常用金属表面处理方式

表面处理方式：

金属：

1.喷砂

喷砂是利用压缩空气把石英砂高速吹出去对零件表面进行清理的一种方法。工厂里也叫吹砂，不仅去锈，还可以顺带除油，对涂装来说非常有用。常用于零件表面除锈；对零件表面修饰（市场卖的小型的湿式喷砂机就是这个用途，砂粒通常是刚玉，介质是水）；在钢结构中，应用高强螺栓进行联接是一种比较先进的方法，由于高强联接是利用结合面之间的摩擦来传力的，所以对结合表面的质量要求很高，这时必须用喷砂对结合表面进行处理。

喷砂用于形状复杂，易于用手工除锈，效率不高，现场环境不好，除锈不均匀。

一般的喷砂机都有各种规格的喷砂枪，只要不是特别小的箱体，都可以把枪放进去打干净。压力容器的配套产品—封头采用喷砂方式清除工件表面的氧化皮，石英砂的直径为1.5m m～3.5mm.

有一种加工就是利用水作载体，带动金刚砂来加工零件的，就是一种喷砂。

2.喷塑

喷塑是为了提高防腐蚀能力，与喷砂结合更好，主要是因为结合力提高了导致质量提高。可以增加防锈和美观效果

3.氮化和软氮化

氮化包括气体氮化、辉光离子氮化和软氮化，软氮化是一种通俗的叫法，严格的讲，软氮化是一种以渗氮为主的低温氮碳共渗，主要特点是渗速快（2-4h），但渗层薄（一般在0.4以下),渗层梯度陡，硬度并不低，如果是液体氮化，硬度甚至略高于气体氮化。

气体氮化可以做到深渗层，它的硬度梯度缓，比软氮化承受的载荷高，外观漂亮，缺点是周期长，表面有脆性相，一般要有一道精加工（加工余量很小，一般1丝到2丝）。

辉光离子氮化有气体氮化的优点，在0.4㎜渗层以下，渗速比气体氮化快的多，而且表面不会有脆性相，可以局部氮化，缺点是成本略高，对形状复杂或带长孔的工件效果不好。

变形方面应该是辉光离子氮化变形最小，实际中相差很小，很多时候几乎一样。

为了缩短氮化周期，并使氮化工艺不受钢种的限制，在近年间在原氮化工艺基础上发展了软氮化和离子氮化两种新氮化工艺。

软氮化实质上是以渗氮为主的低温氮碳共渗，钢的氮原子渗入的同时，还有少量的碳原子渗入，其处理结果与一般气体氮化相比，渗层硬度较氮化低，脆性较小，故称为软氮化。 1、软氮化方法分为：气体软氮化、液体软氮化及固体软氮化三大类。目前国内生产中应用最广泛的是气体软氮化。气体软氮化是在含有活性氮、碳原子的气氛中进行低温氮、碳共渗，常用的共渗介质有尿素、甲酰胺、氨气和三乙醇胺，它们在软氮化温度下发生热分解反应，产生活性氮、碳原子。

活性氮、碳原子被工件表面吸收，通过扩散渗入工件表层，从而获得以氮为主的氮碳共渗层。气体软氮化温度常用560-570℃，因该温度下氮化层硬度值最高。氮化时间常为2-3小时，因为超过2.5小时，随时间延长，氮化层深度增加很慢。

2、软氮化层组织和软氮化特点：钢经软氮化后，表面最外层可获得几微米至几十微米的白亮层，它是由ε相、γ`相和含氮的渗碳体Fe3（C，N）所组成，次层为的扩散层，它主

要是由γ`相和ε相组成。

软氮化具有以下特点：

(1)、处理温度低，时间短，工件变形小。

(2)、不受钢种限制，碳钢、低合金钢、工模具钢、不锈钢、铸铁及铁基粉未冶金材料均可进行软氮化处理。工件经软氮化后的表面硬度与氮化工艺及材料有关。

3、能显著地提高工件的疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性。在干摩擦条件下还具有抗擦伤和抗咬合等性能。

4、由于软氮化层不存在脆性ξ相，故氮化层硬而具有一定的韧性，不容易剥落。

因此，目前生产中软氮化巳广泛应用于模具、量具、刀具（如：高速钢刀具）等、曲轴、齿轮、气缸套、机械结构件等耐磨工件的处理。

与渗氮区别主要是：

1.在一定温度下向试件表面渗入氮、碳，以渗氮为主，但非单纯渗氮。

2.处理时间比氮化短。

3.其表面白层相比渗氮白层而言脆性要小。

4.软氮化应用的材料比较广泛。

5软氮化比普通氮化周期短，温度略低，因此变形更小，但硬度和氮化层厚度略差，且气体软氮化无毒

4.QPQ

QPQ盐浴氮化复合处理技术在机械易损件及工业易损件上的应用

一、什么是QPQ技术

“QPQ”是英文“Quench--Polish--Quench”的缩写。原意为淬火(快冷)一抛光一淬火(快冷)，从专业上来讲，这种说法不够确切，但在国际上已经习惯地沿用至今。并被普遍采用。

QPQ技术是一种复合型技术，复合的含义，在方法上是指它是在氮化盐浴和氧化盐浴两种盐浴中处理工件，实现了氮化工序和氧化工序的复合；渗层组织上是氮化物和氧化物的复合；性能上是耐磨性和抗蚀性的复合；工艺上是热处理技术和防腐技术的复合。

通常硬化技术只能提高金属的耐磨性，防腐技术一般只能提高金属表面的抗蚀性，而QPQ技术则可以同时大幅度提高金属表面的耐磨性和抗蚀性，而且提高的幅度比常规硬化技术和防腐技术高10倍以上，因此它被称为冶金学领域内的革命性新技术。同时该技术还具有工件几乎不变形、元公害、节能等优点。

QPQ技术的核心是其无公害的盐浴配方。该配方由德国迪高沙公司实行可口可乐式的独家国际垄断，只向用户提供处理产品的已经熔化的成品盐和生产设备，从不提供盐浴配方。

世界上一些著名的大公司都从德国引进了成套设备技术。美国通用电器公司羁这项新技术成功地取代了内燃机车缸套的镀硬铬工艺，消除了六价铬对环境的污染，并提高了缸套的耐磨性和抗蚀性。美国康明斯公司乖J用此项技术解决了进、排气门的耐磨抗蚀问题。德国大众轿车的凸轮轴，奥地利斯太尔重型汽车驱动桥减速器的内齿轮也采用了这项技术。该技术几乎被日本所有汽车厂家采用，其中本田公司有五座大型自动化设备分设于国内外，处理零件150多种，年处理量达6万吨。

现在该技术已被德国、美国、英国、法国、瑞士、奥地利、俄罗斯、日本、印度等40多个国家采用，用于各种耐磨件和抗蚀件。

我国的戚墅堰机车车辆厂、山东潍坊柴油机厂、杭州汽车发动机厂等厂于八十年代末以60--90万美元从德国引进了成套设备技术，分别用于机车缸套，汽车曲轴等零件，但必须

高价从国外进口生产甩盐。

二、QPQ技术的特点

中国机械装备(集团)公司成都工具研究所经过长期试验研究，于上个世纪八十年代初期率先打破了德国对这项技术的独家国际垄断，独立开发了成分独特的盐浴配方，其无公害水平优于德国，达到国际领先水平。

我公司推广的QPQ技术实行大量生产已有十多年历史，现有用户已达100多家，应用的产品有数百种之多。涉及到汽车、摩托车、纺织机械、轻化工机械、、枪械、机床、仪器仪表、齿轮、模具、工具等几十个行业。该技术的生产用盐已销往朝鲜，台湾。

由于该技术具有国际先进水平，并创造了很好的经济效益和社会效益，为国家作出了较大贡献，被确定为国家级新产品，“九五“国家重点推广科技项目。先后荣获四川省科技进步一等奖，国家科技进步二等奖等各种奖励。

从盐浴的有效成分，工艺过程，渗层的结构与性能等方面来说，我所的0P。技术与德国技术几乎完全相同，但此外我所的QPQ技术还有以下特点：

l、无公害水平高

我所独立开发的成分独特的氮化盐浴配方，其中添加了一种特殊的氧化剂，使盐浴中的氰根含量仅为德国的1/10，无公害水平更高。

2、渗速快

与迪高沙公司的盐浴相比，我所的盐浴渗入速度更快，在氮化温度比迪高沙公司技术低10℃的情况下可以达到同样的渗层深度。

3、设备简便实用，价格低廉

与迪高沙公司相比氮化盐浴不必通压缩空气。迪高沙公司的生产线为双轨密封设备，我所为单轨开放设备，不仅便于操作维修，而且大大降低成本，因此成套设备的费用不到进口的l/5。

