QPQ 復合處理
QPQ處理是一種新的金屬鹽浴表面強化改性技 術(shù)。它的中文全稱為“淬火-拋光-淬火”處理。 上述“淬火”不是我們己知的常規(guī)淬火概念，而是指金屬在兩種不同性質(zhì)的低溫熔融鹽浴中作復 合處理。以使多種元素同時滲入金屬表面，形成氧 化膜，化合物層，擴散層組成的復合滲層，以使金 屬表面得到強化改性，它與傳統(tǒng)的氣體和真空離子 氮化概念有相同之處，不同之處在于滲入元素多、 工藝方法等差異，同時還可以做到全工藝過程時間 短、無公害等優(yōu)點。
“QPQ”是英文 “Quench-Polish-Quench”的字
頭縮寫。原意為淬火-拋光-淬火，從專業(yè)技術(shù) 角度上講，這種說法不夠確切，但在上 己經(jīng)習慣沿用今。
QPQ技術(shù)實際上是低溫鹽浴氮碳共滲加鹽浴 氧化再加拋光、氧化的全過程。
QPQ技術(shù)在國內(nèi)也被稱作QPQ鹽浴復合技術(shù)。
工藝上：氮化鹽浴和氧化鹽浴復合，實現(xiàn)滲氮工序和氧化工序的復合
+滲層組織上是氮化物和氧化物的復合
+性能上主要是耐磨性和耐蝕性的復合
+技術(shù)上是熱處理技術(shù)和耐腐技術(shù)的復合
1、氣體滲氮法
在氨分解氣氛中進行，利用氨分解產(chǎn)生的 氮原子滲入金屬表面，產(chǎn)生氮化物硬化層。它 必須利用含有C「、Mo、AI等合金元素的特殊滲 氮鋼。處理溫度510520°C，保溫時間70小時 以上。
缺點是必須采用含有特殊合金元素的專用 滲氮鋼；處理時間長；表面生成的化合物 (Fe2N)層脆性太大，通常必須磨掉。
優(yōu)點是硬度髙，滲層深。
2、氰鹽滲氮法
其原料為劇毒的氰化鉀和氰化鈉和化合物，處理 溫度為520560 °C，處理時間依材料品種、規(guī)格不 同，一般為5~30分鐘。
新鹽配好后必須經(jīng)過長時間老化才能使用，老 化的目的是使氰鹽在熔融狀態(tài)下吸收空氣中的氧， 變成氰酸鹽，氰酸鹽才是滲氮的有效成分。由于采 用的是自然時效法，氰酸根含量不會太高（質(zhì)量分 數(shù) < 10%)。
該法使?jié)B氮技術(shù)由專用滲氮鋼擴大到高速鋼， 但該法對其他鋼種仍然不太適用，只能做耐蝕滲氮 用，且時效時間太長（數(shù)天）。
3、活性氰鹽滲氮法
由于氰鹽滲氮鹽浴時效時間太長，氰酸根含量太低，適 用鋼種有限，為此開發(fā)了一種向氛化物鹽浴中通壓縮空氣的 新的鹽浴滲氮方法，大大縮短了時效過程，升高了鹽浴中的 氰酸鹽含量（質(zhì)量分數(shù)16 % ~28 % )。
用該法處理后工件表面一般都形成Fe3N (含部分Fe4N)。 這種氮化物不像滲氮鋼氣體滲氮后形成的Fe2N那樣脆，有較 高軔性，因此人們稱之為軟氮化。
優(yōu)點：不受鋼種的限制，工藝周期短，有很好的耐磨、 耐疲勞性能。
缺點：氰化物為原料，有劇毒，會迫成環(huán)境污染。
4、氣體氮碳共滲
為了保留活性氰鹽滲氮法的優(yōu)點，克服其劇毒 和公害的缺點，人們采用氣體方法來模擬它，而不 釆用劇毒氰鹽作原料。原料代表有：尿素固體原料 送入爐子裂解；液體原料甲酰胺、三乙醇胺等滴入 爐子分解；氣體原料氣氛加氨氣直接通入爐子。
氣體氮碳共滲雖然不用氰鹽作原料，但廢氣中 仍含劇毒氰化氫（HCN).
