QPQ表面處理的工藝過程為：去油清洗→預(yù)熱→鹽浴氮化→鹽浴氧化→去鹽清洗→干燥（拋光→鹽浴氧化→去鹽清洗→干燥）→浸油。QPQ技術(shù)是一項(xiàng)由滲氮和氧化工序組成的復(fù)合工藝，此技術(shù)是一種提高基體表面耐磨性、耐蝕性的氮、氧化鹽浴復(fù)合處理技術(shù)，常用于替代滲碳淬火、離子滲氮、鍍鉻等熱處理和表面強(qiáng)化技術(shù)，以提高產(chǎn)品耐磨性、耐蝕性和解決硬化變形問題。該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、儀器儀表和輕化工等領(lǐng)域。本文對(duì)40Cr鋼進(jìn)行QPQ處理，并與輝光離子滲氮、氧化、電鍍鉻處理后的組織耐磨性和耐蝕性進(jìn)行了對(duì)比研究。

1.試驗(yàn)材料及方法

（1）試驗(yàn)材料及工藝

試驗(yàn)材料為40Cr鋼（調(diào)質(zhì)后基體硬度約為274HV），采用線切割加工金相試樣，磨損試驗(yàn)試樣尺寸φ30mm×10mm，耐腐蝕試驗(yàn)試樣尺寸φ10mm×100mm，分別對(duì)各試樣進(jìn)行編號(hào)，經(jīng)不同熱表處理時(shí)各試樣的編號(hào)信息如表1所示。試樣表面進(jìn)行磨削加工，使表面粗糙度達(dá)到1.6μm，試樣熱表處理前經(jīng)過無水丙酮清洗、清水漂洗、吹干處理。經(jīng)不同熱表處理時(shí)，工藝參數(shù)如表2所示。經(jīng)過QPQ處理和氧化處理后，試樣表面為黑色，經(jīng)過鍍鉻處理后表面為銀亮色，而經(jīng)過離子滲氮處理后其表面為銀灰色。

（2）顯微硬度試驗(yàn)

用細(xì)砂紙將經(jīng)過各熱表處理工藝的金相試樣（a1、d1）打磨至發(fā)亮，用于檢測(cè)金相和測(cè)量硬度。在金相鑲嵌后，測(cè)量滲層表面到基體硬度梯度。試驗(yàn)所用顯微硬度計(jì)，試驗(yàn)力為0.098N（10gf），保壓時(shí)間為10s；將制作好的金相試樣用4%硝酸、酒精溶液腐蝕，待試樣干燥后，用4XB型金相顯微鏡觀察試樣組織。

（3）磨損試驗(yàn)

采用M-2000A型環(huán)塊磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)經(jīng)過各熱表處理工藝的磨損試樣（a2、b2、c2、d2）進(jìn)行滑動(dòng)磨損試驗(yàn)，與之對(duì)磨的摩擦副為GCr15鋼試環(huán)，硬度為57HRC，外徑為40mm，環(huán)的轉(zhuǎn)速為200r/min，所加載荷為100N，總的磨損時(shí)間為30min。磨損試樣的前后面，用丙酮反復(fù)將其清洗后烘干，并用精度為0.1mg的電光分析天平稱量試樣的磨損失重。

（4）耐蝕性試驗(yàn)

用KD60鹽霧試驗(yàn)機(jī)，按GB/T10125對(duì)經(jīng)過不同熱表處理工藝的試樣（a3、b3、c3、d3）進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)。試驗(yàn)所用的腐蝕介質(zhì)為含5%的NaCl，pH值為6.7的鹽水溶液，試驗(yàn)箱溫度為35℃，噴嘴壓力為83kPa，以24h為一個(gè)觀察期，間歇式噴霧8h，停16h。

2.試驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）滲層硬度

經(jīng)過不同工藝處理后40Cr鋼硬度分布如表3所示。由表3可知：經(jīng)過QPQ、離子滲氮、鍍鉻后表面硬度分別達(dá)到711HV、525HV、703HV，硬度梯度由表面至基體逐漸減小。試樣經(jīng)氧化處理后由于氧化膜層很薄，細(xì)砂紙打磨后試樣表面無氧化膜存在，故無法測(cè)其硬度。

不同工藝處理后40Cr的金相組織

由附圖可知：QPQ、離子滲氮的滲層組織由表到里都是由化合物層、擴(kuò)散層組成，圖中白色帶狀為化合物層。只是QPQ表面多了的氧化層在金相顯微鏡下觀察不到。從圖中可以看到離子滲氮處理時(shí)間為QPQ處理的7倍，但所形成的化合物層厚度約為QPQ處理化合物層厚度的一半，在化合物層均勻性方面，從圖中可看到經(jīng)QPQ處理后試樣的滲層組織更為均勻，而離子滲氮后試樣組織均勻性較差些。

（3）滑動(dòng)磨損試驗(yàn)結(jié)果

在上面所述磨損試驗(yàn)條件下，不同工藝處理過的試樣磨損值比較如表4所示。由表4可知：經(jīng)QPQ處理過的試樣在30min試驗(yàn)中磨損值更低為1.9mg。其滑動(dòng)磨損的耐磨性是鍍鉻的1.45倍，是離子滲氮的4.32倍，是氧化的7.9倍，可見經(jīng)QPQ處理過的試樣耐磨性大幅提高。

表4 滑動(dòng)磨損試驗(yàn)?zāi)p值比較

（4）滲層腐蝕性能結(jié)果

在上面所述耐腐蝕試驗(yàn)條件下，經(jīng)不同工藝處理過的試樣中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。由表5可知：經(jīng)QPQ處理的40Cr鋼試樣抗鹽霧腐蝕能力為鍍鉻的3.2倍，離子滲氮的8倍，氧化的32倍。這表明經(jīng)QPQ處理后的鋼件耐蝕性大幅提高了。

（5）結(jié)果分析

在4種工藝處理中：QPQ處理時(shí)，40Cr鋼表面形成了Fe2～3N高濃度氮化物層和致密的Fe3O4氧化膜。這種化合物層具有較高的硬度和耐磨性，而鍍鉻層的結(jié)合力不夠強(qiáng)，在滑動(dòng)磨損試驗(yàn)中，鍍鉻層易剝落，故其耐磨性不如QPQ，但與離子滲氮后表面的低氮合金組織比較，耐磨性又好點(diǎn)，而經(jīng)氧化后表面僅為Fe3O4氧化膜，此組織硬度很低，僅有防腐作用；另外QPQ處理后試樣之所以有極高的耐蝕性，主要是由于高耐蝕性的Fe2～3N化合物層和表面致密的氧化膜，且氧能延伸到更深的化合物層內(nèi)，從而使化合物層進(jìn)一步鈍化來使表面有更高的耐蝕性。

3.結(jié)語

（1）經(jīng)過QPQ處理的40Cr鋼表面生成了Fe2～3N高濃度氮化物和致密Fe3O4氧化膜，其表面的顯微硬度、耐磨性和耐蝕性有極大的提高。

（2）經(jīng)QPQ、鍍鉻、離子滲氮、氧化處理后，40Cr鋼表面的耐磨性越來越低，其表面的耐蝕性也越來越低。