4、生产用盐价格便宜

我所开发的QPQ技术生产用盐大部分采用普通工业原料，因此售价不到进口盐价格的1/3，国内最低。

5、终身技术服务

可向用户提供QPQ生产线的主要设备，辅助设备，检测设备等全部设备，免费对用户进行技术培训，到现场指导用户投产，长期对用户负责，并实行终身免费技术服务。

三、QPQ技术的工艺过程和渗层的影响因素

1、QPQ技术的基本工艺过程：

清洗剂清洗——清水漂洗——预热——盐浴氮化——盐浴氧化——冷水清洗——热水清洗——自然干燥——浸油

经过大量工艺参数试验和长期生产实践的验证，最终确定，一般的结构零件的QPQ处理工艺规范大体如下：

预热(空气炉)：350-400℃，20-30min

氮化(盐溶炉)：550-570℃，2-3h

氧化(盐溶炉)：370-400℃，15-20min

高速钢工具的氮化规范：530-560℃，10-40min

Crl2MoV类钢的氮化规范：520-530℃，2h

根据工件的基体材料，使用条件等因素，对每种产品制定具体的生产工艺。

2、渗层形貌

QPQ处理后的渗层组织，由外向内由三层组成：即氧化膜，化合物层，扩散层。图1为金相显微镜下观察到的45钢的渗层组织(由于制样保护的原因，一般很难观测到氧化膜)。

圈1 45钢的渗层组织 ×360

氧化膜是铁的氧化物(Fe3O4)，可以提高金属表面的抚蚀性，美化工件的外观。皇与亿舍物层一起构成了抗蚀性极高的综合抗蚀层。同时这层氧化膜对提高耐磨性也毒一定作用。

化合物层俗称白亮层，为铁的氮化物(Fe2—3N)，是QPQ技术所形成的渗层组织中最重要的部分。化合物层耐磨性极高，抗蚀性也极高，通常渗层质量的好坏多以化合物层的厚度和致密度来衡量。

扩散层是氮渗入铁的晶格中形成的固溶体，它可以提高金属的疲劳强度，对提高普通碳钢和低合金钢的耐磨性和抗蚀性作用不大，但高速钢、不锈钢等高合金钢的扩散层要硬度可以达到1000HV以上，因此有很高的耐磨性。

在化合物层最外面往往有一层海绵状或柱状多孔区，一般称之为疏松层。疏松层硬度低，耐磨性差，通常认为它会影响产品的使用寿命，应加以控制。

3、渗层形成的影响因素

渗层形成的影响因素主要指氮化工序的氮化温度、氮化时间、氰酸根含量的影响，基体材料也对渗层有较大影响。

氮化温度的影响：化合物层的深度随着氮化温度的升高几乎成直线增加，但氮化温度对化合物层的表面硬度影响较小。氮化温度超过570℃，疏松层会加重。

氮化时间的影响：化合物层的深度随着氮化时间的加长而增加，氮化时间增加到3小时以后，化合物层增加缓慢，疏松层加重。

氰酸根的影响：氰酸根含量的增加，会提高渗速，增加渗层的深度，因此氰酸根含量不能太低，但过高的氰酸根含量也会加剧疏松的形成，因此氰酸根的含量应该控制在一定的范围内。

氧化规范对化合物层的深度，硬度和致密度没有影响。

4、基体材料的选择与预先热处理

基体材料所含的合金元素不同直接影响到渗层的硬度和深度，通常认为合金元素可以提高渗层硬度，而减少渗层深度；同时由于基体材料成分的不同，预先热处理的硬度不同，抗回火能力不同，影响到QPQ处理以后基体心部的硬度。

钢中的含碳量对化合物层深度影响不大，对渗层的表面硬度影响也不大。

常见材料在QPQ处理前的预先热处理大体上有如下几种情况，现根据钢的含碳量和抗回火能力的不同，分别加以说明。

低碳钢：20、20Cr、20CrMo、18CrMnTi等低碳钢、低碳合金钢一般都不作予先热处理，即使先进行淬火或正火，QPQ处理后基体硬度也会大幅度下降。

中高碳钢：45、40Cr、T12、GCrl5等中高碳钢、中高碳低合金钢，由于抗回火能力并不强，QPQ处理后淬火硬度不能保持，这类材料如果要求较高的心部强度，QPQ处理前应该进行调质处理。

高合金钢：对于高速钢、Crl2MoV、3Cr2W8V、5CrMnM0及H13等高合金钢，由于具有很高的抗回火能力，所以在QPQ处理前可以进行予先淬火。QPQ处理后，工件基体仍然保持高硬度。

综上所述，对要求整体高硬度的工件，如切削工具和某些模具应选择抗回火能力高的高合金钢，如高速钢、高铬钢等，并预先进行淬火，QPQ处理后可以保持基体的高硬度。对整体强度要求较高的工件，应选用中高碳的碳钢或低合金钢，并预先进行调质，QPQ处理后可以保证工件的整体强度。没有整体硬度或强度要求的工件可以选择廉价的低碳钢或中

碳钢，不必进行预先热处理。

常见材料的QPQ处理规范，渗层的表面硬度和化合物层深度如表1。

表1 常用材料的处理规范及渗层硬度深度

四、QPQ技术的渗层性能

1、极高的耐磨性

在试验室进行的严格的滑动磨损试验(图2)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。

图2滑动磨损试验比较图

2、极好的抗蚀性

(1)露天放置试验

在四川盆地潮湿的条件下，进行了室外露天遮雨放置试验，这更接近大多数产品的存放条件。试验结果如表3，45钢经QPQ处理后，抗蚀性可以达到镀硬铬的16倍，lCrl3不锈钢的26倍，1Crl8Ni9Ti不锈钢的4．5倍。

表2 露天放置抗蚀性比较试验

序号试样种类开始生锈时间（天）相对抗蚀性比

1 QPQ处理（45钢） 364 1

2 lCrl8Ni9Ti 80 1／4.5

3 镀装饰铬55 1／6.6

4 镀硬铬 23 1／16

5 lCrl3 14 1／26

6 发黑 5 1／73

(2)盐雾试验

在试验室条件下进行了标准的5％NaCl水溶液盐雾试验(图3)表明，经QPQ处理的45钢抗盐雾腐蚀能力为1Crl8Ni9Ti不锈钢的5倍，镀装饰铬的35倍，1Crl3不锈钢的40倍，镀硬铬的70倍，发黑的280倍。

图3盐雾试验抗蚀性比较图

3、良好的耐疲劳性能

QPQ技术可以使钢、铁材料的疲劳强度提高20一200％。疲劳强度提高幅度的大小受基体材料的种类、予先处理状态、QPQ处理的工艺参数等因素的影响。

对调质状态的45钢进行的滚动弯曲疲劳试验表明，QPQ处理后疲劳强度提高

40％多。

4、极微小的变形

由于QPQ技术的处理温度低于钢的相变温度，处理过程中基体上不会发生组织转变，因此没有组织应力产生。所以它比发生组织转变的常规淬火、高频淬火、渗碳淬火所产生的变形小得多。

处理前后工件尺寸形状变化极小是QPQ处理技术的一大特点，利用这一特点解决了很多常规方法无法解决的变形难题。在正常情况下，处理前后工件尺寸的变化量大约为0.01mm左右，通常外径增大O.005mm，内孔缩小O.005mm。

五、QPQ技术与相邻技术比较

1、与盐浴软氮化比较

首先由于盐浴软氮化的盐浴中含有1—3％的氰根，清洗工件的排放水污染环境,这种方法现在已经被禁止使用。QPQ技术则不污染环境，完全符合环保排放标准。

其次盐浴软氮化盐浴中的有效成分氰酸根的含量仅为16--28％，QPQ技术渗氮盐浴中的氰酸根含量高达32—38％。因此盐浴中的氮势更高，渗速更快，渗层的耐磨性

更高。

由于QPQ技术比盐浴氮化增加一道氧化工序，使化合物层钝化，大大提高抗蚀能力。同时在化合物层外面生成抗蚀性很强的的Fe3O4氧化膜，因此QPQ技术的抗蚀性远远高于盐浴软氮化。

2、与气体软氮化和离子氮化比较

气体软氮化虽然不用氰化物作原料，但反应产物中仍然含有剧毒的氰化氢气体。例如，由氨气和吸热式气体构成的软氮化气氛中，氰化氢含量高达620×10-6，即使在气体排放口点燃也达不到排放标准。因此气体软氮化并非无公害。