除了公害問題以外，我國國內(nèi)氣體氮碳共滲大 都存在工藝不穩(wěn)定，質(zhì)量不容易控制等問題。
5、無公害鹽浴復合處理法
20世紀70年代中期開發(fā)的全新的無公害鹽浴復 合技術(shù)處理技術(shù)則徹底解決了公害問題.
新的工藝方法先利用有機物和無機物原料配 制成由高氰酸根與碳酸鹽組成的氮化基鹽（TF1)。 同時利用一種叫作Melon的有機物使之與老化的氮 化鹽浴中的碳酸根反應，重新生成氰酸根(CNO-)， 使鹽浴重新恢復活性。 與舊法相比，新法原料中完全不含氰化物，補充鹽 的數(shù)量和調(diào)整鹽浴成分時也不用氰化物。 新法雖然原料中不含氰化物，但鹽浴反應后氰酸根 分解會產(chǎn)生占鹽浴總量質(zhì)量分數(shù)為1 % ~3 %的氰根 (CN-)，所以工件從氮化鹽浴出來后如直接進行清洗: 則這種清洗水因含有氰化物而不能直接排放。
為此，又開發(fā)了一種氧化鹽，它專門用來分解工件 從氮化鹽浴中帶出來的氰根。這種氧化鹽浴在德國 被稱為AB1,在美國被稱作KQ500。 這種完全不用氰化物作原料的氮化鹽浴再加上可以 分解氰根的氧化鹽浴就構(gòu)成了無公害的鹽浴復合處 理技術(shù)。
新的鹽浴復合處理方法氮化鹽浴中氰酸根含量大大 提高，氰酸根質(zhì)量分數(shù)為32%38%。 由于氮勢的提高，氮的滲入速度加快，減少生產(chǎn)周 期30% 35%。 同時，復合處理方法還在工件表面生成一層氧化層， 這是其他方法所不具備的。 這一層氧化膜大大提高了工件的耐蝕性，耐磨性， 同時也美化了外觀。
6、QPQ新技術(shù)
美國底特律的科林公司在無公害鹽洛復合處 理法基礎(chǔ)上開發(fā)了 QPQ新技術(shù)。
它是在進行鹽浴復合處理全部工藝過程以后，再增 加一道拋光工藝，拋光以后再做一次氧化處理。統(tǒng) 稱QPQ新技術(shù)。
QPQ工藝過程增加拋光和再氧化工序 目的：1)去除氮化物層外面的疏松層 2)使工件表面補充氧的含量
(QPQ技術(shù)由于是在金屬衷面滲入fN、C、 〇等元素，并在金屬表面形成/化合物層和擴 散層，因而使金屬表[&的耐磨性、耐蝕性和耐 疲勞性都大為提島，這是單一的熱處理或單一 耐蝕性技術(shù)所不能與之相比的-
因為一般熱處理和表面硬化技術(shù)只能提高 耐磨他，不能提高耐蝕性，而絕人多數(shù)耐蝕性 技術(shù)都不具缶高的耐磨性，而QPQ技術(shù)兩者兼 而有之。
1、耐磨性
?QPQ處理后在金屬表面形成的化合物層主要 為Fe3N，是一種氮的質(zhì)量分數(shù)為6%以上的 化合物，它與普通的熱處理形成的碳的過飽 和固溶體（淬火馬氏體）有本質(zhì)區(qū)別，因此 兩者不能僅以硬度的高低來比較耐磨性。
1)磨粒磨損
當摩檫的兩金屬工件硬度相差較大時，容 易產(chǎn)生微觀切削方式的磨粒磨損。對這種類 型的磨損來說，如果工件不承受較大沖擊載 荷，則材料的硬度越高，其耐磨性越好。
QPQ處理后金屬表面的硬度比心部大幅度 提高，因而它可以大大提高表面的耐磨性。
2)疲勞磨損
由于金屬的凸起部分擠入對面的工件并向
前移動，在它前面產(chǎn)生隆起，因此金屬產(chǎn)生 彈性變形，凸起物移走，則表面又恢復了原 狀。如果這種加載和卸載反復進行，金屬表 面由于變形次數(shù)過多而產(chǎn)生疲勞，于是金屬 表面產(chǎn)生剝脫，這就是疲勞磨損。
