QPQ盐浴及质量控制

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1、QPQ处理的质量控制 吴清江张永顺 摘要：QPQ盐浴复合热处理技术是一种新的金属表面强化改性技术。本文研究了QPQ盐浴复合热处理的工艺过程及质量控制要点。关键词：QPQ复合热处理质量控制  “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

2、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。成都某研究所在20世纪80年代中期独立开发了成分独特的渗氮盐浴配方，其中添加了一种特殊的氧化剂，使盐浴中的有害氰根含量保持在0.2%以下，同时盐浴中的有效成分氰酸根含量长期保持稳定。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。某厂为解决某型号产品试制暴露出的火药气体对炮架腐蚀严重的问题，于98年引进此项专利技术，成功的应用于产品的

3、生产中，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。下面就工艺中几个关键步骤加以分析讨论：1工艺原理1.1基本工艺过程：QPQ盐浴复合处理主要工序有：预热：350-400℃20-40min氮化：510-580℃30-180min氧化：350-400℃15-20min工艺过程为：装卡——清洗去油——预热——氮化——氧化——清洗去盐——干燥

4、——浸油。1.2各工序的基本作用：预热：预热的主要作用是烤干工件表面的的水分，使冷工件升温后再入氮化炉，以防工件带水入氮化炉引起盐浴溅射和防止冷工件入炉后盐浴温度下降太多。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作用。预热工序通常在空气炉中进行。氮化：氮化是QPQ盐浴复合热处理技术的核心工序。氮化盐中氰酸根的分解而产生的活性氮原子渗入工件，在工件表面形成耐磨性和抗蚀性很高的化合物层和耐疲劳的扩散层。氧化：氧化工序的作用一是彻底分解工件从氮化炉带出来的氰根，达到环保要求。二是在工件表面形成黑色氧化膜，增加防腐能力，对提高耐磨

5、性也有一定好处。1.3QPQ盐浴复合处理的主要原料：QPQ盐浴复合处理的主要原料为三种生产用盐。基盐：基盐在氮化炉中熔化形成高氰酸根（CNO－）的氮化盐浴。基盐除了第一次开始生产时熔化装满氮化炉之外，在正常生产中浴面下降时，也应加入基盐以提高浴面。调整盐：在生产过程中当氮化盐浴的氰酸根下降时，应向氮化炉补加调整盐，以使氰酸根含量维持在规定的范围之内。氧化盐：氧化盐用于氧化盐浴，浴面下降时直接补加氧化盐。1.4QPQ处理后的工件渗层组织在QPQ处理过程中预热和氧化两道工序只能形成氧化膜，在氮化工序形成较深的复杂渗层。工件浸入氮化盐浴后

6、，氰酸根分解产生的N、C原子可在工件表面形成高的N势和C势。由于N原子半径仅为Fe原子半径的一半，而C原子的半径更小，所以N、C原子可以在Fe原子的点阵间隙中进行扩散。在QPQ处理的氮化温度（510-580℃）下，工件表面的高浓度N、C原子向内部扩散，先形成在α-Fe中的固溶体。随着表面原子浓度的提高，逐渐形成γ′（Fe4N）化合物和ε（Fe2-3N）化合物。最终由工件表面向中心形成N、C的浓度梯度。渗层组织为化合物层ε相、ε相+γ′相、γ′相，化合物层以下是N在α-Fe中的固溶体，形成扩散层。因此，QPQ处理后的工件渗层组织由三层

7、构成：外表为氧化膜；中间为化合物层；向内为扩散层。其中以化合物层最为重要，其主要组成为Fe2-3N，它是提高耐磨性的可靠保证，同时它的抗蚀性也很好。氧化膜的主要作用是与化合物一起构成极好的抗蚀层。同时它处于多孔状态，可以储油，减少摩擦，对提高耐磨性有利，同时还有美化外观的作用。扩散层主要作用是提高工件的疲劳强度，对增加细薄件的整体强度和弹性也有很大的作用。2.渗层质量的影响因素及控制：根据工艺原理我们看到QPQ处理的工件质量好坏主要取决于渗层是否达到技术要求，工艺的关键是各种参数保证渗层的需要，而决定渗层的主要因素是氮化温度、氮化时

8、间、氮化盐浴中的氰酸根含量和基体材料四个因素：2.1氮化温度的控制：氮化温度主要根据基体材料的种类来决定，其次要考虑工件的强度要求。氮化温度太低，不能形成足够深度的渗层；氮化温度太高，疏松层严重，氮化温度超过回火温度则会降低基体的硬度