国外对盐浴软氮化与气体软氮化及离子氮化技术进行了严格的磨损试验，其结果是盐浴渗氮的耐磨性最好，最稳定，而气体软氮化及离子氮化质量不稳定，耐磨性高低相差很多。QPQ技术不仅耐磨性比气体软氮化和离子氮化高，抗蚀性更是气体软氮化和离子氮化无法与之相比的。

3、与渗碳和碳氮共渗比较

工件渗碳淬火以后得到的表面渗层组织为淬火回火状态的含碳马氏体，有时含有一定量的Fe3C碳化物。碳氮共渗工件淬火后的表面渗层组织不是单纯的马氏体，其中含有少量的氮，所以耐磨性比渗碳件高。QPQ技术的主体工艺是盐浴渗氮，盐浴渗氮的表面层为氮化物层，含氮的浓度远远高于氮碳共渗，因此QPQ技术的耐磨性比渗碳和碳氮共渗高得多。

采用QPQ处理代替渗碳和碳氮共渗，除了提高耐磨性以外，常常是为了减少工件的变形，当然，有时也为了提高工件的抗蚀性。

4、与高频淬火和整体淬火比较

由于QPQ技术的工艺温度低，在钢的相变点以下，因此与高频淬火和整体淬火相比，工件的变形小得多。高频淬火和整体淬火件改用此技术，除了提高耐磨性外，大都为了解决淬火变形问题。

QPQ技术代替整体淬火的前提条件是处理后工件的整体强度能够达到技术要求，必要时工件可以予先进行正火或调质。对尺寸小于5mm的薄件、小件QPQ处理后整体强度有较大幅度的提高，可以考虑不必进行预先热处理。

5、与电镀抗蚀技术比较

即使碳钢经QPQ处理以后，也具有极高的抗蚀性。QPQ处理后的抗蚀性与铜镍铬三层复合镀处于同一水平，远远高于镀硬铬，镀装饰铬，镀镍。

同时应指出，除镀硬铬以外，一般的电镀防护层不具备高的耐磨性，而QPQ技术赋予金属的耐磨性比普通的硬化技术还高。

常规的镀铬技术存在着严重的环境污染问题,其六价铬离子的公害问题比氰化物的危害还大，并且难以消除。

另外，与电镀技术相比，QPQ技术成本低廉，它的投资成本和能源成本均不到镀硬铬的一半。它的处理成本只有镀硬铬的60％多，低于Cu-Ni-Cr三层复合镀，可以说这是一种物美价廉的抗蚀新技术。

六、QPQ技术的实际应用

QPQ技术适用于各种钢铁材料，包括纯铁、结构钢、工具钢、不锈耐热钢、铸铁及铁基粉末冶金件。可以代替软氮化、离子氮化等表面强化工艺，大量代替高频淬火、渗碳淬火等硬化工艺，大大提高金属表面的耐磨性。可以代替发黑、镀硬铬、镀装饰铬、镀镍等表面防腐技术，大大提高金属表面的抗蚀性，降低生产成本。

1、汽车、摩托车零件的应用

汽车、摩托车是应用QPQ技术最多的行业。在国外汽车的曲轴、凸轮轴、气簧、扭转盘等汽车零件的年处理量由数百万件到数千万件，而气门的处理量竟达3．45亿

件。

本所开发的QPQ技术已向四川、江苏、云南等几家专门生产曲轴的工厂进行了技术转让，并已大量投入生产多年，生产了多种类型曲轴，其中包括五十铃曲轴等国外引进产品。

QPQ技术已在专业气门厂大量用于进气门和排气门的生产，十多年来生产的QPQ处理气门已在国内多家汽车厂大量装机使用。

近年来QPQ技术在汽车活塞环上得到了很好的应用，已有多家活塞环厂用该技术大量处理活塞环，其中包括江苏等中外合资活塞环生产厂。不仅有普通材料的活塞环，还有要求渗层较深的不锈钢活塞环。

QPQ技术用于处理汽车的气弹簧活塞杆也取得了很好的效果。北京、天津、江苏、广西等地已有多家气弹簧活塞杆厂应用了QPQ技术，其中包括中美合资厂，使用效果远远优于镀硬铬的活塞杆。

重庆一家生产摩托车的工厂采用QPQ技术对摩托车连杆的机械加工工艺进行了较大的改革，连杆的内孔加工以镗带磨，大大节约了加工工时，降低了生产成本。生产的大量摩托车连杆，供应全国多家摩托车厂使用。现在又有几家摩托车连杆的生产厂

准备采用这项技术。

某中美合资专业摩托车齿轮生产厂自1992年采用QPQ技术大规模生产以来，产品质量稳定提高，齿轮的耐磨性大幅度提高，啮合噪音大大减少，，已经向全国5家摩托车厂大量供应QPQ处理的摩托车齿轮。

2、纺织机械零件

山西某纺织机械厂从德国引进一种新型的尼龙纺织机械——弹力丝机，其中有一关键件为细长薄壁的热轨，长3.25m；壁厚仅2mm，由0Crl8Nil2Mo2Ti奥氏体不锈钢制成。我所为该厂专门设计制造了坩埚直径700mm，深3.5m的大型成套设备，用这套

大型设备进行处理的热轨完全达到了德国热轨的技术要求，产品外观均匀一致，美观

漂亮，已投产十多年。

江苏某纺织机械厂和山西某机械厂先后从日本引进络筒机。国内有的纺织机械厂采用发黑处理络筒机零件，一周内就开始生锈，抗蚀性与进口件相差甚远。这两家厂采用了QPQ 技术以后，络筒机零件的抗蚀性完全达到了日本引进的络筒机零件的抗蚀

性能水平。

江西某厂从瑞士引进了整套梳棉机，其中大量零件要求高的耐磨性和高的抗蚀性。该厂采用了本所的QPQ技术对多种材料进行了处理，经送瑞士检查，无论是渗层的硬度，还是渗层的深度以及性能方面均达到或超过了国外产品的水平，并投人大量生产。

此外还有罗拉，定子，钢令圈等很多纺织机械零件采用QPQ处理，都得到了很好的效果。

3、机床零件的应用

QPQ技术在机床行业有广泛的用途，其中包括机床丝杠、导轨、轴类零件、摩擦片和机床电器铁心等。

摩擦片采用渗碳法制造废品率高达20％，而且制造工序繁多。大连某厂采用QPQ技术制造摩擦片，大量生产后废品率下降到零，而且处理后不用磨削。

上海某厂从德国引进的机床电器新产品，其铁心为纯铁制造，要求防锈能力极高,该厂曾试验了多种表面防腐方法，均不能使铁心的防锈能力达到德国的技术要

求。采用了QPQ技术大量生产后电器铁心的防锈能力完全达到了德国铁心所要求的抗蚀指标。

4、模具的应用

QPQ技术广泛适用于各类模具，用于提高已热处理模具的使用寿命或直接代替模

湖北某汽车厂用于热挤压耐热钢制的进气门和排气门的模具，由3Cr2W8V钢制造，一副模具只挤压900件气门毛坯，就因产生龟裂而不能再用，QPQ处理后可以挤压2700件气门毛坯，使用寿命相当于处理前的3倍。

国内许多厂家利用QPQ技术处理铝合金压铸模，处理后压铸模的寿命一般都提高2倍以上。国外有报道，用高速钢作压铸模，经QPQ处理后可提高寿命10倍以上。

成都某厂用于制造歌舞厅用的多棱形装饰小灯泡时，原模具采用4Cr13不锈钢淬火后再抛光的工艺，改为40Cr钢进行QPQ处理以后，模具的寿命由2—3天延长到7天左右，并大大降低了模具的生产成本。

成都某厂生产的汽车橡胶油封圈模具，原采用45钢淬火，不能保证模具的尺寸精度和内孔花纹的光洁度，压制不出合格的橡胶油封圈。后来采用45钢先调质，手工刻好所有花纹，再进行QPQ处理。这样生产的橡胶油封圈尺寸精度和内孔光洁度均达到技术要求，并且不再产生粘模现象，模具寿命长，达到了日本进口的水平，已连续生产10多年。

5、刀具的应用

已有江苏，青海，陕西等地多家专业工具厂用该技术处理高速钢钻头，钻头的使用寿命普遍提高2—4倍，而且钻头寿命的分散度(最高钻孔数与最低钻孔数之比)大大降低。不管处理前钻头寿命的分散度有多大，处理后钻头寿命分散度均降到2左右。这说明QPQ技术不仅可以大大提高钻头的寿命，而且对提高钻头质量的稳定性有非常好的作用。

