由于CVD法處(chu)理(li)溫(wen)度太高，零(ling)件基(ji)體需承受(shou)相當高的沉(chen)積(ji)溫(wen)度，易產(chan)生(sheng)變形和基(ji)體組織變化，導致(zhi)其力學性能降(jiang)低，需在CVD沉(chen)積(ji)后進行熱處(chu)理(li)，增大了生(sheng)產(chan)成本，因(yin)此在應(ying)用上受(shou)到一定的限制。
PVD以各種物理(li)方法產生的原子或(huo)分子沉(chen)積在基材上形成外(wai)加(jia)覆蓋層，工(gong)件沉(chen)積溫度(du)一般不(bu)超過600℃。不(bu)銹(xiu)鋼沉(chen)積后通常都無(wu)需進(jin)行熱處理(li)，因(yin)而(er)其應(ying)用比化學氣(qi)相(xiang)沉(chen)積廣。
物理氣相沉積可分為真空蒸鍍(du)、陰極濺射和離子鍍(du)三類。與CVD法相比，PVD的(de)(de)主要優點是(shi)處理溫度較(jiao)低、沉積速度較(jiao)快(kuai)、無公害等，因而有很(hen)高的(de)(de)實(shi)用價(jia)值；其(qi)不(bu)足之處是(shi)沉積層與工(gong)件的(de)(de)結合力較(jiao)小，鍍(du)層的(de)(de)均勻性稍差。此外，它(ta)的(de)(de)設備造價(jia)高，操作、維護的(de)(de)技術要求也較(jiao)高。
一(yi)、真空蒸鍍
在(zai)高真(zhen)空中使金屬、合金或化合物(wu)蒸(zheng)發，然后凝聚(ju)在(zai)基體(ti)表面的方法(fa)叫作真(zhen)空蒸(zheng)鍍(du)。真(zhen)空蒸(zheng)鍍(du)裝置見圖3-14。
被(bei)沉(chen)積(ji)(ji)的(de)材(cai)料（如TiC）置(zhi)于裝有(you)加熱(re)系(xi)統的(de)坩(gan)堝中，被(bei)鍍基體置(zhi)于蒸發源前面。當真空度達到0.13Pa時(shi)，加熱(re)坩(gan)堝使(shi)材(cai)料蒸發，所產生的(de)蒸氣(qi)以凝集的(de)形式(shi)沉(chen)積(ji)(ji)在(zai)物體上(shang)形成涂(tu)層。
基(ji)板(ban)入槽前要進行充分(fen)的(de)清洗(xi)，在蒸鍍時，一(yi)般(ban)在基(ji)板(ban)背面(mian)設置一(yi)個加熱器，使(shi)基(ji)板(ban)保持適(shi)當溫度(du)，使(shi)鍍層和基(ji)層之(zhi)間形成(cheng)薄的(de)擴(kuo)散層，以增大結合力。
蒸發用熱源(yuan)主要(yao)分三類：電(dian)阻加(jia)熱源(yuan)、電(dian)子束加(jia)熱源(yuan)和(he)高頻感(gan)應(ying)加(jia)熱源(yuan)。最(zui)近還采用了激光蒸鍍(du)(du)法和(he)離子蒸鍍(du)(du)法。
蒸鍍過程(cheng)：
a. 首先對(dui)真空裝置及(ji)被鍍零件進行處理(li)，去(qu)掉污物、灰塵和油漬等。
b. 把(ba)清洗過的(de)零件裝入鍍槽的(de)支架上。
c. 補足蒸發物質。
d. 抽真空(kong)，先用回轉泵(beng)抽至13.3Pa，再用擴散(san)泵(beng)抽至133×10-6Pa。
e. 在(zai)高(gao)真(zhen)空下對零件加(jia)熱，目的是去除水分（150℃）和增加(jia)結合力(300~400℃)。
f. 對(dui)蒸(zheng)鍍通(tong)電(dian)加熱，達到厚(hou)度(du)后停電(dian)。
g. 停鍍后，需在真空條(tiao)件下(xia)放置15～30min，使(shi)之(zhi)冷卻到(dao)100℃左右。
h. 關閉(bi)真空閥(fa)，導(dao)入空氣，取出模具。
二、陰極濺射
陰極濺射即用荷能粒子轟擊某一靶材（陰極），使靶材表面的原子以一定能量逸出，然后在(zai)表面沉(chen)積的過程。
濺射過程：用(yong)沉(chen)積的材料（如TiC）作陰極靶，并接入1～3kV的直流負(fu)高壓，
在(zai)真空室內通入壓力為0.133～13.3Pa的(de)氬(ya)氣（作為工作氣體）。在(zai)電(dian)場(chang)的(de)作用(yong)下，氬(ya)氣電(dian)離后(hou)產生的(de)氬(ya)離子(zi)轟擊陰(yin)極(ji)靶面，濺射(she)出的(de)靶材(cai)原子(zi)或分(fen)子(zi)以(yi)一定的(de)速度落在(zai)工件(jian)(jian)表面產生沉積(ji)，并使工件(jian)(jian)受熱。濺射(she)時工件(jian)(jian)的(de)溫度可達500℃左右。圖(tu)3-15是陰(yin)極(ji)濺射(she)系統簡(jian)圖(tu)。
