高温下QPQ表面改性层的干滑动摩擦磨损性能研究(3)
1。2。1 QPQ工艺过程和各工序作用
QPQ盐浴复合处理技术是在无公害盐浴复合处理方法的基础上发展而来。它与之前的气体软氮法和活性氰盐渗氮法相比，不仅消除了剧毒氰根带来的危害，并且能使渗氮的适用范围得以扩大。QPQ适用于各种工具钢、模具钢、结构钢和不锈钢零部件及各种粉末冶金件。它可以大量替代高频淬火、渗碳淬火、镀硬铬及离子渗氮。作为抗蚀技术可以替代镀铬、镀镍、磷化等技术，也可以作为高级发黑技术应用[4]。
QPQ工艺过程如图1。1所示，QPQ复合处理技术是在盐浴处理之后增加了一道抛光工序，其后再进行一次氧化处理。
其中主要工艺及各工艺作用如下：
除锈去油：这对工件的渗层质量和外观极其重要，它是预热前的重要工序。
工件表面的锈迹不仅影响到QPQ处理中氮、碳的渗入，而且还会因为受热不均存在残余应力，影响到渗件的质量。因此，当工件表面的锈迹较少时可以通过砂纸打磨去除。关于去油，国外的一些研究发现，当切削得到样品或工件时，会在样品或工件的表面残留一些油脂、切削液等，或者是一些金属清洗剂，这些污渍会以薄膜的形式存在工件表面，不仅会影响到氮、碳原子的渗入，还会污染盐浴。并且在预热时不能有效处理掉这些油脂。对于某些不锈钢和耐热钢，由于其表面存在钝化膜可以通过酸洗或者喷砂的方式加以去除。对于碳钢类的样品，可以使用植物类清洗剂去除表面的油脂。工件或样品在清洗之后要加以清水冲洗，并要吹干。
预热：温度为350~400℃，时间为15~20min。工件在空气炉中进行预热时，工件的表面会发生氧化反应，生成铁的氧化物[6]：
2Fe+O2→2FeO (1。1)
大量研究工作表明，试样表面氧化不但对渗氮工序无害，反而会促进氮的渗入[7]，其化学反应如下：
6FeO+2[N]→2Fe3N+3O2 (1。2)
氮化：氮化处理是将工件或样品放入500℃~600℃的氮化盐浴中渗氮40min到 180min。 QPQ处理最佳盐浴渗氮时间为2~3h[8]。由于工件表面性能的改善是由于氮化形成化合物层而实现的，因此步骤至关重要。氮化盐浴中的氰酸根分解产生氮原子渗入到金属基体的晶格间隙中，获得化合物层和扩散层，可以大大提高工件表面的抗磨损性和疲劳强度。
其实质是含氧氰根分解出N原子渗入到金属表面，形成化合物层和扩散层。氰酸根分解和氮原子渗入金属的化学反应如下：
4CNO—→CO32—+2CN—+CO+2[N] (1。3)
3Fe+[N] →Fe3N (1。4)
4Fe+[N] →Fe4N (1。5)
氧化：氧化可使工件从氮化炉带出来的盐中的氰根（CN—）彻底分解，消除公害；同时在工件表面形成黑色氧化膜，增加抗蚀性，对提高耐磨性也有一定好处[9]。其中的化学反应如下：
CN—+AB1→CO32—+ (1。6)
CNO—+AB1→CO32—+ (1。7)
抛光：抛光的能降低工件的表面粗糙度，增加其美观度。由于工件在盐浴氮化后化合物层表面会有疏松层的存在，抛光可以去除工件表面的疏松，提高工件的耐蚀性能。
二次氧化：二次氧化是在工件经过抛光之后再进行一次盐浴氧化处理。二次氧化的主要作用是在抛光过后，使工件恢复色泽一致的黑色外观，同时提高工件的抗蚀性。