QPQ （ Quench-Polish-Quench,淬火-抛光-淬火）工艺实质是盐浴渗氮+盐浴氧化或盐浴氮碳共渗+盐浴氧化，它是一种金属零件表面强化技术，具有被处理件高耐磨、高抗蚀以及微变形的优点。经QPQ技术处理的工件抗蚀性远高于镀铬、镀镍等表面防护技术的水平。同时，QPQ工艺可以代替发黑、磷化和镀铬等传统防腐蚀工艺。目前, QPQ技术所具有的高抗蚀性引起了有关行业尤其是石油、化工等腐蚀问题较为严重的行业的极大关注, 这为QPQ技术的发展和研究注入了新的活力。 在这种背景下，我们对QPQ技术中的盐浴渗氮进行了初步的研究和探讨。
1、试验材料及方法
试验材料为低碳钢片，其化学成分（质量分数，% ）为0.25C、0.81Mn、0.25Si、0.007S、0.014P。样品尺寸为1 mm x50 mm X 100 mm长方体试样。将试样进行QPQ处理，即清洗后，经预热、渗氮、氧化、抛光、二次氧化、清洗。由于本文只讨论渗氮工序对抗蚀性的影响，所以在氧化工序中，采用的工艺为在400℃氧化0.5 h，可以保证在此氧化温度下抗蚀性最好。渗氮盐浴的氰酸根含量为 35.1%。工艺曲线如图1所示。
盐雾试验所用溶液为5% NaCl蒸馏水溶液，相对湿度＞95%,试验温度为35 °C ±2℃，连续试验 24 h，从试样放入盐雾试验箱到试样出现锈迹为止的时间作为该试样的抗蚀时间。每种渗氮工艺使用 3个试样，其抗蚀时间的平均值作为该工艺在盐雾试验中的抗蚀性指标。
2、试验结果与讨论
2.1渗氮温度的影响
从图2可以看出，随着渗氮温度的升高，试样的抗腐蚀性逐渐提高，且在渗氮温度高于580℃时，试样抗蚀性的提高趋于平缓。
经QPQ处理的工件的抗腐蚀能力很大程度上受其表面形成的化合物层的影响。工件经 QPQ处理时，若渗氮温度低于570 °C，化合物层增加缓慢，渗氮温度高于570 ℃时，化合物层几乎呈直线增加。520℃渗氮2 h的试样经过16 h时即出现锈迹，这是由于其化合物层厚度仅为2~3 μm，在盐雾的腐蚀下，过薄的化合物层很快被侵蚀破坏，金属基体被暴露，加剧了腐蚀的进行，不能很好地起防腐蚀腐蚀作用（见图3（a））。580℃渗氮2 h的试样化合物层厚度为15μm，这就保证了化合物层的厚度, 在盐雾试验时，化合物层可以在较长时间内不被盐雾侵蚀破坏，保证了基体金属不直接暴露在外，使其防腐蚀能力大大加强，出现锈迹的时间增加至100 h （见图3（b））。630℃渗氮2 h的试样直到146 h才岀现锈迹。这一方面是由于随着渗氮温度的升高, 化合物层厚度进一步增加，增强了其作为保护层防腐蚀的能力；另一方面，当渗氮温度高于590℃时, 化合物层向内新形成一渗层组织，这一层组织称为“中间层”。根据Fe-N- C状态图，在温度超过590℃时，就会形成含氮的奥氏体，所以这一层组织称作奥氏体层。奥氏体层只在590℃以上存在，当冷却到室温时,会由于冷却速度不同而转变成不同的产物。冷却速度大于临界速度时形成马氏体+残留奥氏体，当冷却速度小于临界速度时则形成一种混合物组织，在等温分解时会形成贝氏体。在本研究中，渗氮以后在400 ℃的氧化盐浴中冷却，处在贝氏体转变区，因此会有贝氏体转变发生。但由于等温冷却时间（即氧化时间）只有 30 min，只有少量的贝氏体形成，相变的产物是一种混合物组织。在盐雾试验中，即使化合物层被破坏, 由于奥氏体层的存在,起到了 “隔离带”的作用，可以保证基体金属不受腐蚀（见图3（c））。
2.2渗氮时间的影响
从图4可以看出，试样在580 ℃渗氮时，渗氮2 ~3 h的耐腐蚀性能最好。当渗氮时间继续增加时, 其耐腐蚀性能下降。这是由于当渗氮时间由1 h增 加到3 h时，随着渗氮时间的延长，化合物层深度增加比较迅速，渗氮时间延长到3 h以后，再增加渗氮时间，化合物层增加比较缓慢。而随着渗氮时间的延长，化合物层外面的疏松层不断加剧，这一区域不是特别致密，且硬度低，耐磨性差(见图3(d))。 疏松程度严重，将降低渗层的质量，不利于工件的防腐蚀性能，这就是当渗氮时间超过3 h以后，试样防腐蚀性能降低的原因。
3、结论
1）渗氮温度对工件抗蚀性影响显著。一般说，渗氮温度越高，工件的抗蚀性越好。
2）工件渗氮2~3 h可获得最佳防腐蚀性能。 渗氮时间超过3 h时，由于疏松程度加剧，将会降低工件的抗蚀性能。
综上所述，工件在QPQ处理过程中，其最终防腐蚀能力受到多种因素的影响，其中渗氮温度和渗氮时间对其抗蚀性影响显著。在实际生产中，要根据需要合理选定工艺参数，以保证工件在处理后获得最佳的抗蚀性能。
客服1