在生產(chǎn)中，滲氮或氮碳共滲之后緊接著進(jìn)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(jīng)得到成功的應(yīng)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(shù)低，化學(xué)穩(wěn)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(shù)的實(shí)質(zhì)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(shù)，具有高抗蝕、高耐磨、微變形的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)QPQ技術(shù)處理的工件表面為Fe3O4氧化膜，其抗蝕性遠(yuǎn)高于鍍鉻、鍍鎳等表面防護(hù)技術(shù)的水平，中碳鋼經(jīng)QPQ處理后在很多領(lǐng)域可以代替不銹鋼。同時(shí)，Q P Q工藝可以代替發(fā)黑、磷化和鍍鎳等傳統(tǒng)防腐蝕工藝。目前，Q P Q技術(shù)所具有的高抗蝕性引起了有關(guān)行業(yè)，尤其是石油、化工等腐蝕問題較為嚴(yán)重的行業(yè)的極大關(guān)注，這對(duì)QPQ技術(shù)的發(fā)展和研究注入了新的活力。在這種背景下，我們對(duì)QPQ技術(shù)中的鹽浴氧化進(jìn)行了研究和探討。
一、試驗(yàn)材料及方法
1、1在本文中所用的試驗(yàn)材料是市售20鋼，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為0.22C-0.31Si-0.55Mn-Fe。浸泡試驗(yàn)所用試樣是40mm×20mm×5mm矩形試樣，鹽霧試驗(yàn)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(jìn)行Q P Q處理，即經(jīng)清洗、預(yù)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(yàn)所用溶液為10%NaCl+0.3%H2O2的蒸餾水溶液，試驗(yàn)溫度8℃，試驗(yàn)時(shí)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(gè)試樣，其腐蝕失重的平均值作為該工藝在浸泡試驗(yàn)中的抗蝕性指標(biāo)。

1、4鹽霧試驗(yàn)所用溶液為5%NaCl中性蒸餾水溶液。從試樣放入鹽霧試驗(yàn)箱起到試樣出現(xiàn)銹跡為止的時(shí)間作為該試樣的抗腐蝕時(shí)間。每種工藝使用3個(gè)試樣，其抗腐蝕時(shí)間的平均值作為該工藝在鹽霧試驗(yàn)中的抗蝕性指標(biāo)。
二、試驗(yàn)結(jié)果及討論
2、1氧化溫度對(duì)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(yàn)還是鹽霧試驗(yàn)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(shí)，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(shí)，F(xiàn)e3O4氧化膜由于生長(zhǎng)應(yīng)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(gè)最佳值，過高過低的溫度都不利于獲得高抗蝕性。

           浸泡試驗(yàn)                        鹽霧試驗(yàn)
圖1 氧化溫度對(duì)耐蝕性的影響

表1  圖1中試樣的QPQ工藝參數(shù)

2、2氧化時(shí)間對(duì)抗蝕性的影響
從圖2(a)可見，經(jīng)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(shí)間從30min到90min，腐蝕失重不斷增加，這是因?yàn)檠趸ぴ谏L(zhǎng)過程中的應(yīng)力引起的氧化膜缺陷導(dǎo)致抗蝕性降低。當(dāng)氧化時(shí)間超過90min后，浸泡試驗(yàn)中的腐蝕失重再次降低，這是因?yàn)檠趸ぴ龊褚约霸谘趸と毕萏幵俅紊裳趸?，造成抗蝕性有所提高。當(dāng)氧化時(shí)間超過150min后，腐蝕失重繼續(xù)增加，這與氧化膜的破裂有關(guān)。

              a                                         b       
             浸泡試驗(yàn)                     鹽霧試驗(yàn)

圖2 氧化時(shí)間對(duì)抗蝕性的影響

表2 圖2中試樣的QPQ工藝參數(shù)

從圖2(b)中可見，在鹽霧試驗(yàn)中隨著氧化時(shí)間的增加(30min到120min)，開始生銹時(shí)間不斷增長(zhǎng)，這與浸泡試驗(yàn)得到的結(jié)論似乎是矛盾的。30min到90min范圍內(nèi)腐蝕失重可能主要是由于氧化膜脫落引起的。
三、結(jié)論
1、過高或過低的氧化溫度會(huì)降低工件的抗蝕性。
2、最佳的氧化時(shí)間應(yīng)該以在表面產(chǎn)生密致完整的Fe3O4氧化膜為準(zhǔn)。