QPQ处理工艺及其质量控制 周鼎华 ( 无锡法福表面处理技术有限公司, 江苏 无锡 214145) 摘 要：QPQ盐浴复合处理技术是一种新的金属表面强化改性技术。本文简要介绍了 QPQ盐 浴复合处理的工艺及其质量操控方法。 关键词： QPQ；盐浴复合处理技术；质量控制 QPQ Technology and Quality Control ZHOU Ding-hua (Wuxi Fafu Techniques Surface Treatment Co. Ltd, Wuxi Jiangsu 214145,China) Abstract: QPQ technology is a new surface modification and strengthening technology for metals. This paper examines some process and quality control methods of QPQ technology. Key words: QPQ; Salt bath ferritic nitrocarburizing and Oxidizing and Polish; Quality control “QPQ”是英文“Quench—Polish—Quench”的缩写。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。QPQ盐浴复合处理技术既可以使工件几乎不变形，同时 又可以大幅度提升金属表面的耐磨性、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；耐磨性和抗蚀性的复合；热 处理技术和防腐技术的复合。 成都工具研究所、武汉材料保护研究所在 20世纪 80年代中期先后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 [1] 。笔者也发表过盐浴软氮化的有关文 章 [2，3] 。试验表明，QPQ 技术能同时大幅度提升金属表面的耐磨性和抗蚀性，因此被称作 金属科技领域内的革命性新技术。而且还具有处理后零件几乎不变形，无公害，节能等优点。 经 QPQ处理后，中碳钢的耐磨性能够达到常规淬火的 30倍，低碳钢渗碳淬火的 14倍，离子 渗氮的 2.8倍，镀硬铬的 2.1倍。经 QPQ处理后，中碳钢的抗蚀性比镀硬铬高 20倍以上， 远高于镀镍，达到铜镍铬三层复合镀的水平，甚至比某些不锈钢的抗蚀性还高 [1] 。金属表 面的耐磨性和抗蚀性，比常规热处理和表面防腐技术成十倍的提高，像美国通用电器、德国 大众、奔驰、日本丰田、本田等一些著名的跨国公司，以及国内的机械制造有名的公司都采用 该技术核心的无公害的盐浴配方。 QPQ是新技术，工艺上有其独特的要求，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点作介绍： 1 工艺 1.1 基本工艺过程 QPQ盐浴复合处理主要工序有： 清洗：这是 QPQ的前处理，很重要。 预热：350～400℃ 时间取决于装炉量，20～60min 氮化：510～580℃ 15～180min 氧化：350～400℃ 10～20min 抛光：常用机械式振动抛光 工艺过程为：装卡——清洗去油——预热——氮化——氧化——抛光——氧化——清洗 ——干燥——浸油。 1.2 各工序的基本作用 清洗：这是 QPQ的前处理工序，对工件的外观和渗层质量至关重要。工件上的油和锈会 影响氮原子的渗入，也污染盐浴。对外观要求高的，要吹净工件上的水迹。清洗剂也很有讲 究。 预热：预热的最大的作用是烘干工件表面的水分，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 形和获得色泽均匀的外观也有一定作用。预热工序通常在空气炉中进行，工件表面的预氧化 有利于氮原子的吸附。但要防止过氧化。预热后工件表面的颜色以亮蓝色为佳。不锈钢则为 稻草黄色。 氮化：氮化是 QPQ盐浴复合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，在工件表明产生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（CN - ），消除公害。 二是在工件表明产生黑色氧化膜，增加防腐能力，对提高耐磨性也有一定好处。 抛光：去除氮化物层外面的疏松层，经第二次氧化能更加进一步提高工件的抗腐蚀性和 耐磨性，美化外观。 1.3 QPQ盐浴复合处理的主要的组成原材料 QPQ盐浴复合处理的主要的组成原材料为三种生产用盐。 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。 再生盐：在生产的全部过程中当氮化盐浴的氰酸根下降时，应向氮化炉补加再生盐，以使氰酸 根含量维持在规定的范围以内。 氧化盐：氧化盐用于氧化盐浴，浴面下降时直接补加氧化盐。 1.4 QPQ处理后的工件渗层组织 在 QPQ处理的氧化工序中形成致密的 Fe3O4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，氰酸根分解产生的 N、C原子可在工件表明产生高的 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，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构成为：外表为氧化膜和化合物层；向内为扩散层。 其中以化合物层最重要，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。氧化膜的最大的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。扩散层最大的作用是提 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。QPQ处理的化合层完 全由 ε 氮化物组成，具备极高的表面硬度和耐磨性。气体氮化形成ε相和γ,相混合的化合 层(γ,相的含量取决于钢材的成份：钢中合金元素越少，γ,相占比例越高) 因此脆性大。 2 质量控制 QPQ处理的工件质量取决于渗层是不是达到技术方面的要求，包括硬度、深度、抗腐蚀性和外观 质量。工艺关键是各种参数的确定，主要是氮化温度、氮化时间、氮化盐浴中的氰酸根（CNO - ） 和氰根（CN - ）含量、材料的预先热处理等因素。 2.1 氮化温度的控制 氮化温度主要根据材料的种类来决定，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。 一般工模具可选用 510～520℃ 高速钢刀具可选用 540～550℃ 高速钢模具或耐磨零件可选用 570℃ 结构钢、不锈耐热钢或铸铁件可选用 570℃ 2.2 氮化时间的控制 氮化时间的长短主要取决于工件的种类及服役条件而定。时间太短，不能形成足够深度 的渗层，时间过长则疏松严重。 根据工件的服役条件，采用的氮化时间分为： 要求耐磨性的零件，采用 120～180min 主要用于防腐性零件采用 90～120min 薄板冲压件，增加弹性零件采取 40～60min 高速钢刃具时间 15～30min 2.3 氮化盐浴的 CNO － 和 CN - 量的控制 QPQ处理，氮化盐浴的 CNO － 不得低于 30%，最高不要超过 40%。盐浴成份一般控制 CNO - =36 ±2%，CN - ≤1%。CNO － 的化验方法见文献 [3] 。 每工作 8小时加再生盐一次，加入量按公式： Z=K·△%·W（kg） Z:加入量；K：系数一般为 1.2，据使用经验可调整；△：CNO - ：预期值（如 36%）与实 际值的差；W：盐浴重（kg） 再生盐应缓慢分批加入，一次性加入量过多会因反应剧烈而溢盐。 盐浴中的 CN - 量过高时应及时降到工艺规定的范围。 2.4 不同材料的预先热处理