QPQ處理之所以能夠提高材料的疲勞強 度，目前的看法是QPQ提高了擴散層的硬度 并保乘它的高韌性，即疲勞強度的提高主 要在于擴散層的作用。
3)膠合磨損
在某些摩擦條件下，由于配對金屬相對高 速運動或其他原因產(chǎn)生高溫等情況，會使兩 種配對金屬表面發(fā)生膠合，如果膠合力大于 金屬基體的強度，繼續(xù)運動就會使金屬產(chǎn)生
膠合磨+員。
QPQ處理的作用就在于零件的基體材料 選定以后，在零件表面形成了良好的保護膜， 它可以大大減小膠合處的結(jié)合力，減少膠合 磨損的發(fā)生。
2、耐蝕性
?耐蝕性高是QPQ技術(shù)的另一大特點。 ?它的耐蝕性遠遠高于鍍鉻、鍍鎳等表面防護
技術(shù)的水平，甚比某些不銹鋼的耐蝕性還 要高。
QPQ處理件之所以具有極高的耐蝕性，主要 依靠于金屬表面的Fe2_3N化合物層和致密的 Fe304氧化膜，拋光并再次氧化后，不僅使化 合物層更加致密，而且氧還深入到化合物層 厚度的一半以上，使得金屬在大氣、鹽霧、 弱酸、濃堿等條件下都具有很高的耐蝕性。
3、耐疲勞性
QPQ技術(shù)可以顯著地提高材料的耐疲勞性。 ?耐疲勞性能的提高主要依靠化合物層以下的 擴散層的作用。
?碳鋼疲勞強度的提高主要是由于冷卻刀室溫 后從過飽和的含氮鐵素體中沉淀出Fe8N，在 合金鋼中存在微細合金氮化物沉淀。
?這兩種類型的沉淀可以阻礙位錯的移動，從 而提高疲勞強度。
4、工件尺寸形狀
處理前后工件尺寸形狀變化極小是QPQ技術(shù) 的一大特點。
原因：QPQ工藝溫度低于鋼的相變溫度，處 理過程中金屬不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，因此沒有組 織應力產(chǎn)生。所以，它比發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的常 規(guī)淬火、高頻感應淬火、滲碳淬火所產(chǎn)生的 變形小得多。
QPQ技術(shù)適用于各種耐磨件，耐蝕件，耐疲勞件或要求耐磨，耐疲勞相結(jié)合件及耐磨與 耐蝕相結(jié)合件。
這項技術(shù)在汽車，摩托車，機車，工程機械， 農(nóng)業(yè)機械，輕化工機械，紡織機械，儀器儀 表，機床，齒輪，機械，工具，模具等行業(yè) 都得到了廣泛應用。
幾個典型行業(yè)的代表性零件如下：
汽車零件：曲軸，凸輪軸，氣門，球頭銷，活塞，氣簧， 扭轉(zhuǎn)盤，座位滑動器的滑軌，剎車控制系統(tǒng)的模數(shù)飛輪， 保險杠，螺旋齒輪，減速器的內(nèi)齒輪，垂直驅(qū)動傳動齒輪， 門鎖，軸套，擋風玻璃搖臂，懸掛支桿活塞，電動機冷卻 風扇，揚聲器，防曬傳動器。
紡織機機械件：絡筒機中的各種耐磨，耐蝕件，尼龍彈力 絲機熱軌件，梳棉機的各種耐磨，耐蝕件以及羅拉，定子, 割圈等紡織零件。
機床零件：機床導軌，絲杠，軸類，摩擦片，齒輪及機床 電器鐵心等，
QPQ在國內(nèi)外的使用現(xiàn)狀
該技術(shù)己被德國、美國、英國、日本等40多 個國家廣泛使用
國內(nèi)多家生產(chǎn)廠商也采用了此技術(shù)，包括曲 軸、氣門、凸輪軸、活塞環(huán)、氣彈簧活塞桿、
模具、刀具等
目前十堰汽車產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，已經(jīng)成為商用 車大的生產(chǎn)基地，但QPQ技術(shù)暫未得到應 用，急需進行技術(shù)改造和技術(shù)升級
