QPQ盐浴复合处理技术详述

“QPQ”是英文“Quench—Polish—Quench”的字头缩写。原意为淬火—抛光—淬火，在国内把它称作QPQ盐浴复合处理技术，其中“盐浴复合”的含义是指在氮化盐浴和氧化盐浴两种盐浴中处理工件。QPQ盐浴复合热处理技术既可以使工件几乎不变形，同时又可以大幅度提高金属表面的耐磨性、抗蚀性，是一种新的金属表面强化改性技术。这种技术实现了渗氮工序和氧化工序的复合，氮化物和氧化物的复合，耐磨性和抗蚀性复合，热处理技术和防腐技术的复合。

试验表明，现有气体软氮化和离子渗氮基本上都可以用QPQ盐浴复合处理技术来代替，而且可以大为提高工件的耐磨性和抗蚀性。其抗蚀性可达到Cu-Ni-Cr多层电镀的水平,成功的应用于气弹簧、刀具、模具、纺织机械、汽车等行业，通过对零件的滑动磨损试验，耐磨性比发黑处理高出几百倍。通过海水防腐试验，QPQ处理的零件均比发黑处理的零件提高几十倍，效果很好。

由于新技术，所以工艺上就有其独特的要求，操作中必须严格规范，工件才能达到耐磨性和抗蚀性的要求，并得到较为美观的外表(黑亮色)。下面就工艺中几个关键步骤加以分析讨论：

一、QPQ技术的基本工艺过程

1、工件清洗---清水漂洗—预热—盐浴氮化—盐浴氧化—冷水冷却—热水浸泡—清水漂洗—烘干—抛光—二次氧化—抛光—包装。

预热（空气炉）350-400℃、20-30min

  氮化（盐浴炉）550-580℃、60-180min

  氧化炉（盐浴炉）370-400℃ 、20-40min

预热的作用：预热的作用 是烤干工件表面的水分，使冷工件升温后再入氮化炉，以防带水工件入氮化炉后引起盐浴溅射和防止冷工件入炉后氮化炉温度下降太多。一般温度下降不超过30℃，同时预热对减少工件变形和获得色泽均一的外观也有一定的作用。

   氮化：氮化是QPQ盐浴复合处理技术的核心工序，由于氮化盐浴中氰酸根（CNO^-）的分解产生活性氮原子，在金属表面形成耐磨和抗蚀性很高的化合物层和耐疲劳的扩散层。

 氧化：氧化的主要作用可使工件从氮化炉带出的盐中的氰根（CN^-）彻底分解，消除公害，同时在工件表面形成黑色的氧化膜（Fe₃O₄），增加抗蚀性，对提高耐磨也有一定的好处。

2、渗层外貌及特征

QPQ盐浴复合处理以后在钢的表面形成的渗层外貌：最外面是氧化膜，主要成分是（Fe₃O₄），氧化物层里面是化合物层，也称“白亮层”，主要成分是Fe_2-3CN，化合物层以内是扩散层，

（1）化合物层：

化合物层是QPQ盐浴复合处理技术所形成的渗层中最重要的部分，对渗层的耐磨性和抗蚀性都起主导作用。通过金相分析，如图S45C和35CrMo在不同的氮化时间的金相图：

35CrMo化合物层×400  QP120min35CrMo化合物层×400 QP100min

            S45C化合物层×400  QP120min   S45C化合物层×400  QP100min

在QPQ盐浴复合处理过程中，随着C、N元素的不断渗入，达到一定浓度后，形成了化合物层Fe_2-3N和Fe_2-3CN，对碳钢基体来说，化合物层的硬度HV0.1/15至少在500以上，对低碳钢及中碳钢经QPQ处理以后，硬度在500-700（单位：Kg/mm²），化合物层即白亮层深度一般在10-25μm（生产工艺不同，渗层也不相同）。合金钢如；38CrMoAl、5CrMnMo等氮化钢，硬度达到900-1100。渗层在9-15μm，化合物层是耐磨、抗蚀的核心渗层，所以在做渗层检查时，都以检测化合物层为主，化合物层的深度与工艺条件（CNO%浓度、氮化时间及氮化温度）影响较大。在工艺条件相同的时，化合物层的深度主要取决于合金元素的含量，对于高合金钢硬度高，不但渗层浅而扩散层也浅。