除专业工具厂外，还有一些飞机制造厂、重型机器厂、机车厂、以及各种机器制造厂用这项技术处理各种自用刀具都取得了很好的效果。钻头的寿命普遍提高2—3倍，铣刀寿命提高1—2倍，铰刀寿命提高2倍以上，齿轮滚刀寿命提高1—2倍，拉刀寿命提高4倍。

6、开关零件的应用

开关零件是近几年来采用QPQ技术较多的行业，在江苏，浙江等地已有5家开关厂大量用于生产。多数厂用于低压开关，最近也有的厂家用于处理中高压开关。

空气开关等低压开关中的很多冲压零件经QPQ处理后表面的耐磨性大幅度提高，因而开关的寿命也成倍提高。同时零件的抗蚀性也大幅度提高，因而也大大延缓了开关零件的生绣时间。

有的开关厂用QPQ技术来代替镀锌，也取得了很好的效果。

7、齿轮、蜗杆的应用

成都某厂的建筑用内齿圈，直径达200mm，渗碳淬火后变形大，废品率相当高。该厂从采用了QPQ技术以后，生产的成万件内齿圈没有一件因变形超差而报废，而且用户普遍反映这种齿圈啮合噪音小。

陕西某厂生产的汽车变速器内的1、2挡同步器齿轮，原来热处理变形超差严重，采用QPQ处理后，齿轮变形很小，均在合格范围之内。以后又进行了台架试验，齿轮的各项性能指标均符合技术要求。

成都某厂生产的大型蜗杆，直径为100—150mm，长度为1—1.5m，用退火状态的原材料或调质材料进行机械加工，加工后作QPQ处理。已有两家厂采用该技术连续4—5年生产了大量蜗杆，满足了生产要求。

8、易变形件的应用

微变形是QPQ技术的一大优越性，很多用常规方法难以解决的硬化变形问题，采用这种技术迎刃而解。采用这项技术解决变形问题前面已经介绍了弹力丝机热轨、机床摩擦片、汽车的内齿圈等零件，下面是另一些实例。

(1)印刷线路板的层压夹具

成都某无线电厂从国外引进的印刷线路板热冲设备，其中要求高抗蚀、高耐磨的层压夹具只有极少量备件，急需国产化。该层压夹具为500×460×1.5mm的2Crl3不锈钢薄板，硬化后的不平度要求＜O.5mm，试验了多种冷热机械加工方法，变形均达不到要求。

采用QPQ技术则一次试验成功，表面硬度达到60HRC以上(原要求＞40HRC)，抗蚀性提高10倍以上，变形不平度可以控制在O.5mm以内。层压夹具的性能完全达到了国外样品的水平。

(2)烟机零件．

国内几家烟厂从国外引进的成套卷烟机上有一细长导轨件，尺寸为1370×30×3.5mm,上面有42个定位孔，每个孔距都有严格的公差要求，而且上下两个导轨的42个孔要配对装配。

国外采用电镀金刚石或气相沉积Fe3O4的方法制造，国内尚不可能用这两种技术处理这样长的工件。湖南某厂采用我所的QPQ技术进行试验，经过反复改进，保证了导轨的孔距公差，两片对装也完全合格，耐磨性也满足了生产要求。后来又有几家烟厂也采用了这项技术处理烟机导轨，都取得了很好的效果。

(3)收割器刀片

稻麦收割器刀片要求高耐磨性、较好的韧性和弹性。这种刀片通常由O.75mm厚的65Mn钢板制造，上面布满凸凹不平的锯齿，如用常规的热处理进行淬火，产生的弯曲变形无法压平校正。

收割器刀片采用QPQ技术进行处理，几乎不变形，因此处理后不必校正。而且刀片有极高的耐磨性，良好的韧性和弹性。取得了良好的使用效果

9、尚待开发的用途

QPQ技术虽然在很多行业、很多产上得到了应用，但这只占可能用途的很小的一部分，还有很多领域基本上是空白或很少应用，举例如下。

(1)代替镀铬、镀镍

试验说明普通碳钢经处理后其抗蚀性比镀铬高10倍以上，远远高于镀镍，达到铜一镍一铬复合镀的水平。目前只在代替镀硬铬方面有一些应用，在代替镀装饰铬，镀镍，铜一镍一铬复合镀方面几乎没有应用。今后应该使尽可能多的镀铬件采用QPQ技术来代替，以便大幅度提高产品的抗蚀性、耐磨性、尽量减少由镀铬引起的六价铬的公害问题。用它来代替镀镍则可以大大降低成本，提高抗蚀性。

(2)代替某些不锈钢

根据盐雾试验和露天放置试验，45钢经QPQ处理后其抗蚀性可以达到1Cr13不锈钢的20-_40倍，1Crl8N9Ti不锈钢的4—5倍，同时对盐、碱和弱酸也有很好的抗蚀性。这说明屠碳钢经QPQ处理不仅可以代替不锈钢，而且抗蚀性可以大大提看，也将大大降低成本。这种代替不锈钢的用途在化工、化肥、轻工等方面有着广泛的应用前景。用低碳钢QPQ处理代替1Crl8Ni9Ti不锈钢作浓碱电解槽，已经取得了很好的效果，大大降低了生产成本。

(3)代替某些硬质合金

如将淬火的高速钢进行QPQ处理，其表面硬度可达1500HV(相当于91HPA)。这已达到了硬质合金的硬度，表面具有极高的耐磨性。

有很多耐磨件，表面要求极高的耐磨性时，常常用硬质合金来制造。如果采用淬火高速钢经QPQ处理来代替硬质合金将会大大降低制造成本，特别是在制造重量较大的模具或耐磨件时，节约的费用非常可观。

(4)代替铜作某些耐磨件

对蜗轮、蜗杆、轴承、轴瓦等特殊耐屠件由于性能方面的特殊要求，常常用铜来制造，价格极其昂贵。试验表明，如将45钢与青铜制造的一对摩擦副改成45钢与白口铸铁制造，并实行QPQ处理，则其耐磨性可以成10倍的提高，并大大降低生产成

我们已经成功地用中碳钢作QPQ处理来代替青镉来制造某些蜗轮、蜗杆，使用效果也很好。轴承、轴瓦及其它很多铜制耐磨件都可以试验以碳钢作QPQ处理来代替。这样不仅大大降低成本，还可以提高耐磨性。

汽车零件表面强化新技术——QPQ

盐浴复合处理在国内外的应用

QPQ盐浴复合处理是最新金属盐浴表面强化技术，可以显著提高金属表面的耐磨、耐疲劳和抗蚀性能。该技术的核心—无公害的盐浴配方，由德国底稿沙公司独家垄断、且极为保密。世界各国都从该公司引进技术。

该技术在国外的汽车、机车、工程机械、机床、仪表、照相机、齿轮、工模具等行业广泛应用。汽车行业应用最多。占总用量的60％。

日本每年有6万吨零件采用这项技术。凡乎日本所有汽车厂都采用了这项技术、有的厂原已拥有气体氮化等表面强化设备、仍然引进了这项技术。例如本团公司有五座大型自动化的QPQ盐浴复合处理设备分设于国内外的工厂。本田公司有150多种汽车、摩托车零件采用这项新技术。丰田公司、日产公司每月有100吨汽车零件采用此工艺处理。

美国用该项技术替代汽车进气门、排气门的镀硬铬工艺取得了成功。40Mn钢进气门、21－2N钢排气门与硬质合金轮加压对滚实验、气门失重情况的测量结果，可见QPQ盐浴复合处理气门的耐磨性比镀硬铬气门大约搞1倍，并可以避免

6价铬的公害。

国内东风汽车公司从美国引进的10t柴油车康明斯发动机的进气门、排气门已采用了这种工艺、其产品具有黑色外观、其工艺文件上还注明了工艺方法和渗层技术要求、国外汽车曲轴，从轿车、轻型车到重型车大都采用了这项技术。日本轻型车曲轴的渗层要求：化合物层≥13μm，表面硬度≥ 500HV0.1 。德国对重型车曲轴的渗层要求：化合物层≥12μm，表面硬≥ 300HV10。

上海桑塔纳轿车的合金铸铁凸轮轴采用德国成套技术，也是采用QPQ盐浴复合处理技术，化合物层约为10μm，表面硬度＞600HV0.1 ．

奥地利斯太尔公司采用这项技术处理重型货车驱动桥轮边减速器内齿轮。

国外用这项技术处理的汽车零件还有离合器摩擦片、刹车控制系统的模数飞轮、保险框、轴套、挡风玻璃摇臂、气簧活塞、悬挂支杆活塞、风扇电机轴、座椅滑轨、垂直驱动传动齿轮及螺旋齿轮等各种耐磨、抗蚀件。