當(dang)接通(tong)高壓電(dian)(dian)(dian)源時，陰(yin)極(ji)(ji)(ji)發(fa)出(chu)的(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)在(zai)電(dian)(dian)(dian)場的(de)作用下會跑向(xiang)陽(yang)(yang)(yang)極(ji)(ji)(ji)，速度在(zai)電(dian)(dian)(dian)場中不(bu)斷增加(jia)。剛離開陰(yin)極(ji)(ji)(ji)的(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)能量(liang)(liang)很低，不(bu)足以引(yin)起(qi)氣體原子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)變化，所以附近為暗(an)(an)區(qu)(qu)。在(zai)稍遠的(de)位置，當(dang)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)能力足以使氣體原子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)激發(fa)時就(jiu)產生(sheng)(sheng)輝(hui)(hui)光，形成陰(yin)極(ji)(ji)(ji)輝(hui)(hui)光區(qu)(qu)。越過(guo)這一區(qu)(qu)域，電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)能量(liang)(liang)進一步增加(jia)，就(jiu)會引(yin)起(qi)氣體原子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)電(dian)(dian)(dian)離，從而產生(sheng)(sheng)大(da)量(liang)(liang)的(de)離子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)與(yu)低速電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)。此(ci)(ci)過(guo)程(cheng)不(bu)發(fa)光，這一區(qu)(qu)域為陰(yin)極(ji)(ji)(ji)暗(an)(an)區(qu)(qu)。低速電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)在(zai)此(ci)(ci)后向(xiang)陽(yang)(yang)(yang)極(ji)(ji)(ji)的(de)運動過(guo)程(cheng)中，也會被(bei)加(jia)速激發(fa)氣體原子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)而發(fa)光，形成負(fu)(fu)輝(hui)(hui)光區(qu)(qu)。在(zai)負(fu)(fu)輝(hui)(hui)光區(qu)(qu)和陽(yang)(yang)(yang)極(ji)(ji)(ji)之間，還(huan)有幾(ji)個陰(yin)暗(an)(an)相同的(de)區(qu)(qu)域，但它(ta)們(men)與(yu)濺射(she)離子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)產生(sheng)(sheng)的(de)關系(xi)不(bu)大(da)，只起(qi)導(dao)電(dian)(dian)(dian)作用。
濺(jian)射(she)下來的(de)材(cai)料原子具有10～35eV的(de)功(gong)能(neng)(neng)，比(bi)蒸鍍時的(de)原子動能(neng)(neng)大得(de)多，因而濺(jian)射(she)膜(mo)的(de)結(jie)合力也比(bi)蒸鍍膜(mo)大。
濺射性能取決于所(suo)(suo)用(yong)的氣體、離子的能量及轟(hong)擊(ji)所(suo)(suo)用(yong)的材料(liao)等。離子轟(hong)擊(ji)所(suo)(suo)產生(sheng)的投射作用(yong)可用(yong)于任何類(lei)型的材料(liao)，難熔(rong)材料(liao)W、Ta、C、Mo、WC、TiC、TiN也(ye)能像低熔(rong)點材料(liao)一樣容易被沉積(ji)。濺射出的合金組成(cheng)常常與靶的成(cheng)分相當。
