在生產中，滲氮或氮碳共滲之后緊接著進行一道氧化工序，用來提高工件的摩擦性能和抗腐蝕性能，已經得到成功的應用。滲氮或氮碳共滲后再氧化的工件最表面為氧化物層，其組成可能為Fe3O4、Fe2O3和Fe O中的一種或幾種。由于Fe3O4的摩擦系數低，化學穩定性好，因此只有Fe3O4被用來改善工件的抗蝕性和耐磨性。QPQ(Quench-Polish-Quench，淬火-拋光-淬火)技術的實質是低溫鹽浴滲氮+鹽浴氧化或低溫鹽浴氮碳共滲+鹽浴氧化，它是一種金屬零件表面改性技術，具有高抗蝕、高耐磨、微變形的優點。經QPQ技術處理的工件表面為Fe3O4氧化膜，其抗蝕性遠高于鍍鉻、鍍鎳等表面防護技術的水平，中碳鋼經QPQ處理后在很多領域可以代替不銹鋼。同時，Q P Q工藝可以代替發黑、磷化和鍍鎳等傳統防腐蝕工藝。目前，Q P Q技術所具有的高抗蝕性引起了有關行業，尤其是石油、化工等腐蝕問題較為嚴重的行業的極大關注，這對QPQ技術的發展和研究注入了新的活力。在這種背景下，我們對QPQ技術中的鹽浴氧化進行了研究和探討。
一、試驗材料及方法
1、1在本文中所用的試驗材料是市售20鋼，其化學成分(質量分數，%)為0.22C-0.31Si-0.55Mn-Fe。浸泡試驗所用試樣是40mm×20mm×5mm矩形試樣，鹽霧試驗所用試樣是φ20mm×100mm棒狀試樣。試樣表面粗糙度為0.6µm左右。
1、2加工后的試樣進行Q P Q處理，即經清洗、預熱、滲氮、氧化、拋光、二次氧化、水洗處理。滲氮鹽浴的氰酸根含量為36.2%。
1、3浸泡試驗所用溶液為10%NaCl+0.3%H2O2的蒸餾水溶液，試驗溫度8℃，試驗時間4 0 h。溶液量按試樣表面積0.1ml/mm2添加。浸泡前后的重量用精度為0.0001g的電子天平秤量，其重量差即為該試樣的腐蝕失重。每種工藝使用3個試樣，其腐蝕失重的平均值作為該工藝在浸泡試驗中的抗蝕性指標。
1、4鹽霧試驗所用溶液為5%NaCl中性蒸餾水溶液。從試樣放入鹽霧試驗箱起到試樣出現銹跡為止的時間作為該試樣的抗腐蝕時間。每種工藝使用3個試樣，其抗腐蝕時間的平均值作為該工藝在鹽霧試驗中的抗蝕性指標。
二、試驗結果及討論
2、1氧化溫度對抗蝕性的影響
從圖1可知，隨著氧化溫度的提高，無論在浸泡試驗還是鹽霧試驗中，抗蝕性都是先提高后降低，最佳的氧化溫度為400℃。氧化溫度偏低時，氮化物表面的Fe3O4氧化膜還不致密和完整，故抗蝕性不高。氧化溫度偏高時，Fe3O4氧化膜由于生長應力的作用，造成裂紋或缺陷，降低了試樣的抗蝕性。由于以上原因，氧化溫度有一個最佳值，過高過低的溫度都不利于獲得高抗蝕性。
浸泡試驗 鹽霧試驗
圖1 氧化溫度對耐蝕性的影響
表1 圖1中試樣的QPQ工藝參數
2、2氧化時間對抗蝕性的影響
從圖2(a)可見，經QPQ處理的工件的腐蝕失重比只滲氮的工件的腐蝕失重低，這說明氧化后的抗腐蝕性大大提高。氧化時間從30min到90min，腐蝕失重不斷增加，這是因為氧化膜在生長過程中的應力引起的氧化膜缺陷導致抗蝕性降低。當氧化時間超過90min后，浸泡試驗中的腐蝕失重再次降低，這是因為氧化膜增厚以及在氧化膜缺陷處再次生成氧化膜，造成抗蝕性有所提高。當氧化時間超過150min后，腐蝕失重繼續增加，這與氧化膜的破裂有關。
a b
浸泡試驗 鹽霧試驗
圖2 氧化時間對抗蝕性的影響
表2 圖2中試樣的QPQ工藝參數
從圖2(b)中可見，在鹽霧試驗中隨著氧化時間的增加(30min到120min)，開始生銹時間不斷增長，這與浸泡試驗得到的結論似乎是矛盾的。30min到90min范圍內腐蝕失重可能主要是由于氧化膜脫落引起的。
三、結論
1、過高或過低的氧化溫度會降低工件的抗蝕性。
2、最佳的氧化時間應該以在表面產生密致完整的Fe3O4氧化膜為準。
客服1