（2）扩散层

扩散层是只在显微镜下观察到的化合物层与中心之间那层暗黑色组织。由于氮的浓度由表面向中心逐步降低，到化合物层与扩散层交界处，氮的浓度下降到不足以形成化合物层，而只能形成氮在α-Fe晶格中的固溶体或过饱和固溶体，这一层氮在α-Fe中的固溶体就是扩散层，由于它的抗蚀性不高，所以在显微镜下呈暗黑色。

（3）氧化膜

工件经过氮化工序处理后在氧化盐浴保温时才会在表面形成氧化膜。这种氧化膜只有在氮化处理后的表面上才比较容易形成，如果未作氮化处理的工件直接进入氧化盐浴中，则不能形成完整的氧化膜。这可能与氮化处理后工件表面的活性状态有关，

氧化膜的厚薄也与工件的预先氮化状态有关，对于大多数结构零件，氮化后表面形成较厚的氧化膜，氧化膜的抗蚀性很好，氧化膜在显微镜下呈灰白色，与化合物层极为相似，对结构钢样品，很难观察到。但是试样外面的的黑色外观说明氧化膜确实存在，同时也由于化合物层外层常常存在疏松，氧化膜与化合物层之间没有明显的过渡，在制备金相时很难区分，因此只有在电子显微镜 下才能看到这层氧化膜。

氧化工序不仅在工件的化合物层以外形成氧化膜。而且化合物层也吸收了高达8%的氧，这比一般盐浴氮化后水冷的化合物层中的含氧量高6倍，即在氧化过程中不仅在表面生成氧化膜，还有一部分氧以间隙式形式溶入化合物晶格中使表面钝化。改善了表面的抗蚀性和耐磨性 。

工件经过氮化-氧化后再次抛光以后，不仅降低了工件表面的粗糙度，是其外表变得赏心悦目，更重要的是抛光后再次氧化可以大大提高化合物层中的含氧量，从而进一步提高抗蚀性。

（4）疏松层

通常在QPQ盐浴复合处理以后，化合物层外面往往有一层海绵状或柱状的多孔组织，这一区域不是特别致密，一般称为疏松层，这层组织硬度低，耐磨性差，疏松层不仅盐浴处理技术有，而且气体氮化也会形成疏松。而且疏松层更加严重。

二、QPQ盐浴复合处理技术的渗层性能

1、极高的耐磨性

在实验室进行的严格的滑动磨损试验表明，40Cr钢经过QPQ处理以后，耐磨性可以达到常规淬火的30倍，低碳钢渗碳淬火的14倍，离子氮化的2.8倍，镀硬铬的2.1倍。

2、极好的抗蚀性

 在潮湿的环境下，工件进行了露天遮雨放置试验，45（S45C）钢经QPQ处理后，抗蚀性可以达到镀硬铬的16倍。1Cr13不锈钢的26倍，1Cr18Ni9Ti不锈钢的4.5倍。

3、良好的抗疲劳性能

QPQ处理可以使钢、铁材料的疲劳强度提高20-200%，疲劳强度提高的大小受基体材料的种类、预先处理状态、QPQ处理的工艺参数等因素的影响。

4、极微小的变形

由于QPQ技术的处理温度低于钢的相变温度、处理过程基体不会发生组织转变，因此没有组织应力产生，所以它比发生组织转变的常规淬火、高频淬火、渗碳所产生的变形小得多 。在正常的情况下，处理前后工件尺寸的变化量大约在0.01mm左右，外径增大0.005mm，内孔缩小0.005mm。

来源： 常州精密钢管博客网/每天学点热处理