QPQ技术简介

QPQ技术简介

QPQ技术是近年来新兴的一种表面热处理技术，它是Quench－Polish－Quench的缩写形式，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形成复合渗层，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，因此国内外称之为QPQ。QPQ技术将热处理与防腐蚀处理一次完成，处理温度低，时间短，能同时提高零件表面硬度、耐磨性和抗蚀性，减少摩擦系数，变形小，无公害。具有优化加工工序，缩短生产周期，降低生产成本的优点，得到众多厂家的认可和赞誉，像美国GE、GM公司、德国大众、奔驰、日本丰田、本田等一些著名的跨国公司均大量采用。QPQ技术在工艺上是热处理技术与防腐蚀技术的结合，在性能上它是高耐磨性和高抗蚀性的结合，在渗层上是由多种化合物组成的复合渗层，因此国外认为这是金属表面强化技术领域内的巨大进 展，把它称之为一种新的冶金方法。目前QPQ表面改性技术在国内也得到大量推应用，尤其在汽车、摩托车、纺机、机床、电器开关、工模具上使用效果非常突出。以下从QPQ技术特点、QPQ基本工艺过程、国际国内知名厂家简介三方面进行论述，为我公司开展此项业务作前期准备。

一、QPQ技术特点

1.1 良好的耐磨性、耐疲劳性能

该工艺能极大地提高各种黑色金属零件表面的硬度和耐磨性，降低摩擦系数。产品经过QPQ处理后，耐磨性比常规淬火、高频淬火高16倍以上，比20#钢渗碳淬火高9倍以上，比镀硬铬和离子氮化高2倍以上。疲劳试验表明：该工艺可使中碳钢的疲劳强度提高40％以上，比离子氮化，气体氮化效果均好。该工艺特别适合于形状复杂的零

件，解决技术关键，让变形难题迎刃而解。在试验室进行的严格的滑动磨损试验表明，40Cr钢经QPQ处理后，耐磨性可以达到常规淬火的30倍，低碳钢渗碳淬火的14倍，离子氮化的2.8倍，镀硬铬的2．1倍，对45#钢进行的滚动磨损试验取得了与滑动磨损试验类似的结果。关于不锈钢的耐磨处理未找到详细的试验数据，但是304不锈钢的QPQ处理技术已经有较长时间的研究和应用。

相 对 磨损 量

1.2 良好的抗腐蚀性能

对几种不同材料、不同工艺处理的样品按同样的试验条件，按ASTMBll7标准进行了

连续喷雾试验，盐雾试验温度35±2℃，相对湿度>95％，5％NaCL水溶液喷雾。试 验结果表明，经QPQ处理后的零件抗蚀性是1Crl8Ni9Ti不锈钢的5倍，是镀硬铬的70倍，发黑的20倍。

1.3 产品处理以后变形小

工件经QPQ处理处理之后几乎没有变形产生，可以有效的解决常规热处理方法难以

解决的硬化变形难题。例如：尺寸为510×460×1.5mm的2Cr13不锈钢薄板经QPQ处理之后，表面硬大于HRC60，不平度小于0.5mm。目前，QPQ技术在众多得轴类零件、细长杆件上应用得非常成功，有效的解决了一直以来存在的热处理硬化和产品变形的矛盾。

1.4 可以代替多道热处理供需和防腐蚀处理工序，时间周期短

工件经QPQ处理后，在提高其硬度和耐磨性的基础上同时提高其抗腐蚀能力，并且

形 成黑色、漂亮的外观，可以代替常规的淬火一回火一发黑（镀铬）等多道工序，缩 短生产周期，降低生产成本。大量的生产数据表明，QPQ处理与渗碳淬火相比可以节 能50%，比镀硬铬节约成本30%，性价比高。 1.5 无公害水平高、无环境污染

QPQ处理工艺过程经有关环保部门检测鉴定，并经全国各地用户的实际使用证明，各

种有害物质排放量均低于国家排放标准允许值。由于技术先进，质量稳定，QPQ技术应用的产品有数百种之多，已在全国各地建立了多条生产线。 1.6 QPQ技术适用材料的范围广泛