濺(jian)(jian)射(she)(she)的(de)工(gong)藝很多(duo)，如果(guo)按(an)電極(ji)(ji)的(de)構造及其配置方(fang)法(fa)進行分類，具有代表(biao)性的(de)有：二極(ji)(ji)濺(jian)(jian)射(she)(she)、三極(ji)(ji)濺(jian)(jian)射(she)(she)、磁(ci)控(kong)濺(jian)(jian)射(she)(she)、對(dui)置濺(jian)(jian)射(she)(she)、離子(zi)束濺(jian)(jian)射(she)(she)和吸收(shou)濺(jian)(jian)射(she)(she)等。常(chang)用(yong)的(de)是(shi)磁(ci)控(kong)濺(jian)(jian)射(she)(she)，目前已開(kai)發了多(duo)種磁(ci)控(kong)濺(jian)(jian)射(she)(she)裝置。
常(chang)用(yong)的(de)(de)磁(ci)控高(gao)速(su)濺射方(fang)法的(de)(de)工(gong)作(zuo)原理為(wei)：用(yong)氬氣(qi)作(zuo)為(wei)工(gong)作(zuo)氣(qi)體(ti)，充氬氣(qi)后反應室內的(de)(de)壓力(li)為(wei)2.6～1.3Pa，以(yi)欲(yu)沉(chen)積的(de)(de)金屬和化(hua)合物為(wei)靶(ba)（如Ti、TiC、TiN），在(zai)靶(ba)附(fu)(fu)近設(she)(she)置與靶(ba)平(ping)面平(ping)行的(de)(de)磁(ci)場，另在(zai)靶(ba)和工(gong)件之間(jian)設(she)(she)置陽極以(yi)防工(gong)件過熱。磁(ci)場導致靶(ba)附(fu)(fu)近等(deng)離子(zi)密(mi)度（即金屬離化(hua)率(lv)）提(ti)高(gao)，從而提(ti)高(gao)濺射與沉(chen)積速(su)率(lv)。
磁控濺射效率高(gao)，成膜速(su)度快（可(ke)達2μm／min），而且基板溫度低。因此(ci)，此(ci)法適應(ying)性廣(guang)，可(ke)沉(chen)積純金(jin)(jin)屬、合(he)金(jin)(jin)或化(hua)合(he)物(wu)。例如以(yi)鈦(tai)為靶，引(yin)入氮或碳氫化(hua)合(he)物(wu)氣(qi)體可(ke)分(fen)別沉(chen)積TiN、TiC等。
三(san)、離(li)子鍍(du)
近年來研究開發(fa)的(de)(de)離(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)在零件(jian)表面強化方面獲得應(ying)用，效果較(jiao)顯著。所謂(wei)離(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)是蒸鍍(du)(du)和濺射鍍(du)(du)相結合(he)(he)的(de)(de)技術。它既保(bao)留(liu)了(le)CVD的(de)(de)本質，又(you)具有(you)PVD的(de)(de)優(you)點。離(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)零件(jian)具有(you)結合(he)(he)力強、均鍍(du)(du)能力好、被(bei)鍍(du)(du)基體材料(liao)和鍍(du)(du)層(ceng)材料(liao)可以廣(guang)泛(fan)搭配等優(you)點，因此獲得較(jiao)廣(guang)泛(fan)的(de)(de)應(ying)用。圖3-16是離(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)系統示意圖。
離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍(du)(du)的(de)基(ji)(ji)本原(yuan)理是(shi)借助于一種惰(duo)性氣(qi)體的(de)輝(hui)光(guang)放電(dian)(dian)使金(jin)屬或合金(jin)蒸(zheng)氣(qi)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)化。離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)經電(dian)(dian)場加(jia)速而(er)沉(chen)積(ji)在帶負電(dian)(dian)荷(he)的(de)基(ji)(ji)體上。