根据英国华孚申热处理中心办的杂志1998年的一篇文章介绍，该技术应用成功的实例很多，其中几种典型零件在世界范围内的年处理量为曲轴：230万件；凸轮轴：575万件；气簧：6900万件;气门：34500万件；离合器摩擦片：75

万件。

国内山东潍坊柴油机厂、杭州汽车发动机厂等从德国迪高沙公司引进了这项技术，用于汽车曲轴等零件。

为了打破德国迪高沙公司对这项技术的国际独家垄断局面，成都工具研究所组织了专门课题组，经过大量实验独立开发了成分独特的盐浴配方，其产品渗层性能完全达到迪高沙公司水平，而氮化盐浴中的氮根含量仅为其1／10，因而在无公害方面处于国际领先地位。

序号材料处理方法硬度磨损值（mg）比相对磨损

1 400 r QPQ处理70HV O.2

2 1

2 45 QPQ处理650HV O.36 1.6

3 40Cr 镀硬铬 813HV O.46 2.1

4 40Cr 离子氮化70HRC O.62 2.8

5 20 渗碳淬火63.5HRC 3.12 14

6 40Cr 高频淬火 61HRC 5.1 8 23.7

7 40Cr 常规淬火58HRC 6.46 29.4

由表1可见，40Cr钢QPQ盐浴复合处理后耐磨性为镀硬铬的2.1倍、离子氮化的2.8倍、渗碳淬火的14倍、40Cr钢高频淬火的23.7倍。

在PQ1-6型常温弯曲疲劳试验机上进行试验。试样尺寸φ7.5mm，转速300 r／mi n，应力比R=-1。由实验结果可知，QPQ盐浴复合处理使调质的45钢疲劳极限由405MPa提高到570Mpa，疲劳极限提高40％。

标准盐雾试验结果表明，45钢经QPQ盐浴复合后的抗蚀性比1crl8Ni9Ti不锈钢高5倍、比1Crl3不锈钢高40倍。比镀装饰铬高35倍。比发黑高140倍。

目前，已有200多家工厂使用这项技术处理产品。汽车上应用比较成功的是发动机中几个关键件，如曲轴,进排气门,凸轮轴等。

曲轴：对45钢调质曲轴进行QPQ盐浴复合处理，化合物层大于1 5μm(五十铃曲轴≥13 μm)、表面硬度达到600HV0.1 以上(五十铃曲轴≥500HV0.1)，超过了日本五十铃曲轴的技术要求。几年来处理过的多批曲轴，其中有铸铁曲轴和日本毛坯加工的曲轴，用户反映良好。该技术已向四川省内燃机配件总厂进行了技术转让，用于汽车曲轴的生产。

进、排气门：主要是4Cr9Si2钢制进气门和5Cr21Mn9Ni4N制排气门，在克服了不锈钢表面钝化膜阻碍氮化等技术困难以后，渗层深度、表面硬度都达到了技术要求。该技术已向湖北气门厂进行了技术转让，该厂生产的气门已大量用于重庆长安等车型，并拟代替二汽从美国引进的康明斯发动机气门。

凸轮轴：该技术用于上海桑塔纳轿车合金铸铁凸轮轴、渗层深度、表面硬度超过了图纸要求，外观和防锈性能更好。重庆四沅凸轮轴厂的45钢凸轮轴，已进行了多批实验，渗层指标均达到要求，台架实验初步表明，在耐磨性方面远胜于常规热处理方法，该厂准备完成台架试验后，即正式采用这项新技术。

工模具、量卡具：二汽等汽车厂采用该项技术先后多批量处理汽车用工模具卡具，一般刀具提高寿命1.3倍、拉刀提高寿命4倍、气门挤压模寿命提高3倍、化油器铝合金压铸模提高寿命2倍。同时，在量具、卡规等方面也很适用。

5.微弧氧化

微弧氧化适用于铝，钛，镁等阀金属，是在电解液中进行的电化学反应，反应机理至今仍有争议。处理后，表面形成陶瓷层，具有耐磨耐蚀等性能

6.淬火

首先，奥氏体，是碳溶解在贝塔-Fe中所形成的间隙固溶体，奥氏体在达到临界温度以上时才能形成，由于贝塔-Fe晶格间的间隙较大，所以奥氏体的溶碳能力更强，所以在进行热处理时的钢铁材料必须要达到临界温度以上，获得奥氏体后，才有可能在以后的冷却过程中使奥氏体转变为不同的金相组织。

奥氏体化温度和时间顾名思义就是达到奥氏体所需要的条件了。

由于奥氏体在不同的冷却速度和时间的影响下会获得不同的金相组织，如：珠光体，贝氏体，莱氏体，索氏体，马氏体等，各种组织的机构和性能是不同的，所以我们在需要获得某种氏体时就要采取不同的冷却速度，而要避开其他组织的转变温度，所以就要对冷却介质的温度进行控制，让奥氏体在这个温度中进行充分的转变，这种工艺叫做等温淬火。

通常等温淬火的目的是要获得贝氏体，所以这种工艺也被称为贝氏体等温淬火。

热处理中高频淬火、中频淬火、低频淬火的区别

频率有区别，高频250-300kHz,中频是2500-8000Hz，你说的低频应该是工频吧，因为只有工频淬火，工频就是50Hz,频率越高的话，加热时间越短，也就意味着效率比较高，但淬硬层就薄。高频一般有0.5到2毫米,中频一般有2到10毫米,工频大概10到15毫米.各适用与不同尺寸的和不同淬硬层的工件

真空淬火油和普通淬火油的区别

真空淬火油基础油饱和蒸气压低，一般淬火油没有要求。同时真空淬火油看氧化性，冷却性能均要求高。建议真空炉选用真空淬火油。

介质油淬火后为何难镀锌

淬火时如果介质是水，镀锌容易上锌；但是客户要求淬火时如果介质是介质油，但是这样镀锌就难上锌，望有哪位高手指点迷津。

镀锌时，都要对金属表面进行除污处理，尤其是用油作为热处理的冷却介质。用水作为冷却介质时，高温已经将油污烧掉了，所以在镀锌时就容易挂上锌，而用油作为冷却介质时，油污会粘在零件的表面，如果不除去的话，就会镀不上锌的。所以，要在镀锌前用碱或者酸（强酸）对零件的表面进行清洗。

7.去氢处理

去氢处理，也称除氢处理，一般对钢铁而言，不过有时钛也可处理，还需要根据材料的热处理状态来规定去氢规范，一般对电镀前后必须进行工序，特别是对高强度高硬度的零件在电镀工艺中。

氢脆的原理与预防

在任何电镀溶液中,由于水分子的离解,总或多或少地存在一定数量的氢离子。因此,电镀过程中,在阴极析出金属(主反应)的同时,伴有氢气的析出(副反应)。析氢的影响是多方面的,其中最主要的是氢脆。氢脆是表面处理中最严重的质量隐患之一,析氢严重的零件在使用过程中就可能断裂,造成严重的事故。表面处理技术人员必须掌握避免和消除氢脆的技术,氢脆的影响降低到最低限度。

一、氢脆

1氢脆现象

氢脆通常表现为应力作用下的延迟断裂现象。曾经出现过汽车弹簧、垫圈、螺钉、片簧等镀锌件,在装配之后数小时内陆续发生断裂,断裂比例达40%～50%。某特种产品镀镉件在使用过程中曾出现过批量裂纹断裂,曾组织过全国性攻关,制订严格的去氢工艺。另外,有一些氢脆并不表现为延迟断裂现象,例如:电镀挂具(钢丝、铜丝)由于经多次电镀和酸洗退镀,渗氢较严重,在使用中经常出现一折便发生脆断的现象;猎枪精锻用的芯棒,经多次镀铬之后,堕地断裂;有的淬火零件(内应力大)在酸洗时便产生裂纹。这些零件渗氢严重,无需外加应力就产生裂纹,再也无法用去氢来恢复原有的韧性。

2 氢脆机理

延迟断裂现象的产生是由于零件内部的氢向应力集中的部位扩散聚集,应力集中部位的金属缺陷多(原子点阵错位、空穴等)。氢扩散到这些缺陷处,氢原子变成氢分子,产生巨大的压力,这个压力与材料内部的残留应力及材料受的外加应力,组成一个合力,当这合力超过材料的屈服强度,就会导致断裂发生。氢脆既然与氢原子的扩散有关,扩散是需要时间的,扩散的速度与浓差梯度、温度和材料种类有关。因此,氢脆通常表现为延迟断裂。

