QPQ表面改性技术与常规表面处理的比较

关键词： 表面处理技术 QPQ 比较

Comparison of QPQ technology and Conventional surface treatment technology

         Wang ZhengDong  Wang RongCheng     

      Chengdu Surface Matal Technulogy Co.Ltd

Abtract： In this paper, QPQ salt bath composite treatment technology and conventional metal surface enhancement modification technology were compared. This paper introduces the QPQ salt bath compound treatment technology, and lists some examples of QPQ treatment.

Keywords:Surface treatment technology, Comparison

0 引言

钢铁制件的机械性能是其实际应用的力学基础，其性能指标一般包括强度、硬度、塑韧性等常规指标。随着机械加工制造业及汽车、航空航天等高技术性行业的发展，对金属制件、加工工具也提出了愈来愈高的要求，其要求除了常规的力学性能要求外，对金属制件在耐磨性、抗疲劳性以及抗腐蚀性方面也提出了更高的需求。为了满足对抗疲劳性、耐磨性以及抗腐蚀性方面的需求，诞生了金属的表面处理技术，如渗碳、渗氮、多元共渗及表面镀铬等金属表面处理工艺，这些工艺技术至今仍在广泛应用。

相较于渗碳、渗氮等的常规表面处理工艺来说，QPQ技术是一种出现时间大大晚于常规表面处理工艺的一种工艺技术。其工艺指通常在＜600 ℃的温度下,将黑色金属零件放入两种性质不同的盐浴中，通过多种元素（主要为氮元素）渗入金属表面从而达到使零件表面改性的目的。其在工艺上的特点是热处理化学渗技术和防腐技术的复合。

1 常规表面处理及QPQ技术概述

   金属件表面改性技术通常指的是钢件的表面化学热处理及表面金属镀层处理技术，一般常包括渗碳、渗氮、碳氮或氮碳多元共渗的化学热处理工艺，以及金属表面镀铬、镀镍等的处理工艺。

1.1  渗碳工艺  该工艺是为了提高工作表层的含碳量,并在其中形成一定的含碳量梯度,将工件置于渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。其作用是使工件表面层增碳，经淬火和低温回火后，能获得高硬度、耐磨性和疲劳强度，而工件心部仍有高的塑性和韧性。

1.2  气体渗氮法  该工艺是在氨分解气氛中进行，利用氨分解产生的氮原子渗入金属表面，产生氮化物硬化层。它必须利用舍有Cr、Mo、A1等合金元素的特殊渗氮钢

1.3 盐浴软氮化处理  进行该工艺后工件表面一般都形成Fe3N(含部分Fe4N)，这种氮化物不像渗氮钢气体渗氮后形成的FezN那样脆，有较高韧性，因此人们称它为软氮化。但这种说法对于高速钢、耐热不锈钢等高合金钢不够确切，高速钢、耐热不锈钢等处理后硬度相当高，甚至可达1000HV以上。

1.4 镀铬  镀铬具有极高的硬度和耐磨性，可延长工件的使用寿命，且镀层均匀有光泽，装饰性好，有良好的消光性。由于近年来对环保要求越来越严格，镀铬工艺在生产过程中存在六价铬污染，不能满足国外环保要求，目前国外已大量使用QPQ表面改性技术替代镀铬工艺。

1.5  QPQ工艺  QPQ是Quench—Polish—Quench的缩写形式（意为淬火-抛光-淬火），是指＜600 ℃的温度下,将黑色金属零件放入两种性质不同的盐浴中，通过多种元素渗入金属表面从而达到使零件表面改性的目的。它没有经过淬火，但达到了表面淬火的效果，因此国外称之为QPQ技术。QPQ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。 

2 QPQ表面改性技术

QPQ表面改性技术严格意义上来说属于化学热处理，是将热处理与防腐蚀处理有机组合的一种新型表处理技术。具有处理温度低、时间短、能同时提高零件的表面硬度、耐磨性和抗蚀性，减少摩擦系数，变形小，无公害等特点，QPQ改性技术越来越成为行业内首选的表处理技术之一。

2.1 QPQ表面改性技术基本工艺

QPQ表面改性技术基本工艺流程如下：

前清洗——装卡——预热——氮化——氧化——冷却（清洗）——抛光——二次氧化——冷却（清洗）

其中氮化工序形成的化合物层，是整个工艺的核心。化合物层提高了产品的耐磨性和抗腐蚀性，提高表面硬度，改善表面性能。

2.2  QPQ表面改性技术性能特点：

1.  良好的耐磨性、耐疲劳性能；

2.  良好的抗腐蚀性能；

3.  产品处理后变形量小；

4.  可以替代多道热处理工序和防腐蚀处理工序，节材、节能；

5.  无公害水平高、环境污染小；

6.  工艺适用材料范围广泛，该工艺对所有黑色金属材料均使用。

                    图1  几种表面处理工艺耐磨性对比            

                           图2  QPQ与镀铬层耐磨性对比曲线

                            表1 

表1  QPQ与镀铬层耐磨性对比数据

图4 几种表面处理工艺耐蚀性对比

图5 工件小变形要求样件

3  QPQ表面改性技术应用实例

3.1 活塞杆

活塞杆材料20CrNi3A原先采用 “渗碳——淬火——回火——抛光——镀硬铬”等多道工序，提高产品耐磨性，渗碳过后硬度较高，变形大，后续磨削难度较大。后改用QPQ表面改性技术，一次加工到位，变形量极小，后续不需要磨削加工，把热处理和防腐蚀处理一次完成，缩短生产周期，降低生产成本，提高了生产效率。

               图6  QPQ典型应用实例-活塞杆

3.2   QPQ处理其他零配件

下图为QPQ处理的典型工件：刀盘、模具、节气门轴、扇形齿、输出轴、齿轮、回转支承

4结束语

综上所述，QPQ表面改性技术在抗腐蚀性及耐磨性上明显优于常规表处理技术。并且由于其加工周期短、操作简单可控、生产原料满足SGS国际标准、环保高效等特点，在国防军工、石油航天、汽车、纺织机械等领域得到了大量的应用，应用前景非常广阔。