惰(duo)性氣(qi)體一般采用(yong)氬氣(qi)，壓力為0.133～1.33Pa，兩(liang)極電(dian)(dian)壓在500～2000V之間。離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍(du)(du)包括鍍(du)(du)膜(mo)材料（如TiC、TiN）的(de)受熱、蒸(zheng)發(fa)、沉(chen)積(ji)過程。蒸(zheng)發(fa)的(de)鍍(du)(du)膜(mo)材料原(yuan)子(zi)(zi)(zi)在經過輝(hui)光(guang)區時，一小部分發(fa)生電(dian)(dian)離(li)(li)，并在電(dian)(dian)場的(de)作用(yong)下飛(fei)向工(gong)(gong)(gong)件(jian)，以(yi)幾千電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)伏的(de)能量射(she)到工(gong)(gong)(gong)件(jian)表面(mian)，可(ke)以(yi)打(da)入基(ji)(ji)體約幾納(na)米的(de)深度，從而(er)大大提高了鍍(du)(du)層(ceng)的(de)結合力。而(er)未經電(dian)(dian)離(li)(li)的(de)蒸(zheng)發(fa)材料原(yuan)子(zi)(zi)(zi)直接在工(gong)(gong)(gong)件(jian)上沉(chen)積(ji)成膜(mo)。惰(duo)性氣(qi)體離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)與鍍(du)(du)膜(mo)材料離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)在基(ji)(ji)板表面(mian)上發(fa)生的(de)濺射(she)還可(ke)以(yi)清除工(gong)(gong)(gong)件(jian)表面(mian)的(de)污染物，從而(er)改善結合力。
如果提高(gao)(gao)金(jin)屬蒸氣原子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)化(hua)(hua)程(cheng)度，可以增加鍍(du)層的(de)(de)結(jie)合(he)力，為此發(fa)展(zhan)了一系列(lie)的(de)(de)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)鍍(du)設備和方法，如高(gao)(gao)頻離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)鍍(du)、空(kong)心陰極放電離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)鍍(du)、熱(re)(re)陰極離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)鍍(du)、感應加熱(re)(re)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)鍍(du)、活性化(hua)(hua)蒸發(fa)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)鍍(du)及低(di)壓等離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)鍍(du)等。近年來，多弧離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)鍍(du)由于設備結(jie)構(gou)簡單、操作方便(bian)、鍍(du)層均勻、生產率高(gao)(gao)，而(er)受到人們(men)的(de)(de)重視。其工作原理和特(te)點是：
a. 將被蒸發膜材料制成陰極靶即弧蒸發源，該蒸發源為固態，可(ke)在真(zhen)空內任意(yi)方位布置，也可(ke)多源聯合(he)工作，有利大件鍍膜。