氢原子具有最小的原子半径,容易在钢、铜等金属中扩散,而在镉、锡、锌及其合金中氢的扩散比较困难。镀镉层是最难扩散的,镀镉时产生的氢,最初停留在镀层中和镀层下的金属表层,很难向外扩散,去氢特别困难。经过一段时间后,氢扩散到金属内部,特别是进入金属内部缺陷处的氢,就很难扩散出来。常温下氢的扩散速度相当缓慢,所以需要即时加热去氢。温度升高,增加氢在钢中的溶解度,过高的温度会降低材料的硬度,所以镀前去应力和镀后去氢的温度选择,必须考虑不致于降低材料硬度,不得处于某些钢材的脆性回火温度,不破坏镀层本身的性能。

二、避免和消除的措施

1减少金属中渗氢的数量

在除锈和氧化皮时,尽量采用吹砂除锈,若采用酸洗,需在酸洗液中添加若丁等缓蚀剂;在除油时,采用化学除油、清洗剂或溶剂除油,渗氢量较少,若采用电化学除油,先阴极后阳极;在电镀时,碱性镀液或高电流效率的镀液渗氢量较少。

2采用低氢扩散性和低氢溶解度的镀涂层

一般认为,在电镀Ｃｒ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｂ时,渗入钢件的氢容易残留下来,而Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ等金属镀层具有低氢扩散性和低氢溶解度,渗氢较少。在满足产品技术条件要求的情况下,可采用不会造成渗氢的涂层,如机械镀锌可以,不会发生氢脆,耐蚀性高,附着力好,厚5～100μｍ，成本低。

3镀前去应力和镀后去氢以消除氢脆隐患

若零件经淬火、焊接等工序后内部残留应力较大,镀前应进行回火处理,减少发生严重渗氢的隐患。

对电镀过程中渗氢较多的零件原则上应尽快去氢,因为镀层中的氢和表层基体金属中的氢在向钢基体内部扩散,其数量随时间的延长而增加。新的国际标准草案规定"最好在镀后1ｈ内,但不迟于3ｈ,进行去氢处理"。国内也有相应的标准,对电镀锌前、后的去氢处理作了规定。电镀后去氢处理工艺广泛采用加热烘烤,常用的烘烤温度为150～300°Ｃ,保温2～24ｈ。具体的处理温度和时间应根据零件大小、强度、镀层性质和电镀时间的长短而定。去氢处理常在烘箱内进行。镀锌零件的去氢处理温度为110～220°Ｃ,温度控制的高低应根椐基体材料而定。对于弹性材料、0.5ｍｍ以下的薄壁件及机械强度要求较高的钢铁零件,镀锌后必须进行去氢处理。为了防止"镉脆",镀镉零件的去氢处理温度不能太高,通常为180～200°Ｃ。

三、应注意的问题

材料强度越大,其氢脆敏感性也越大,这是表面处理技术人员在编制电镀工艺规范时必须明确的基本概念。国际标准要求抗拉强度σｂ>105ｋｇ/ｍｍ2的钢材,要进行相应的镀前

去应力和镀后去氢处理。法国航空工业对屈服强度σｓ>90ｋｇ/ｍｍ2的钢件就要求作相应去氢处理。

由于钢材强度与硬度有很好的对应关系,因此,用材料硬度来判断材料氢脆敏感比用强度来判断更为直观、方便。因为一份完善的产品图和机加工工艺都应标注钢材硬度。在电镀中我们发现钢的硬度在ＨＲＣ38左右时开始呈现氢脆断裂的危险。对高于ＨＲＣ43的零件,镀后应考虑去氢处理。硬度为ＨＲＣ60左右时,在表面处理之后必须立即进行去氢处理,否则在几小时之内钢件会开裂。

除了钢材硬度外,还应综合考虑以下几点：

(1)零件的使用安全系数:安全重要性大的零件,应加强去氢;(2)零件的几何形状:带有容易产生应力集中的缺口,小Ｒ等的零件应加强去氢;(3)零件的截面积:细小的弹簧钢丝、较薄的片簧极易被氢饱和,应加强去氢;(4)零件的渗氢程度:在表面处理中产生氢多、处理时间长的零件,应加强去氢;(5)镀层种类:如镀镉层会严重阻挡氢向外扩散,所以要加强去氢;(6)零件使用中的受力性质:当零件受到高的张应力时应加强去氢,只受压应力时不会产生氢脆;(7)零件的表面加工状态:对冷弯、拉伸、冷扎弯形、淬火、焊接等内部残留应力大的零件,不仅镀后要加强去氢,而且镀前要去应力;(8)零件的历史情况:对过去生产中发生过氢脆的零件应特别加以注意,并作好相关记录。

在电镀过程中,零部件渗氢的现象是非常普遍的,表面处理技术人员在编制镀前去应力和镀后去氢工艺时,不能照搬相关标准,应根据零件性质和使用条件灵活制订,否则会使生产成本大大增加,生产管理非常困难。

8.铝合金的表面处理

1 铝合金的电镀工艺

由于铝及其合金本身的化学物理特性，使铝件上的电镀比钢铁基材上施镀要困难得多，必须进行一些特殊的处理。下面是某厂的汽车铝合金轮毂的电镀工艺流程：抛光→喷丸（选择性）→超声波除腊→水洗→碱蚀除油→水洗→酸蚀（出光）→水洗→浸锌（Ⅰ）→水洗→退锌→水洗→浸锌（Ⅱ）→水洗→电镀暗镍→水洗→酸性亮铜→水洗→抛光→超声波除腊→水洗→阴极电解除油→水洗→活化→水洗→半光亮镍→高硫镍→光亮镍→镍封→水洗→镀铬→水洗

2 铝合金的化学镀工艺

铝合金化学镀镍以它优良的性能越来越为生产厂家所接受。化学镀镍也是我们通常说的镀镍磷。铝合金表面（电脑散热片、硬盘等）采用如下工艺：

常温化学脱脂→流水清洗×２→热脱脂→流水清洗×２→碱蚀→流水清洗×３→酸洗→流水清洗×２→一次浸锌→流水清洗×２→20％硝酸→流水清洗×3→二次浸锌→流水清洗×3→（1-5％）氨水预浸→预镀化学镍→流水清洗×２→纯水洗→中磷光亮化学镍或高磷光亮化学镍→流水清洗×３→钝化→流水清洗×３→吹干→烘干→检验→包装半导体器件等电子元部件表面的铝基体由于焊接的需要，往往要求化学镀镍和化学镀金，其工艺流程如下：

除油→碱蚀→出光→第一次浸锌→退锌→预处理液→第二次浸锌→化学镀镍→酸洗→预浸→化学镀金→后处理

铝合金的微弧氧化

微弧氧化是普通阳极氧化的技术延伸，这是电化学过程与物理放电过程共同作用的结

果，是一种新的表面处理技术。西安理工大学研制的铝、镁合金微弧氧化设备已投入产业化运行，其处理成本仅相当于硬质阳极氧化和电镀硬铬的1/3～1/4。

微弧氧化突破了传统阳极氧化的电压局限，利用高压放电产生的等离子体强化作用在基体表面获得硬度可达3000HV、最大厚度200～300μm、绝缘电阻>100MΩ、与基体冶金结合的陶瓷层。微弧氧化技术处理工艺简单，对环境无污染，处理工件能力强，而且大幅度提高了铝及其合金的性能，达到了第二代工程材料（金属）和第三代工程材料（陶瓷）的完美结合，是一项很有发展前途的轻合金表面处理技术。

我国的研究人员对材料为ZL108的小型发动机缸体进行微弧氧化处理，时间30min。铝合金缸体内表面经微弧氧化处理后形成的陶瓷层主要由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成，显微硬度>1000HV，陶瓷质的特性决定了其优良的抗腐蚀性和耐磨性。缸体在油润滑条件下磨损50h后，铝合金微弧氧化陶瓷层的磨损失重低于电镀硬铬层和磷钒铜铸铁。

铝合金的激光熔覆技术

激光熔覆是通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面一起熔凝的方法，在基材表面形成与其为冶金结合的熔覆层。

激光熔覆按熔覆材料的供给方式可以分为两大类，即：预置涂层法和同步送粉法。影响铝合金激光熔覆的工艺参数主要包括：激光功率、扫描速度、光斑直径、涂层厚度（预置法）或送粉速率（同步法）。目前，用于铝合金激光熔覆处理的粉末类型主要有Ni基、Cu基、陶瓷粉末等。

