn)入氮化爐。要及時清除氮化爐內(nèi)的爐渣，對保證化合物層的致密度極為重要。每班及時撈取氮化爐的懸浮的細(xì)渣及底部的沉渣（氧化皮），要及時補(bǔ)充新基鹽，要保證鹽浴成分的活性，同時要定時向氮化爐通氣，以加速CNO的分解，鹽浴液面要保持一致，不要忽低忽高。5、氧化爐的維護(hù)：從氮化爐出來的工件不能在空氣中停留時間過長，否則，氧化后的工件可能產(chǎn)生表面發(fā)紅現(xiàn)象。在生產(chǎn)過程中，氧化鹽浴不斷與帶入的氮化鹽發(fā)生分解反應(yīng)，生成碳酸鹽渣產(chǎn)物，同時氧化鹽浴還會與卡具反應(yīng)，生成紅色的Fe2O3，使鹽浴老化，發(fā)紅。如果氧化鹽浴上面有快狀的淺黃

13、色物體懸浮，似凝非凝，表明氧化鹽浴已經(jīng)老化，要及時更換新鹽浴。6、工件表面顏色不均勻（?。?、處理前，工件表面有油污、銹跡及贓物或附著清洗劑的殘留物。（2）、工件預(yù)熱溫度低，或預(yù)熱時間短，預(yù)熱后工件仍保持金屬光澤（3）、工件從氮化爐出來，進(jìn)入氧化爐時，沒有勻速下降，或在空氣中停留時間過長。（4）、氧化鹽浴已老化，發(fā)紅渣多；（5）、氧化鹽爐或氮化鹽爐表面有浮渣、贓物。7、工件使用時耐磨性能不夠（1）、滲層硬度低；（2）、滲層淺；（3）、化合物層疏松嚴(yán)重。（4）、基體材料選擇不當(dāng)；（5）、熱處理工藝參數(shù)選擇不當(dāng)，氮化時間短、處理溫度低或CNO濃度低。 8、工件抗蝕性差（1）化合物層淺或化合物層不連續(xù)

14、，局部無化合物層。（2）、化合物層外面的疏松層占化合物層的大部分；（3）工件在處理前局部有銹劑，處理時未除掉，處理后成為腐蝕源；（4）、氧化工序未搞好，工件表面發(fā)紅，這種氧化物以后成為腐蝕源。（5）、工件氮化時間、或處理溫度低或CNO濃度低。9、滲層淺或滲層不均勻（?。?、在制備金相時化合物層保護(hù)不好或試樣倒棱使化合物層部分剝落，在顯微鏡下只能觀察到化合物層的殘留部分。（2）工件表面除油不徹底、表面有銹跡雜物或不銹鋼、耐熱鋼表面的鈍化膜未去掉，造成局部無滲層或滲層過淺。（3）、CNO濃度低，氮化溫度低，或保溫時間短，（4）、化合物層外面的疏松層太厚，化合物層只占滲層的小部分。總之，熱處理過程中鹽

15、浴成分非常復(fù)雜，具體問題要具體分析，不再一一舉例。1、外觀質(zhì)量控制經(jīng)QPQ鹽浴復(fù)合處理的工件表面呈黑色或藍(lán)黑色。檢驗標(biāo)準(zhǔn)：按專利技術(shù)文件的規(guī)定為：在500LX的照度下，距燈300mm肉眼觀察，表面顏色應(yīng)比較均勻一致，不得有明顯的花斑、銹跡、發(fā)紅。而不應(yīng)在室外強(qiáng)烈陽光下檢查工件外觀。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，熔鹽和工藝稍有控制不好時，工件易產(chǎn)生發(fā)花、發(fā)紅現(xiàn)象，尤其是材料含Si量多時，如27SiMn、30CrMnSi等材料，工件外表發(fā)花、發(fā)紅現(xiàn)象極多，雖然此現(xiàn)象不影響工件的耐磨和抗蝕性，但影響工件的美觀。為提高工件的外表質(zhì)量，使其基本達(dá)到顏色一致需采取下列措施：1.1  控制熔鹽的清潔度氮化鹽浴中懸浮細(xì)粒狀渣過多，使鹽浴變成黑灰色時，應(yīng)及時采用濾渣器濾渣，必要時要更換新溶液。1.2  嚴(yán)格執(zhí)行工件的前清洗，去除工件表面的油漬和沉積物，有銹的工件要經(jīng)過酸洗去除銹漬。1.3 工件表層出現(xiàn)輕微的發(fā)紅現(xiàn)象，可采用擦拭的辦法去除；較嚴(yán)重的要進(jìn)行返工處理。2最終質(zhì)量控制2.1 耐磨性：帶同材料的試棒，維氏硬度要達(dá)到工藝規(guī)定，證實滲層已達(dá)到要求。2.2抗蝕性：用10%CuSO4溶液滴試工件非棱角處，30分鐘不析出銅，即表示有完整滲層，防銹能力滿足要求。 QPQ鹽浴復(fù)合熱處理技術(shù)在軍工領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。而這種工藝的質(zhì)量控制對生產(chǎn)方和使用方來講，都