在生产中，渗氮或氮碳共渗之后紧接着进行一道氧化工序，用来提高工件的摩擦性能和抗腐蚀性能，已经得到成功的应用。渗氮或氮碳共渗后再氧化的工件最表面为氧化物层，其组成可能为Fe3O4、Fe2O3和Fe O中的一种或几种。由于Fe3O4的摩擦系数低，化学稳定性好，因此只有Fe3O4被用来改善工件的抗蚀性和耐磨性。QPQ(Quench-Polish-Quench，淬火-抛光-淬火)技术的实质是低温盐浴渗氮+盐浴氧化或低温盐浴氮碳共渗+盐浴氧化，它是一种金属零件表面改性技术，具有高抗蚀、高耐磨、微变形的优点。经QPQ技术处理的工件表面为Fe3O4氧化膜，其抗蚀性远高于镀铬、镀镍等表面防护技术的水平，中碳钢经QPQ处理后在很多领域可以代替不锈钢。同时，Q P Q工艺可以代替发黑、磷化和镀镍等传统防腐蚀工艺。目前，Q P Q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，这对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技术中的盐浴氧化进行了研究和探讨。
一、试验材料及方法
1、1在本文中所用的试验材料是市售20钢，其化学成分(质量分数，%)为0.22C-0.31Si-0.55Mn-Fe。浸泡试验所用试样是40mm×20mm×5mm矩形试样，盐雾试验所用试样是φ20mm×100mm棒状试样。试样表面粗糙度为0.6µm左右。
1、2加工后的试样进行Q P Q处理，即经清洗、预热、渗氮、氧化、抛光、二次氧化、水洗处理。渗氮盐浴的氰酸根含量为36.2%。
1、3浸泡试验所用溶液为10%NaCl+0.3%H2O2的蒸馏水溶液，试验温度8℃，试验时间4 0 h。溶液量按试样表面积0.1ml/mm2添加。浸泡前后的重量用精度为0.0001g的电子天平秤量，其重量差即为该试样的腐蚀失重。每种工艺使用3个试样，其腐蚀失重的平均值作为该工艺在浸泡试验中的抗蚀性指标。
1、4盐雾试验所用溶液为5%NaCl中性蒸馏水溶液。从试样放入盐雾试验箱起到试样出现锈迹为止的时间作为该试样的抗腐蚀时间。每种工艺使用3个试样，其抗腐蚀时间的平均值作为该工艺在盐雾试验中的抗蚀性指标。
二、试验结果及讨论
2、1氧化温度对抗蚀性的影响
从图1可知，随着氧化温度的提高，无论在浸泡试验还是盐雾试验中，抗蚀性都是先提高后降低，最佳的氧化温度为400℃。氧化温度偏低时，氮化物表面的Fe3O4氧化膜还不致密和完整，故抗蚀性不高。氧化温度偏高时，Fe3O4氧化膜由于生长应力的作用，造成裂纹或缺陷，降低了试样的抗蚀性。由于以上原因，氧化温度有一个最佳值，过高过低的温度都不利于获得高抗蚀性。
浸泡试验 盐雾试验
图1 氧化温度对耐蚀性的影响
表1 图1中试样的QPQ工艺参数
2、2氧化时间对抗蚀性的影响
从图2(a)可见，经QPQ处理的工件的腐蚀失重比只渗氮的工件的腐蚀失重低，这说明氧化后的抗腐蚀性大大提高。氧化时间从30min到90min，腐蚀失重不断增加，这是因为氧化膜在生长过程中的应力引起的氧化膜缺陷导致抗蚀性降低。当氧化时间超过90min后，浸泡试验中的腐蚀失重再次降低，这是因为氧化膜增厚以及在氧化膜缺陷处再次生成氧化膜，造成抗蚀性有所提高。当氧化时间超过150min后，腐蚀失重继续增加，这与氧化膜的破裂有关。
a b
浸泡试验 盐雾试验
图2 氧化时间对抗蚀性的影响
表2 图2中试样的QPQ工艺参数
从图2(b)中可见，在盐雾试验中随着氧化时间的增加(30min到120min)，开始生锈时间不断增长，这与浸泡试验得到的结论似乎是矛盾的。30min到90min范围内腐蚀失重可能主要是由于氧化膜脱落引起的。
三、结论
1、过高或过低的氧化温度会降低工件的抗蚀性。
2、最佳的氧化时间应该以在表面产生密致完整的Fe3O4氧化膜为准。
客服1