QPQ盐浴复合处理时间对304不锈钢耐磨性的影响

　　奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性能，因而广泛用于食品与化工行业[1]。但奥氏体不锈钢硬度较低、耐磨性差，因此在工业中的应用范围受到了一定的限制[2-3]。人们通常采用渗氮或碳氮共渗的方法来提高奥氏体 不 锈钢的耐磨性和表面硬度[4]，其中QPQ(QPQ是英文“Quench-Polish-Quench”的字头缩写。原意为淬火-抛光-淬火，在国内把它称作QPQ盐浴复合处理技术) 盐浴复合渗氮处理技术由于生产成本低污染小的特点受到了人们的广泛关注。QPQ盐浴复合处理技术是一种先进的表面强化技术，其实质是低温盐浴渗氮+盐浴氧化或低温盐浴氮碳共渗+盐浴氧化。QPQ技术被广泛应用于工程制造领域、机械和汽车工业，以增强零件的耐磨性，耐疲劳性和耐腐蚀性能，该技术尤其适合处理低碳钢、结构钢、工模具钢和铸铁[5-7]。近一段时间来，已有研究探索了将QPQ处理技术应用于奥氏体不锈钢的表面改性，并取得良好的效果[8]。

　　由于QPQ盐浴复合处理所用的盐多为保密配方，目前国内外针对QPQ处理工艺对304不锈钢性能影响的研究较少。本文采用QPQ处理技术对304不锈钢进行表面改性处理，重点探讨不同渗氮时间的QPQ复合处理对304不锈钢耐磨性的影响，获得提高304不锈钢耐磨性的最佳渗氮时间。

　　1 试验材料与方法

　　试验材料为304不锈钢。试样采用线切割制成10mm×10mm×10mm，用于组织观察和硬度测试。采用线切割制备为 Φ32mm×5mm的试样用于耐磨性测试。表面用SiC砂纸磨平，再用Cr2O抛光粉抛光至镜面。最后用无水乙醇在超声波中清洗，吹干，待用。

　　试验的QPQ处理温度为565℃ ，渗氮时间分别为60、90、120、150和180min，随后进行430℃ 、40min氧化处理。 渗氮和氧化分别在特制的电阻炉中进行。氮化盐的CNOˉ浓度为35%。处理后的试样，用稀释的王水溶液腐蚀其截面，用DMI 3000M型金相显微镜观察组织和渗层厚度。用D/max2500型X射线衍射仪测试渗层的相组成。用 HXD-1000TMC型维氏硬度计测量处理后的304截面硬度，加载载荷为10g，保压时间为15s。摩擦磨损性能采用 MMW-1A型万能摩擦磨损试验机试验，摩擦副为三球小环摩擦副，偶件为GCr15钢球，载荷p=50N，转速n=200r/min，时间t=60min，实验温度为室温(20±2)℃。磨损试验前后用精度为0.1mg 的电子分析天平测量样品质量，计算磨损量。同样试验条件下的磨损试验进行3次，并求出磨损量的平均值。

　　2 试验结果和分析

　　2.1 显微组织

　　图1为304不锈钢经565℃不同时间盐浴渗氮，随后进行430℃ 、40min后氧化处理试样的截面显微组织。可以看出，经QPQ复合处理后的不锈钢表面分为三层，由外向内依次为氧化膜、化合物层及扩散层。表面的黑色氧化膜是在氧化盐中氧化形成的，其厚度仅为几微米，它有利于改善工件表面外观及耐磨性。化合物层是整个渗氮层中最重要的部分，对渗层的耐磨性和抗蚀性都起主导作用。金相观察到的化合物层为白色组织，所以又称为白亮层，白亮层的主要物相为CrN和ε-Fe2～3N，具有比较高的硬度。扩散层是白亮层与基体之间的过渡区域，在金相图中难以观察到，其成分主要为含氮扩展奥氏体(S相)[9]。从图中还可以看出，随着处理时间的延长，氮化层厚度略有增加，但增加幅度并不明显。