QPQ鹽浴復(fù)合熱處理技術(shù)是一種新的金屬表面強(qiáng)化改性技術(shù)。本文研究了QPQ鹽浴復(fù)合熱處理的工藝過程及質(zhì)量控制要點(diǎn)。

“QPQ”是英文“Quench—Polish—Quench”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(shí)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(shí)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。

成都某研究所在20世紀(jì)80年代中期獨(dú)立開發(fā)了成分獨(dú)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(shí)鹽浴中的有效成分氰酸根含量長期保持穩(wěn)定。試驗(yàn)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。某廠為解決某型號產(chǎn)品試制暴露出的火藥氣體對炮架腐蝕嚴(yán)重的問題，于98年引進(jìn)此項(xiàng)zhuanli技術(shù)，成功的應(yīng)用于產(chǎn)品的生產(chǎn)中，通過對零件的滑動(dòng)磨損試驗(yàn)，耐磨性比發(fā)黑處理高出幾百倍。通過海水防腐試驗(yàn)，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(dú)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。下面就工藝中幾個(gè)關(guān)鍵步驟加以分析討論：

1工藝原理

1.1 基本工藝過程：

    QPQ鹽浴復(fù)合處理主要工序有：

      預(yù)熱：350-400℃
20-40min

氮化：510-580℃
30-180min

氧化：350-400℃
15-20min

工藝過程為：裝卡——清洗去油——預(yù)熱——氮化——氧化——清洗去鹽——干燥——浸油。

1.2 各工序的基本作用：

預(yù)熱：預(yù)熱的主要作用是烤干工件表面的的水分，使冷工件升溫后再入氮化爐，以防工件帶水入氮化爐引起鹽浴濺射和防止冷工件入爐后鹽浴溫度下降太多。同時(shí)預(yù)熱對減少工件變形和獲得色澤均一的外觀也有一定作用。預(yù)熱工序通常在空氣爐中進(jìn)行。

氮化：氮化是QPQ鹽浴復(fù)合熱處理技術(shù)的核心工序。氮化鹽中氰酸根的分解而產(chǎn)生的活性氮原子滲入工件，在工件表面形成耐磨性和抗蝕性很高的化合物層和耐疲勞的擴(kuò)散層。

氧化：氧化工序的作用一是徹底分解工件從氮化爐帶出來的氰根，達(dá)到環(huán)保要求。二是在工件表面形成黑色氧化膜，增加防腐能力，對提高耐磨性也有一定好處。

1.3 QPQ鹽浴復(fù)合處理的主要原料：

QPQ鹽浴復(fù)合處理的主要原料為三種生產(chǎn)用鹽。

基鹽：基鹽在氮化爐中熔化形成高氰酸根（CNO－）的氮化鹽浴。基鹽除了第一次開始生產(chǎn)時(shí)熔化裝滿氮化爐之外，在正常生產(chǎn)中浴面下降時(shí)，也應(yīng)加入基鹽以提高浴面。

調(diào)整鹽：在生產(chǎn)過程中當(dāng)?shù)}浴的氰酸根下降時(shí)，應(yīng)向氮化爐補(bǔ)加調(diào)整鹽，以使氰酸根含量維持在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

氧化鹽：氧化鹽用于氧化鹽浴，浴面下降時(shí)直接補(bǔ)加氧化鹽。

1.4 QPQ處理后的工件滲層組織

在QPQ處理過程中預(yù)熱和氧化兩道工序只能形成氧化膜，在氮化工序形成較深的復(fù)雜滲層。

工件浸入氮化鹽浴后，氰酸根分解產(chǎn)生的N、C原子可在工件表面形成高的N勢和C勢。由于N原子半徑僅為Fe原子半徑的一半，而C原子的半徑更小，所以N、C原子可以在Fe原子的點(diǎn)陣間隙中進(jìn)行擴(kuò)散。

在QPQ處理的氮化溫度（510-580℃）下，工件表面的高濃度N、C原子向內(nèi)部擴(kuò)散，先形成在α-Fe中的固溶體。隨著表面原子濃度的提高，逐漸形成γ′（Fe4 N）化合物和ε（Fe2-3N）化合物。最終由工件表面向中心形成N、C的濃度梯度。滲層組織為化合物層ε相、ε相+γ′相、γ′相，化合物層以下是N在α-Fe中的固溶體，形成擴(kuò)散層。

因此，QPQ處理后的工件滲層組織由三層構(gòu)成：外表為氧化膜；中間為化合物層；向內(nèi)為擴(kuò)散層。其中以化合物層最為重要，其主要組成為Fe2-3N，它是提高耐磨性的可靠保證，同時(shí)它的抗蝕性也很好。氧化膜的主要作用是與化合物一起構(gòu)成極好的抗蝕層。同時(shí)它處于多孔狀態(tài)，可以儲油，減少摩擦，對提高耐磨性有利，同時(shí)還有美化外觀的作用。擴(kuò)散層主要作用是提高工件的疲勞強(qiáng)度，對增加細(xì)薄件的整體強(qiáng)度和彈性也有很大的作用。



2.滲層質(zhì)量的影響因素及控制：

根據(jù)工藝原理我們看到QPQ處理的工件質(zhì)量好壞主要取決于滲層是否達(dá)到技術(shù)要求，工藝的關(guān)鍵是各種參數(shù)保證滲層的需要，而決定滲層的主要因素是氮化溫度、氮化時(shí)間、氮化鹽浴中的氰酸根含量和基體材料四個(gè)因素：

2.1氮化溫度的控制：

氮化溫度主要根據(jù)基體材料的種類來決定，其次要考慮工件的強(qiáng)度要求。氮化溫度太低，不能形成足夠深度的滲層；氮化溫度太高，疏松層嚴(yán)重，氮化溫度超過回火溫度則會降低基體的硬度。

一般工模具可選用510～520℃

高速鋼刀具可選用540～550℃

高速鋼模具或耐磨零件可選用570℃

結(jié)構(gòu)鋼、不銹耐熱鋼或鑄鐵件可選用570℃

2.2氮化時(shí)間的控制：

氮化時(shí)間的長短主要取決于工件的種類及服役條件而定。時(shí)間太短，不能形成足夠深度的滲層，時(shí)間過長則疏松嚴(yán)重。

根據(jù)工件的服役條件，采用的氮化時(shí)間分為三類：

要求耐磨性的零件，采用120～130分鐘

主要用于防腐性零件采用90～100分鐘

薄板沖壓，增加彈性零件采取40～50分鐘

2.3 CNO－含量的控制

根據(jù)QPQ鹽浴復(fù)合處理的原理，氮化鹽浴的CNO－不得低于30%，最高不要超過40%。

2.4基體材料的控制：

設(shè)計(jì)部門根據(jù)零件的服役狀況，合理選擇材質(zhì)，基本思路是：抗蝕性要求高的零件選用合金材料，達(dá)到滿足基本硬度和氮化溫度的需要?？刮g性要求一般的零件選用碳素結(jié)構(gòu)鋼，既經(jīng)濟(jì)又能滿足產(chǎn)品的需要。



3. 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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：按zhuanli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(shí)，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(shí)，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：

3.1  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(shí)，應(yīng)及時(shí)采用濾渣器濾渣，必要時(shí)要更換新溶液。

3.2  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。

3.3 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。



4最終質(zhì)量控制

4.1 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(shí)滲層已達(dá)到要求。

4.2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，都是一個(gè)新課題，必須有相應(yīng)的工藝保障措施和質(zhì)量監(jiān)控措施，才能保證QPQ處理后的零件達(dá)到所規(guī)定的質(zhì)量要求。