在生產(chǎn)中，滲氮或氮碳共滲之后緊接著(zhù)進(jìn)行一道氧化工序，用來(lái)提高工件的摩擦性能和抗腐蝕性能，已經(jīng)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(xué)穩定性好，因此只有Fe3O4被用來(lái)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，其抗蝕性遠高于鍍鉻、鍍鎳等表面防護技術(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(wèn)題較為嚴重的行業(yè)的極大關(guān)注，這對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QPQ技術(shù)中的鹽浴氧化進(jìn)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(xué)成分(質(zhì)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(jìn)行Q P Q處理，即經(jīng)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(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(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(zhù)氧化溫度的提高，無(wú)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(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)，Fe3O4氧化膜由于生長(cháng)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(gè)最佳值，過(guò)高過(guò)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(shí)間對抗蝕性的影響
從圖2(a)可見(jiàn)，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(shuō)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，這是因為氧化膜在生長(cháng)過(guò)程中的應力引起的氧化膜缺陷導致抗蝕性降低。當氧化時(shí)間超過(guò)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(shí)間超過(guò)150min后，腐蝕失重繼續增加，這與氧化膜的破裂有關(guān)。
a b
浸泡試驗 鹽霧試驗
圖2 氧化時(shí)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(jiàn)，在鹽霧試驗中隨著(zhù)氧化時(shí)間的增加(30min到120min)，開(kāi)始生銹時(shí)間不斷增長(cháng)，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(guò)高或過(guò)低的氧化溫度會(huì )降低工件的抗蝕性。
2、最佳的氧化時(shí)間應該以在表面產(chǎn)生密致完整的Fe3O4氧化膜為準。
客服1