b. 弧(hu)蒸發(fa)(fa)(fa)源(yuan)(yuan)接電源(yuan)(yuan)負(fu)極(ji)(ji)，真空室外(wai)殼接正極(ji)(ji)，調(diao)整(zheng)工(gong)作(zuo)電流(liu)，靶(ba)(ba)材表面進行(xing)弧(hu)光(guang)放電，同時蒸發(fa)(fa)(fa)出大量(liang)陰極(ji)(ji)金(jin)屬蒸氣，其中(zhong)部分發(fa)(fa)(fa)生電離(li)并在(zai)基板(ban)(ban)(ban)負(fu)偏(pian)壓的(de)(de)吸(xi)引(yin)下轟擊工(gong)件(jian)(jian)表面，從而起到(dao)潔凈(jing)工(gong)件(jian)(jian)表面的(de)(de)作(zuo)用和使工(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)溫(wen)(wen)度升高(gao)達到(dao)沉(chen)積所需溫(wen)(wen)度。此后(hou)，逐(zhu)漸降(jiang)低基板(ban)(ban)(ban)負(fu)壓氣化了的(de)(de)靶(ba)(ba)粒子飛向基板(ban)(ban)(ban)形成鍍(du)膜(mo)(mo)。如(ru)果同時通入(ru)適當流(liu)量(liang)的(de)(de)反(fan)應氣體，即可(ke)在(zai)工(gong)件(jian)(jian)表面沉(chen)積得到(dao)化合物膜(mo)(mo)層(ceng)。從以上鍍(du)膜(mo)(mo)過程看，弧(hu)蒸發(fa)(fa)(fa)源(yuan)(yuan)既是蒸發(fa)(fa)(fa)器又是離(li)化源(yuan)(yuan)，無需增加輔助離(li)化源(yuan)(yuan)，也無需通入(ru)惰(duo)性氣體轟擊清洗(xi)工(gong)件(jian)(jian)，并且不需要(yao)烘烤(kao)裝(zhuang)置，設(she)備(bei)簡(jian)單、工(gong)藝穩定。
c. 多弧離子鍍離化率(lv)高達60％～90％，有利于改善膜層的質(zhi)量，特(te)別適用于活性(xing)反(fan)應(ying)沉(chen)積化合物膜層。
d. 多(duo)弧蒸(zheng)發(fa)源在蒸(zheng)發(fa)陰極材料時(shi)，往(wang)往(wang)有(you)液滴(di)沉積在工件(jian)表面(mian)，造成(cheng)工件(jian)表面(mian)具有(you)較高的表面(mian)粗糙度值。所以減(jian)少和細化蒸(zheng)發(fa)材料液滴(di)是當前多(duo)弧離子鍍工藝的關鍵問題。
離(li)子鍍(du)(du)(du)除了具有鍍(du)(du)(du)層(ceng)結合力(li)強的(de)特點之外，還具有如下(xia)優點：離(li)子繞射性強，沒有明顯的(de)方向性沉積，工件的(de)各個表(biao)面都能鍍(du)(du)(du)上；鍍(du)(du)(du)層(ceng)均勻性好，并且具有較高的(de)致密度和(he)細(xi)的(de)晶粒度，即使(shi)經(jing)鏡面研(yan)磨(mo)過(guo)的(de)工件，進行(xing)離(li)子鍍(du)(du)(du)后，表(biao)面依然光潔致密，無需再作研(yan)磨(mo)。
總之，采用(yong)PVD技術(shu)可以在各種材(cai)料上(shang)沉(chen)積致密、光滑、高精度的(de)(de)化合物（如TiC、TiN）鍍(du)層(ceng)，所以十分適合模具的(de)(de)表面熱處理(li)。目前，應用(yong)PVD法沉(chen)積TiC、TiN等鍍(du)層(ceng)已在生(sheng)產中獲得應用(yong)。例如Cr12MoV鋼制油開關精制沖(chong)模，經(jing)PVD法沉(chen)積后，表面硬度為2500～3000HV，摩擦因數減小，抗粘著和(he)抗咬合性(xing)改善，模具原使用(yong)1～3萬次(ci)即要刃(ren)磨，經(jing)PVD法處理(li)后，使用(yong)10萬次(ci)不需刃(ren)磨，尺寸無變化，仍可使用(yong)；用(yong)于沖(chong)壓(ya)和(he)擠壓(ya)粘性(xing)材(cai)料的(de)(de)冷(leng)作模具，采用(yong)PVD法處理(li)后，其使用(yong)壽命大為提高，從發(fa)展趨勢來看，PVD法將成為模具表面處理(li)的(de)(de)主要技術(shu)方法之一。表3-40列出了三種PVD法與CVD法的(de)(de)特(te)性(xing)比較，供(gong)選(xuan)用(yong)時參(can)考。
目前應用(yong)PVD法沉積TiC、TiN等(deng)鍍層(ceng)已在生產中得(de)到(dao)推廣應用(yong)，同時在TiN基礎(chu)上(shang)發(fa)展起來的(de)(de)多元(yuan)膜(mo)，如（Ti、Al）N、（Ti、Cr）N等(deng)，性能(neng)優于TiN，是一種更有前途的(de)(de)新型(xing)薄膜(mo)。
