青岛丰东热处理有限公司和青岛科技大学产学研合作，成功地完成了软氮化+后氧化复合处理（简称FD-NCO技术）的设备与工艺的研发，现在这项技术已实现批量化生产。

1.  FD-NCO处理设备

图1是丰东研制的软氮化+后氧化复合处理设备示意图。该设备是由预抽真空井式电阻炉、离子轰击电源、控温系统、真空系统、供气系统、炉内气体分析与控制系统、气体内循环风机和计算机自动控制系统等组成。

前期研究证明，软氮化+后氧化复合处理最好是在一套处理设备内完成。FD-NCO处理设备实际上是一套离子—气体复合的化学热处理设备。在处理过程中，炉内气体循环风机可以起到搅拌炉内气体和均温的作用，对处理工件表面渗氮层和氧化膜的均匀性起到重要的作用。离子轰击电源采用离子渗氮设备的脉冲电源，最高输出直流电压1000V，脉冲频率20KHz。软氮化后，采用高电压、小占空比的轰击溅射工艺，目的是净化并活化渗氮工件表面，以提高后续氧化时氧化膜与渗氮层之间的结合强度。在整个FD-NCO处理过程中，全部采用计算机自动控制，可以做到无人值守。

2.  FD-NCO 处理的组织和性能

图2是经FD-NCO处理后试样横截面的金相照片，从照片可以看出，复合渗层从外到里是由氧化膜→疏松层→白亮层→扩散层→基体等几部分组成。

图3的XRD分析结果表明，表面氧化膜是Fe3O4，白亮层是Fe2-3N（ε相），扩散层为Fe4N。

试验发现，白亮层的致密度对复合渗层的耐蚀性起到关键性作用，是复合渗层能否通过盐雾试验的关键因素。从复合渗层横截面的电镜照片可以看出（见图4），经FD-NCO处理的白亮层即使在高倍下观察也是致密的。

图5是FD-NCO复合渗层横截面的硬度梯度，基体材料为调质态的42CrMo，表面最高硬度为643HV0.5，从图中可以看出，复合渗层深度约为0.3mm，硬度梯度比较缓和。

用FD-NCO工艺处理了汽车球头销，并进行了盐雾试验（图6）。试验结果表明，球头销的盐雾试验最长可达1200小时，超过大众汽车的240小时的标准，也高于国外同类产品的盐雾试验的水平（图7）。

从图6还可以发现，尽管盐雾试验进行了1200小时，但球头销的外观仍为黑亮色。将盐雾试验前后球头销切开进行金相分析比较，发现盐雾试验后的白亮层仅是疏松部分消失，而致密部分的白亮层和氧化膜仍然完好无损（图8）。

在软氮化处理过程中，渗氮层的表层会有一定深度的疏松，降低了渗层的表面硬度，所以渗氮层表面的疏松是评定渗氮质量好坏的标准之一。但是，对于软氮化+后氧化复合处理，保持适当厚度的疏松层对耐蚀性能是有利的，RUBIG公司的PLASOX技术和SULZER公司的IONIT OX技术都强调白亮层内要有一定深度是疏松层，这样可以获得更好的耐蚀性。问题是在QPQ处理过程中，由于高的CNO—等原因，渗层表面的疏松比较严重，对渗层的机械性能产生不良的影响，已成为盐浴软氮化的技术难题之一。而在FD-NCO处理过程中，可以人为地控制疏松层的厚度和致密度，甚至可以做到无疏松层的渗层组织。

3.  FD-NCO技术的应用

空气弹簧中的气门杆是用45钢制造，社会需求量很大。我国已成为世界上气门杆的主要生产国，生产工艺全部采用QPQ技术处理，污染现象十分严重。图9是丰东采用FD-NCO技术处理的气门杆，表面硬度528HV0.1，白亮层厚度20~23μm，盐雾时间可达361h。

石油钻井的钻具接头工作环境比较恶劣，要求表面有一定的耐磨性和耐蚀性，原采用QPQ工艺处理，由于用QPQ处理的白亮层表面疏松比较严重，影响到接头的使用寿命，而且螺纹处的残留盐也比较难清理，因此产品外观和性能均不能达到客户要求。改用了丰东FD-NCO技术处理，处理完不需要进行清洗，外表面是赏心悦目的亮黑色（见图10），同时具有极好的耐磨性和耐蚀性，满足了客户的需求。

石油压裂车上的阀座重达2.5吨，阀座的密封面要承受着高压的压裂液冲刷和腐蚀，对密封面的密封性影响很大。另外，石油压裂车常年在野外作业，工作条件十分恶劣，国外石油压裂车上的阀座都是经过软氮化+后氧化复合处理的。我国之前没有软氮化+后氧化复合处理技术，QPQ技术又难以处理体积这么庞大的零件，其它表面技术，如镀硬铬，又难以满足使用要求，所以我国石油压裂车上的阀座使用寿命一直是个技术难题。丰东利用FD-NCO技术对国产石油压裂车阀座进行了表面处理（图11），技术指标完全达到了客户的要求。

4.结论

青岛丰东热处理公司软氮化+后氧化复合处理技术（FD-NCO）可以在结构钢制造的机械零部件表面形成十余微米厚的白亮层（ε相）和1~2微米厚的Fe3O4膜，使机械零部件表面同时具有优良的耐磨性能和耐蚀性能。该技术完全可以取代QPQ技术，处理过程中对环境无污染，处理质量优于QPQ技术。