该工艺对所有黑色金属材料均适用，从纯铁、低碳钢、结构钢、工具钢到各种高合金

钢、不锈钢、铸铁以及铁基粉末冶金件。

二、QPQ基本工艺过程

2.1 基本工艺过程：

QPQ盐浴复合处理主要工序有： 预热：350-400℃ 20-40min 氮化：510-580℃ 30-180min 氧化：350-400℃ 15-20min

工艺过程为：装卡-清洗去油-预热-氮化-氧化-清洗去盐-干燥-浸油。 2.2 各工序的基本作用：

预热：预热的主要作用是烤干工件表面的的水分，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。

氮化：氮化是QPQ盐浴复合热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，在工件表面形成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，达到环保要求。二是

在工件表面形成黑色氧化膜，增加防腐能力，对提高耐磨性也有一定好处。 2.3 QPQ盐浴复合处理的主要原料：

QPQ盐浴复合处理的主要原料为三种生产用盐-基盐、再生盐（调整盐）、氧化盐。 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（调整盐）：在生产过程中当氮化盐浴的氰酸根下降时，应向氮化炉补加调整盐， 以使氰酸根含量维持在规定的范围之内。

氧化盐：氧化盐用于氧化盐浴，浴面下降时直接补加氧化盐。 2.4 QPQ处理后的工件渗层组织

在QPQ处理过程中预热和氧化两道工序只能形成氧化膜，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原子可在工件表面形成高的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γ′（Fe4 N）化合物和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、ε相+γ′相、γ′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由三层构 成：外表为氧化膜；中间为化合物层；向内为扩散层。其中以化合物层最为重要，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。氧化膜的主 要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。扩散层主要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。 2.5 渗层质量的影响因素及控制：

根据工艺原理我们看到QPQ处理的工件质量好坏主要取决于渗层是否达到技术要求， 工艺的关键是各种参数保证渗层的需要，而决定渗层的主要因素是氮化温度、氮化时间、 氮化盐浴中的氰酸根含量和基体材料四个因素： 2.6 氮化温度的控制 ：

氮化温度主要根据基体材料的种类来决定，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、不锈钢、耐热钢或铸铁件可选用570℃ 2.7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三类： 要求耐磨性的零件，采用120～130分钟， 主要用于防腐性零件采用90～100分钟， 薄板冲压，增加弹性零件采取40～50分钟，

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2.8 CNO含量的控制

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根据QPQ盐浴复合处理原理，氮化盐浴的CNO不低于30%，最高不要超过40%。

CNO含量的检测采用化学滴定法进行测量。 2.9 基体材料的控制：

设计部门根据零件的服役状况，合理选择材质，基本思路是：抗蚀性要求高的零件选用

合金材料，达到满足基本硬度和氮化温度的需要。抗蚀性要求一般的零件选用碳素结构钢，既经济又能满足产品的需要。 2.10 外观质量控制

经QPQ盐浴复合处理的工件表面呈黑色或蓝黑色。

检验标准：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。而不应在室外强烈阳光下检查工件外观。生产中发现，熔盐和工艺稍有控制不好时，工件易产生发花、发红现象，尤其是材料含Si量多时，如27SiMn、30CrMnSi等材料，工件外表发花、发红现象极多，虽然此现象不影响工件的耐磨和抗蚀性，但影响工件的美观。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，必要时要更换新溶液。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去除锈渍。工件表层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。 2.11最终质量控制：

耐磨性：带同材料的试棒，维氏硬度要达到工艺规定，证实渗层已达到要求。

抗蚀性：用10%CuSO4溶液滴试工件非棱角处，30分钟不析出铜，即表示有完整渗 氮层，防锈能力满足要求，或采用盐雾试验的方法测定。

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三、国际、国内知名厂家简介

3.1 首先开发并采用QPQ技术的是德国Degussa公司，设备和盐都很昂贵。

3.2 国内企业有：成都工具研究所、宁波奇威金属科技有限公司、山东安丘市九星热处理材

料有限公司、大连华锐股份有限公司重型热处理厂，其中前三家可提供技术转让和盐的销售。

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