  工程师根据零件的服役状况，合理选择材质。低碳钢、低碳合金钢一般经过正火处 理，中碳钢、中碳合金钢要调质处理。预先热处理的要求见文献 [4] 。渗氮前，调质处理件的 组织级别按回火索氏体中游离铁素体数量分为 5级，一般零件 1～3级为合格，重要零件 1～ 2级为合格 [5] 。对于变形量要求高的工件，在精磨前要进行 550～600℃回火以消除机械加工 应力。 3 外观品质控制 经 QPQ盐浴复合处理的工件表面呈黑色或蓝黑色。 检测验证的方法：在 500lx的照度下，距灯 300mm肉眼观察，表面颜色应比较均匀一致，不得 有明显的花斑、锈迹、发红。不要在室外强烈阳光下检查工件外观。对于粗糙度有要求的则 要用粗糙度仪检验。 生产中发现，工艺控制不好时，工件易产生发花、发红现象，影响工件的美观。为提高 工件的外表质量，使其达到颜色一致需采取下列措施： 3.1 控制熔盐的清洁度 要定期捞渣，氮化盐浴中悬浮细粒状渣过多，使盐浴变成黑灰色时，应及时采用滤渣器 滤渣，必要时要更换新盐。 3.2 严格执行工件的前清洗 去除工件表面的油渍和沉积物，有锈的工件要经过酸洗或喷砂去除锈渍。实践证明前处 理的好坏影响极大。 3.3 补救措施 工件表面出现轻微的发红现象，可采用擦拭的办法去除；较严重的要进行返工处理。 4 最终质量控制 4.1 硬度、有效硬化层深度控制 用相同材料，相同预先热处理的试样，与工件一起 QPQ处理后检验显微硬度和深度，达 到工艺规定的要求。有效硬化层深度的检验按文献 [5] 规定。对于小件可以实物取样。 4.2 抗蚀性试验 用 10%CuSO4溶液滴试工件非棱角处，30分钟不析出铜，即表示有致密的 Fe3O4氧化膜、 渗氮层完整，防锈能力满足规定的要求。 顾客另有要求的可做盐雾试验。方法见文献 [6] 。 5 结语 QPQ 盐浴复合处理技术具有广泛的应用前景。工艺控制和质量控制很重要，必须有 相应的工艺保障措施和质量监控措施，才可能正真的保证 QPQ处理后的零件达到所规定的质量发展要求。 每道工序一定要做到位，要高

  、严格要求，不能马马虎虎，拖泥带水。 参考文献： [1] 李惠友,等.QPQ盐浴复合处理技术[M].北京: 机械工业出版社, 1997 [2] 周鼎华.液体软氮化的生产运用[J].《热加工工艺》1984,(6) [3] 周鼎华.调整螺钉的液体软氮化[J].《内燃机情报通讯》1995,(4) [4] JB/T 9198-1999,盐浴硫氮碳共渗[S]. [5] GB/T 11354-1989,钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验[S]. [6] GB/T 10125-1997,人造气氛腐蚀试验 盐雾试验[S]. 作者简介：周鼎华（1948.2——），男，江苏张家港市人，高级工程师，主要是做金属材料 的表面处理以及热处理工艺的研究开发工作。发表论文 30余篇。联系方式 FAX Email： 地址：江苏无锡新区后宅工业园（杨家浜）B-7 邮编：214145

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