在我国，铝合金表面激光熔覆技术目前已成为极活跃的研究领域，某些方面取得了一定进展并进入实际应用阶段。我国的航天航空和汽车工业正处于发展阶段，尤其是汽车有着广阔的市场。因此，铝合金表面激光熔覆技术的开发和应用在我国有着巨大的潜力。

9.表面磷化

磷化只是金属前处理中的一个环节，之前有除油、酸洗、表调等环节，根据工艺要求、成本及磷化液成分，有高温、常温、低温，侵泡、喷淋、刷涂等，磷化前预处理工艺：除油→水洗→酸洗→水洗→-中和→表调→磷化→水洗→干燥。

1、防锈磷化，铁件经磷化处理形成一层磷化膜，起到防锈作用。主要有铁系磷化、锌系磷化、锰系磷化三大品种。

2、耐磨减摩润滑磷化，要求工件能减摩、耐摩。锰系磷化膜具有较高的硬度和热稳定性，能耐磨损，广泛应用于活塞环，轴承支座。在冷加工行业如：接管、拉丝、挤压、深拉延等工序，要求磷化膜提供减摩润滑性能，一般采用锌系磷化，锌系磷化膜皂化后形成润滑性很好的硬脂酸锌层，操作温度比较低，

3 漆前磷化，涂装前的磷化处理，是提高漆膜与金属的附着力，提高涂层的耐腐蚀能力；以免形成二次生锈。

10.钝化处理

钝化是将金属置于亚硝酸盐、硝酸盐、铬酸盐或重铬酸盐溶液中处理，使金属表面生成一层铬酸盐钝化膜的过程。常作为锌、镉镀层的后处理，提高镀层的耐蚀性；有色金属的防护；提高漆膜的附着力等。

铁、铝在稀HNO3或稀H2SO4中能很快溶解，但在浓HNO3或浓H2SO4中溶解现象几乎完全停止了，碳钢通常很容易生锈，若在钢中加入适量的Ni、Cr，就成为不锈钢了。

金属或合金受一些因素影响，化学稳定性明显增强的现象，称为钝化。由某些钝化剂（化学药品）所引起的金属钝化现象，称为化学钝化。如浓HNO3、浓H2SO4、HClO3、K2Cr2O7、KMnO4等氧化剂都可使金属钝化。金属钝化后，其电极电势向正方向移动，使其失去了原有的特性，如钝化了的铁在铜盐中不能将铜置换出。此外，用电化学方法也可使金属钝化，如将Fe置于H2SO4溶液中作为阳极，用外加电流使阳极极化，采用一定仪器使铁电位升高一定程度，Fe就钝化了。由阳极极化引起的金属钝化现象，叫阳极钝化或电化学钝化。

金属处于钝化状态能保护金属防止腐蚀，但有时为了保证金属能正常参与反应而溶解，又必须防止钝化，如电镀和化学电源等。

金属是如何钝化的呢？其钝化机理是怎样的？首先要清楚，钝化现象是金属相和溶液相所引起的，还是由界面现象所引起的。有人曾研究过机械性刮磨对处在钝化状态的金属的影响。实验表明，测量时不断刮磨金属表面，则金属的电势剧烈向负方向移动，也就是修整金属表面可引起处在钝态金属的活化。即证明钝化现象是一种界面现象。它是在一定条件下，金属与介质相互接触的界面上发生变化的。电化学钝化是阳极极化时，金属的电位发生变化而在电极表面上形成金属氧化物或盐类。这些物质紧密地覆盖在金属表面上成为钝化膜而导致金属钝化，化学钝化则是像浓HNO3等氧化剂直接对金属的作用而在表面形成氧化膜，或加入易钝化的金属如Cr、Ni等而引起的。化学钝化时，加入的氧化剂浓度还不应小于某一临界值，不然不但不会导致钝态，反将引起金属更快的溶解。

金属表面的钝化膜是什么结构，是独立相膜还是吸附性膜呢？目前主要有两种学说，即成相膜理论和吸附理论。成相膜理论认为，当金属溶解时，处在钝化条件下，在表面生成紧密的、复盖性良好的固态物质，这种物质形成独立的相，称为钝化膜或称成相膜，此膜将金属表面和溶液机械地隔离开，使金属的溶解速度大大降低，而呈钝态。实验证据是在某些钝化的金属表面上，可看到成相膜的存在，并能测其厚度和组成。如采用某种能够溶解金属而与氧化膜不起作用的试剂，小心地溶解除去膜下的金属，就可分离出能看见的钝化膜，钝化膜是怎样形成的？当金属阳极溶解时，其周围附近的溶液层成分发生了变化。一方面，溶解下来的金属离子因扩散速度不够快（溶解速度快）而有所积累。另一方面，界面层中的氢离子也要向阴极迁移，溶液中的负离子（包括OH-）向阳极迁移。结果，阳极附近有OH-离子和其他负离子富集。随着电解反应的延续，处于紧邻阳极界面的溶液层中，电解质浓度有可能发展到饱和或过饱和状态。于是，溶度积较小的金属氢氧化物或某种盐类就要沉积在金属表面并形成一层不溶性膜，这膜往往很疏松，它还不足以直接导致金属的钝化，而只能阻碍金属的溶解，但电极表面被它覆盖了，溶液和金属的接触面积大为缩小。于是，就要增大电极的电流密度，电极的电位会变得更正。这就有可能引起OH-离子在电极上放电，其产物（如OH-）又和电极表面上的金属原子反应而生成钝化膜。分析得知大多数钝化膜由金属氧化物组成（如铁之Fe2O3），但少数也有由氢氧化物、铬酸盐、磷酸盐、硅酸盐及难溶硫酸盐和氯化物等组成。

吸附理论认为，金属表面并不需要形成固态产物膜才钝化，而只要表面或部分表面形成一层氧或含氧粒子（如O2-或OH-）的吸附层也就足以引起钝化了。这吸附层虽只有单分子层厚薄，但由于氧在金属表面上的吸附，改变了金属与溶液的界面结构，使电极反应的活化能升高，金属表面反应能力下降而钝化。此理论主要实验依据是测量界面电容和使某些金属钝化所需电量。实验结果表明，不需形成成相膜也可使一些金属钝化。

两种钝化理论都能较好地解释部分实验事实，但又都有成功和不足之处。金属钝化膜确具有成相膜结构，但同时也存在着单分子层的吸附性膜。目前尚不清楚在什么条件下形成成相膜，在什么条件下形成吸附膜。两种理论相互结合还缺乏直接的实验证据，因而钝化理论还有待深入地研究

钝化

1. 概述

铬酸盐处理是指使金属表面转化成以铬酸盐为主要组成的膜的一种工艺方法，又称钝化。金属进行铬酸盐处理的目的如下：

①提高金属或金属镀层的抗腐蚀性能。对金属镀层来说，在其上的铬酸盐膜不但可以延缓镀层出现腐蚀的时间，而且使镀层对基底金属做到更有效的防护。

②避免金属表面受到手触污染。

③提高金属同漆层或其他有机涂料的粘附能力。

④获得带色的装饰外观。

2 .基本原理

按照一般的见解，金属在含有能起活作用的添加物的铬酸盐溶液中形成铬酸盐转化膜的过程，大致是：

①表面金属被氧化并以离子的形式转入溶液，与此同时氢在表面上析出；

②所析出的氢促使一定数量的六价铬还原为铬，并由于金属-溶液界面液相区pH的提高，三价铬便以氢氧化铬胶体的形式沉淀；

③氢氧化铬胶体自溶液中吸附和结合一定数量的六价铬，构成具有某种组成的转化膜。

3. 膜的结构和性质

铬酸盐处理的成膜机理至今还众说纷纭，对铬酸盐膜的化学组成和结构，有许多的报道，尤其随溶液和工艺差异而不同，一般讲的铬酸盐转化膜的主要成分是三价铬和六价铬[Cr2O3·CrO4·nH2O、Cr(OH)CrO4、Cr(OH)3·Cr2(CrO4)3]

