在QPQ处理过程中，在预热和氧化过程中只能形成氧化膜，在氮化过程中可以形成深而复杂的渗层。

工件浸入氮化盐浴后，氰酸盐分解产生的N、C原子可以在工件表面形成较高的N电位和C电位。n原子的半径只有Fe原子的一半，而c原子的半径更小，所以n和c原子可以在Fe原子的晶格间隙中扩散。

在QPQ处理的氮化温度(510-580℃)下，工件表面的高浓度N、C原子向内部扩散，先形成在α-Fe中的固溶体。随着表面原子浓度的提高，逐渐形成γ′(Fe4N)化合物和ε(Fe2-3N)化合物。由工件表面向中心形成N、C的浓度梯度。渗层组织为化合物层ε相、ε相+γ′相、γ′相，化合物层以下是N在α-Fe中的固溶体，形成扩散层。

因此，齿轮表面处理后的工件渗层组织由三层构成：外表为氧化膜;中间为化合物层;向内为扩散层。其中以化合物层重要，其主要组成为Fe2-3N，它是提高耐磨性的可靠保证，同时它的抗蚀性也很好。

氧化膜的主要作用是与化合物一起构成极好的抗蚀层。同时它处于多孔状态，可以储油，减少摩擦，对提高耐磨性有利，同时还有美化外观的作用。扩散层主要作用是提高工件的疲劳强度，对增加细薄件的整体强度和弹性也有很大的作用。