氣體滲氮
利用氨分解產(chǎn)生的氮原子滲入金屬表面，產(chǎn)
生氮化物硬化層。
缺點：是必須采用含有特殊合金元素的專用 滲氮鋼；處理時間長（保溫時間70小時以 上）。
離子氮化
利用輝光放電原理，在等離子區(qū)的強電場作 用下，氮和氫的正離子以高速向工件表面轟 擊，同時由于吸附和擴散的作用，氮遂滲入 工件表面。
缺點：離子氮化時間仍需30?40小時；設備
復雜且投資大；準確測定零件溫度困難；對 于大型爐、各類零件混合裝爐難以保證各處 工件溫度一致^
碳氮共滲
是將碳和氮同時滲入零件表面的化學熱處理工藝， 以滲碳為主，它的共滲溫度低于滲碳高于滲氮 (800?880。。）
優(yōu)點：
比滲碳溫度低，晶粒不會長大，適于直接淬火， 共滲速度快
減小了淬火變形和開裂 耐磨性和疲勞強度高，脆性低
碳氮共滲缺點
固體碳氮共滲質(zhì)量差、周期長 ?：?液體碳氮共滲是在含有氰化物的鹽浴中進行，有劇毒
目前應用較廣的是氣體碳氮共滲
滲碳淬火
*滲碳工作原理：為了增加工件表面的含碳量 及一定的碳濃度梯度，將工件放在滲碳介質(zhì) 中加熱并保溫，使碳原子滲入表層的化學熱 處理工藝。
滲碳+淬火后性能：獲得高的表面硬度，高的
接觸疲勞。
分類：固體滲碳、液體滲碳、氣體滲碳
滲碳缺點
只能改善表面性能。要經(jīng)過滲碳、淬火兩道 工藝過程，當滲層淬火后為壓應力狀態(tài)時， 回火使表面的殘余壓應力下降，回火使表層 的殘余壓應力減小，會引起零件的彎曲疲勞 強度降低。
鍍鋅
渡鋅的工作原理：
將工件置于盛有鍍鋅液的含鍍覆金屬的鍍鋅 槽里，工件為陰極，鍍鋅槽和鍍鋅液為陽極， 通電后陽極金屬離子在電解作用下鍍覆于工 件表面的工藝過程。經(jīng)純化、染色、涂覆護 光擠后的工件能顯著提高工件的防護和裝飾 性，且直接成本較低。
鍍鋅缺點
1、在干燥的空氣中防腐蝕性能好，但在潮濕 的空氣中鋅表面生產(chǎn)致密的碳酸鋅膜。
2、鍍鋅溶液分有氰化物鍍液和無氫化鍍液兩 種，在生產(chǎn)中廣泛采用有氰鍍液，氫化物有 劇毒，且對環(huán)境污染嚴重，后續(xù)社會成本大。
鍍鉻
鍍鉻和鍍鋅原理相同，不同的是鍍鉻槽是采 用鉛、鉛銻合金制成的不溶性陽極，它只起 導電作用，電解液中的鉻離子濃度需要定期 加入鉻化物來維持。鍍鉻可使零件光滑平整、 不生銹、硬度高（可達HRC65)耐高溫 (500° C)耐腐蝕、耐酸、耐磨。
鍍鉻缺點
1、鍍鉻前的工件表面粗糙度高，其精度影響鍍鉻 的表面質(zhì)量；
2、鍍鉻過程中，氫和氧的揮發(fā)帶出鉻離子，有害 人體健康且廢棄鍍液污染環(huán)境。
3、工藝時間與鍍層厚度有關(guān)，鍍后需加工且增加 工件外形尺寸，不適應外形尺寸復雜的工件。
4、疲勞及接觸強度差，在局部受力情況下，表面 鉻層易剝落。
QPQ處理工件
1)耐磨、耐蝕、抗疲勞、抗咬合、抗擦傷
2)工藝時間短（6h)、溫度低C<600°C)、變形小、不需要后續(xù)精加工
3)無公害，不影響操作員身體健康，廢棄物對環(huán)境無影響。
QPQ可代替哪些傳統(tǒng)工藝
為了提高工件表面的耐磨性，這項技術(shù)可替 代大量滲碳淬火、高頻感應淬火、離子滲氮 等熱處理和表面強化技術(shù)。
為了提高工件表面的耐蝕性也可替代發(fā)黑、 鍍鉻、鍍硬鉻、鍍鎳等表面防護技術(shù)。