4. 钝化工艺技术

①锌镉钝化工艺

②镁合金钝化工艺

③铝及铝合金钝化工艺

铝及其合金进行铬酸盐处理可以在其上获得与阳极化完全不同的另一种化学转化膜，其组成如同锌、镉的铬酸盐膜一样，为铬的复杂化合物。处理溶液和工艺参数见下

表

5 . 铜及铜合金钝化工艺

铜及其合金经铬酸盐处理可以得到耐蚀性良好的转化膜。如果把所得的膜再经化学退除，则又可得到光亮的金属表面，即达到抛光的效果。这样的表面抛光方法，其好处在于不需使用像通常铜及其合金在化学抛光时那种含又害气体的高浓度混合。酸与锌、镉的铬酸盐处理不同，铜及其合金在铬酸和硫酸含量较高的混合液中，不能形成可见的膜，只能达到表面清理和浸蚀的目的。但当上述溶液中含有少量氯离子时，铬酸盐膜便可生成，其形成速度视溶液的pH而定。其典型工艺见下表

铜合金钝化处理适用于：

a．本色钝化用于需进行纤焊零件的防护；

b．重铬酸盐钝化用于涂覆油漆的底层或不要求再进行任何处理的零件的防护；

c．仪器、仪表内部零件的防护。

6 .银的钝化工艺

银或银镀层当与含硫或含氯的大气或溶液接触时常会发生表面变色的现象，这不但损害银器饰物的外观，而且特别不利于其在电子、电讯等工业中的应用。防银变色最简便的要算铬酸盐处理。所得到无色透明的薄转化膜，不仅可以提高银的抗变色能力，而且还能够保持银

表面的良好导电性。

11.达克罗

达克罗是DACROMET译音和缩写，简称达克罗、达克锈、迪克龙。国内命名为锌铬涂层，是一种新型的耐腐涂层，与传统的电镀锌相比：锌铬涂层耐腐蚀性能极强，是镀锌的7—10倍，无氢脆性，特别适用于高强度受力件，高耐热性、耐热温度300℃，尤其适用于汽车、摩托车发动机部件的高强度构件，高渗透性、高附着性、高减磨性、高耐气候性、高耐化学品稳定性、无污染性。达克罗技术的基体材料范围：钢铁制品及有色金属如铝、镁及其合金，铜、镍、锌等及其合金。而且涂覆全过程中无污染，在金属表面处理历史上是一场革命，是当今世界上金属表面处理富有代表性的高新技术。

达克罗最早诞生于二十世纪五十年代末，在北美、北欧寒冷的冬天，道路上厚实的冰层严重阻碍机动车的行驶，人们用盐撒在地上的方法来降低凝固点的温度，这样缓解道路畅通问题，但是紧接而来的氯化钾中的氯离子侵蚀了钢铁基体，交通工具严重受损、严峻的课题出现了。美国的科学家迈克·马丁研制了以金属锌片为主同时加入铝片、铬酸、去离子水做溶剂的高分散水溶性涂料，涂料沾在金属基体上，经过全闭路循环涂覆烘烤，形成薄薄的涂层，达克罗涂层成功地抵抗氯离子的侵蚀，防腐技术进入了新的台阶，革新了传统工艺防腐寿命短的缺陷。

二、达克罗的工艺

达克罗被引进中国专有控制技术，整套工艺设备采用全过程闭路循环的涂覆方式，革新了传统涂层防腐工艺，杜绝了传统电镀过程中产生的酸、碱、锌、铬等污水废气的排放及污染运。达克罗是经过脱脂·抛丸·涂覆——固化——冷却——成品的工艺过程，使加工体形成鳞片状锌粉、铝粉及金属铬盐组成的银灰色防腐蚀涂层。在金属表面达克罗膜层形成过程中，挥发的物质几乎全部是经过气化的水份，没有任何污染和公害，在工业发达国家中，已广泛地得到应用逐步替代了污染严重的电镀锌、电镀、热浸镀锌、热喷锌、机械镀锌，锌基合金镀层，氧化、磷化等多种传统的表面处理工艺，从根本上减少了环境污染的发生，达克罗技术引进国后，也得到我国政府的大力支持，被列为1999年国家重点环境保护实用技术推广项目（环发[1999]185号文件，项目编号998030）。

三、达克罗的防腐机理

①锌对基体的受控的电化学保护作用。

②铬酸的钝化作用：通常的钝化仅仅是在待处理的金属表面形成一层极薄的钝化膜，如电镀、热镀，而达克罗溶液中无数微小的锌片与铬酸钝化反应，经涂覆烘烤后，锌片层层叠加，形成了无数层钝化膜。③锌片铝片及复后铬盐涂层的机械屏蔽遮盖保护作用及铝抑制锌的“淘析”作用。

四、达克罗的特点

达克罗是一种先进的，完整的金属表面处理高新技术，它具有其它表面处理所无法比拟的优

势和特点：

1．优越的耐腐蚀性：

末蚀化的镀锌层，盐雾试验时一般10小时腐蚀掉1-3um厚的达克罗处理过的金属表面，进行盐雾试验时100小时才腐蚀掉1um，比传统的金属表面处理耐腐蚀性提高7-10倍，盐雾试验可达1000小时以上，并且有抗二氧化硫的高技术指标，显示出更强的防锈性。

2．优异的耐热腐蚀性：

传统镀锌层在高于70℃的条件下，会出现微小裂纹，在200—300℃的条件下会变色，耐腐蚀性也大大下降。达克罗防腐蚀膜固化温度为300℃，所以表面金属厝即使长置于高温条件下，其外观不变，耐热腐蚀性极好。

3．无氢脆性：

氢脆是传统镀锌工艺无法克服的弊病。达克罗处理过程中不进行任何的酸洗。无酸洗即无所氢离子侵蚀钢铁基体，再加上在高温下固化，所以达克罗涂层绝对没有氢脆的现象。特别运用于抗拉强度Rm＞1000N/sq·mm高强度零件的防腐蚀处理，如：高强度螺栓和弹簧等种类。

4．高渗透性：

经过达克罗处理的金属件，在细微的空隙处也能形成膜，深透性良好的防腐蚀涂层，管状零件内也是有均匀涂上涂层，再加上达克罗溶液是水溶性的，所以它的渗透性很好。（下图为盐雾试验240小时后电镀锌制品和达克罗制品的结果对比。）

5．高附着性：

高温烘烤后形成的锌、铝片及复合盐涂层与钢铁基体有良好的结合力。

6．高耐气候性：

达克罗在一定涂层厚度下可以经受二氧化硫、酸雨、烟尘、粉尘的侵蚀。其耐SO2试验可达3周期。适用于海洋性气候的工件、海轮等。此外还具有一定耐化学药品腐蚀性，在汽油、机油中耐蚀性好。

7．优化了对铝电化学元素腐蚀的防护机能：

一般来说，电极电位不同的两种金属或合金相接触时，就会产生电化学腐蚀、镀锌的防腐蚀机理是金属锌的牺牲腐蚀导致防蚀效果，而达克罗的防腐机理是建立在Cr酸的钝化作用和锌的受控牺牲保护作用上，所以优化了机理，抑制了锌的消耗，从而大幅度提高了防蚀性能的安全性。

8．低摩擦性：

加入润滑剂后的达克罗涂层，经适当处理可以产生0.06—0.12系数的超低摩擦性，经一般处理则产生0.12—0.18系数的中等摩擦性。

9．配合精度好：

一般达克罗涂层可以控制在6—8um之间，因此紧固体的配合精度可以符合6g/6n的精度要求。

10．优美的亚兴银灰色涂膜外观：

经过达克罗工艺技术处理的工件，零件或产品的金属表面是亚光银灰色、漂亮、大方。而且达克罗涂复表面对油漆、涂料的附着力强，可以在达克罗涂复面进行再涂装，形成各种各样的色彩。

五、使用达克罗的必然性、必要性和效益分析

1. 由于电镀不仅对大气、土地、水源造成严重污染，对操作工人也危害很大。国家已三令五申尽快，需要出台新的绿色产业来取而代之。所以电镀行业的灭亡是必然结果，而电镀件转用达克罗也是必然的，达克罗生产过程中，没有任何污染，是国家鼓励发展的真正的绿色工业。

2. 各种金属表面涂层使用达克罗技术，也是必要的。一是因为原电镀件防蚀性差，易生锈；防热腐蚀性差，易变形；涂层表面稳定性差，易氢脆；二是因为达克罗技术克服了电镀的这些缺点，可以做到十年以上不生锈，可以适应用户的要求，适应出口产品的要求。

3. 对于个别要求高的零件，如汽车、摩托车、航天航空，公路桥梁、电器电子等要求高的零件，电镀技术是无法满足的，只能用达克罗技术才能解决，这是电镀无法比拟的。

达克罗技术的产生，是当今世界金属表面处理的高新技术，被专家们誉为国际金属表面处理行业中具有划时代意义的革命性产品和绿色工程。她将切实为国内外各行各业服务

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