QPQ盐浴氮化复合处理技术在机械易损件及工业易损件上的应用

QPQ盐浴氮化复合处理技术在机械易损件及工业易损件上的应用

一、什么是QPQ技术

“QPQ”是英文“Quench--Polish--Quench”的缩写。原意为淬火(快冷)一抛光一淬火(快冷)，从专业上来讲，这种说法不够确切，但在国际上已经习惯地沿用至今。并被普遍采用。

QPQ技术是一种复合型技术，复合的含义，在方法上是指它是在氮化盐浴和氧化盐浴两种盐浴中处理工件，实现了氮化工序和氧化工序的复合；渗层组织上是氮化物和氧化物的复合；性能上是耐磨性和抗蚀性的复合；工艺上是热处理技术和防腐技术的复合。

通常硬化技术只能提高金属的耐磨性，防腐技术一般只能提高金属表面的抗蚀性，而QPQ技术则可以同时大幅度提高金属表面的耐磨性和抗蚀性，而且提高的幅度比常规硬化技术和防腐技术高10倍以上，因此它被称为冶金学领域内的革命性新技术。同时该技术还具有工件几乎不变形、元公害、节能等优点。

QPQ技术的核心是其无公害的盐浴配方。该配方由德国迪高沙公司实行可口可乐式的独家国际垄断，只向用户提供处理产品的已经熔化的成品盐和生产设备，从不提供盐浴配方。

世界上一些著名的大公司都从德国引进了成套设备技术。美国通用电器公司羁这项新技术成功地取代了内燃机车缸套的镀硬铬工艺，消除了六价铬对环境的污染，并提高了缸套的耐磨性和抗蚀性。美国康明斯公司乖J用此项技术解决了进、排气门的耐磨抗蚀问题。德国大众轿车的凸轮轴，奥地利斯太尔重型汽车驱动桥减速器的内齿轮也采用了这项技术。该技术几乎被日本所有汽车厂家采用，其中本田公司有五座大型自动化设备分设于国内外，处理零件150多种，年处理量达6万吨。

现在该技术已被德国、美国、英国、法国、瑞士、奥地利、俄罗斯、日本、印度等40多个国家采用，用于各种耐磨件和抗蚀件。

我国的戚墅堰机车车辆厂、山东潍坊柴油机厂、杭州汽车发动机厂等厂于八十年代末以60--90万美元从德国引进了成套设备技术，分别用于机车缸套，汽车曲轴等零件，但必须高价从国外进口生产甩盐。

二、QPQ技术的特点

中国机械装备(集团)公司成都工具研究所经过长期试验研究，于上个世纪八十年代初期率先打破了德国对这项技术的独家国际垄断，独立开发了成分独特的盐浴配方，其无公害水平优于德国，达到国际领先水平。

我公司推广的QPQ技术实行大量生产已有十多年历史，现有用户已达100多家，应用的产品有数百种之多。涉及到汽车、摩托车、纺织机械、轻化工机械、、枪械、机床、仪器仪表、齿轮、模具、工具等几十个行业。该技术的生产用盐已销往朝鲜，台湾。

由于该技术具有国际先进水平，并创造了很好的经济效益和社会效益，为国家作出了较大贡献，被确定为国家级新产品，“九五“国家重点推广科技项目。先后荣获四川省科技进步一等奖，国家科技进步二等奖等各种奖励。

从盐浴的有效成分，工艺过程，渗层的结构与性能等方面来说，我所的0P。技术与德国技术几乎完全相同，但此外我所的QPQ技术还有以下特点：

l、无公害水平高

我所独立开发的成分独特的氮化盐浴配方，其中添加了一种特殊的氧化剂，使盐浴中的氰根含量仅为德国的1/10，无公害水平更高。

2、渗速快

与迪高沙公司的盐浴相比，我所的盐浴渗入速度更快，在氮化温度比迪高沙公司技术低10℃的情况下可以达到同样的渗层深度。

3、设备简便实用，价格低廉

与迪高沙公司相比氮化盐浴不必通压缩空气。迪高沙公司的生产线为双轨密封设备，我所为单轨开放设备，不仅便于操作维修，而且大大降低成本，因此成套设备的费用不到进口的l/5。

4、生产用盐价格便宜

我所开发的QPQ技术生产用盐大部分采用普通工业原料，因此售价不到进口盐价格的1/3，国内最低。

5、终身技术服务

可向用户提供QPQ生产线的主要设备，辅助设备，检测设备等全部设备，免费对用户进行技术培训，到现场指导用户投产，长期对用户负责，并实行终身免费技术服务。

三、QPQ技术的工艺过程和渗层的影响因素

1、QPQ技术的基本工艺过程：

清洗剂清洗——清水漂洗——预热——盐浴氮化——盐浴氧化——冷水清洗——热水清洗——自然干燥——浸油

经过大量工艺参数试验和长期生产实践的验证，最终确定，一般的结构零件的QPQ处理工艺规范大体如下：

预热(空气炉)：350-400℃，20-30min

氮化(盐溶炉)：550-570℃，2-3h

氧化(盐溶炉)：370-400℃，15-20min

高速钢工具的氮化规范：530-560℃，10-40min

Crl2MoV类钢的氮化规范：520-530℃，2h

根据工件的基体材料，使用条件等因素，对每种产品制定具体的生产工艺。

2、渗层形貌

QPQ处理后的渗层组织，由外向内由三层组成：即氧化膜，化合物层，扩散层。图1为金相显微镜下观察到的45钢的渗层组织(由于制样保护的原因，一般很难观测到氧化膜)。

圈1 45钢的渗层组织×360

氧化膜是铁的氧化物(Fe3O4)，可以提高金属表面的抚蚀性，美化工件的外观。皇与亿舍物层一起构成了抗蚀性极高的综合抗蚀层。同时这层氧化膜对提高耐磨性也毒一定作用。

化合物层俗称白亮层，为铁的氮化物(Fe2—3N)，是QPQ技术所形成的渗层组织中最重要的部分。化合物层耐磨性极高，抗蚀性也极高，通常渗层质量的好坏多以化合物层的厚度和致密度来衡量。

扩散层是氮渗入铁的晶格中形成的固溶体，它可以提高金属的疲劳强度，对提高普通碳钢和低合金钢的耐磨性和抗蚀性作用不大，但高速钢、不锈钢等高合金钢的扩散层要硬度可以达到1000HV以上，因此有很高的耐磨性。

在化合物层最外面往往有一层海绵状或柱状多孔区，一般称之为疏松层。疏松层硬度低，耐磨性差，通常认为它会影响产品的使用寿命，应加以控制。

3、渗层形成的影响因素

渗层形成的影响因素主要指氮化工序的氮化温度、氮化时间、氰酸根含量的影响，基体材料也对渗层有较大影响。

氮化温度的影响：化合物层的深度随着氮化温度的升高几乎成直线增加，但氮化温度对化合物层的表面硬度影响较小。氮化温度超过570℃，疏松层会加重。

氮化时间的影响：化合物层的深度随着氮化时间的加长而增加，氮化时间增加到3小时以后，化合物层增加缓慢，疏松层加重。

氰酸根的影响：氰酸根含量的增加，会提高渗速，增加渗层的深度，因此氰酸根含量不能太低，但过高的氰酸根含量也会加剧疏松的形成，因此氰酸根的含量应该控制在一定的范围内。

氧化规范对化合物层的深度，硬度和致密度没有影响。

4、基体材料的选择与预先热处理

基体材料所含的合金元素不同直接影响到渗层的硬度和深度，通常认为合金元素可以提