由于CVD法處理(li)溫度(du)太高，零件基體(ti)需(xu)承(cheng)受相當高的(de)沉積溫度(du)，易產生變(bian)形(xing)和基體(ti)組織(zhi)變(bian)化(hua)，導致其力學性(xing)能降低(di)，需(xu)在CVD沉積后進行(xing)熱處理(li)，增大了生產成(cheng)本，因此(ci)在應用(yong)上(shang)受到(dao)一(yi)定的(de)限(xian)制。
PVD以各(ge)種物(wu)理(li)方(fang)法(fa)產生的原子或分(fen)子沉積(ji)在基材上形成(cheng)外加覆(fu)蓋層，工件(jian)沉積(ji)溫度一般不超(chao)過600℃。不銹(xiu)鋼沉積(ji)后通常(chang)都無需進行熱處理(li)，因而其應用(yong)比化學氣相沉積(ji)廣。
物理氣相沉(chen)積可分為真空(kong)蒸(zheng)鍍、陰極(ji)濺射和離子鍍三(san)類。與(yu)CVD法相比，PVD的主要優點是處理溫度較(jiao)低、沉(chen)積速(su)度較(jiao)快、無公(gong)害等，因(yin)而有很(hen)高的實用價值(zhi)；其(qi)不(bu)足之處是沉(chen)積層(ceng)與(yu)工件的結合力較(jiao)小，鍍層(ceng)的均勻性稍差。此外，它的設備造價高，操作、維(wei)護的技術要求也(ye)較(jiao)高。
一、真空蒸(zheng)鍍(du)
在高真空(kong)(kong)中使金屬、合金或化合物蒸發，然后(hou)凝聚在基體表面的方法(fa)叫(jiao)作真空(kong)(kong)蒸鍍。真空(kong)(kong)蒸鍍裝置見圖3-14。
被沉(chen)(chen)積的材(cai)料(liao)（如TiC）置于裝有加熱(re)系統的坩(gan)堝(guo)(guo)中，被鍍(du)基體(ti)置于蒸(zheng)發源前(qian)面。當真(zhen)空度達(da)到0.13Pa時(shi)，加熱(re)坩(gan)堝(guo)(guo)使材(cai)料(liao)蒸(zheng)發，所產生的蒸(zheng)氣以凝集的形(xing)式(shi)沉(chen)(chen)積在物體(ti)上形(xing)成(cheng)涂層。
基板入槽前要(yao)進行充分(fen)的(de)清洗，在(zai)蒸鍍時，一般在(zai)基板背(bei)面設(she)置(zhi)一個加熱器(qi)，使(shi)基板保持適當溫度，使(shi)鍍層和(he)基層之間形成薄的(de)擴散層，以(yi)增大結合力。
蒸(zheng)發用熱(re)(re)源主(zhu)要分(fen)三類：電阻加(jia)熱(re)(re)源、電子(zi)束加(jia)熱(re)(re)源和高頻(pin)感應加(jia)熱(re)(re)源。最近還采用了激光蒸(zheng)鍍法和離子(zi)蒸(zheng)鍍法。
蒸鍍過程：
a. 首先對真空裝置(zhi)及被(bei)鍍零件(jian)進行處理(li)，去掉污物、灰(hui)塵和油(you)漬等。
b. 把清洗過的零件(jian)裝入(ru)鍍槽(cao)的支(zhi)架上。
c. 補足(zu)蒸發物(wu)質。
d. 抽真(zhen)空，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(kong)下對零(ling)件加熱(re)，目(mu)的(de)是去除水分（150℃）和(he)增加結合力(300~400℃)。
f. 對蒸鍍通電(dian)加熱(re)，達到厚度后停電(dian)。
g. 停鍍(du)后，需在真空條件下放置15～30min，使之(zhi)冷卻到100℃左右。
h. 關閉真空(kong)閥，導(dao)入空(kong)氣，取出模(mo)具。
二(er)、陰極(ji)濺射(she)
陰(yin)(yin)極濺射即用荷能粒子轟(hong)擊某一靶(ba)材(cai)（陰(yin)(yin)極），使靶(ba)材(cai)表面的(de)原(yuan)子以一定能量逸出(chu)，然后在表面沉(chen)積的(de)過程。
濺(jian)射(she)過程(cheng)：用沉(chen)積的(de)材料（如TiC）作陰極靶，并接入1～3kV的(de)直流負(fu)高(gao)壓，
在真(zhen)空室內通入壓力為0.133～13.3Pa的(de)氬(ya)氣（作為工作氣體）。在電場的(de)作用(yong)下(xia)，氬(ya)氣電離后(hou)產(chan)生的(de)氬(ya)離子轟(hong)擊陰(yin)極(ji)靶(ba)面，濺(jian)(jian)射(she)出的(de)靶(ba)材原子或分(fen)子以(yi)一定(ding)的(de)速度落在工件表面產(chan)生沉(chen)積，并使工件受(shou)熱。濺(jian)(jian)射(she)時工件的(de)溫度可達500℃左右(you)。圖3-15是陰(yin)極(ji)濺(jian)(jian)射(she)系統簡(jian)圖。
當接通高壓(ya)電(dian)(dian)源時，陰極(ji)發(fa)出(chu)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)在(zai)電(dian)(dian)場的(de)(de)(de)作用下會(hui)跑(pao)向陽(yang)極(ji)，速(su)度在(zai)電(dian)(dian)場中不斷(duan)增(zeng)加(jia)(jia)。剛(gang)離(li)(li)開陰極(ji)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)能量很低(di)(di)(di)，不足(zu)以(yi)引起氣體(ti)(ti)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)變化(hua)，所以(yi)附近(jin)為暗(an)區(qu)(qu)(qu)(qu)。在(zai)稍遠的(de)(de)(de)位置，當電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)能力(li)足(zu)以(yi)使氣體(ti)(ti)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)激(ji)發(fa)時就產(chan)生輝(hui)光，形成陰極(ji)輝(hui)光區(qu)(qu)(qu)(qu)。越過(guo)這一區(qu)(qu)(qu)(qu)域(yu)(yu)，電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)能量進一步增(zeng)加(jia)(jia)，就會(hui)引起氣體(ti)(ti)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)電(dian)(dian)離(li)(li)，從而(er)產(chan)生大(da)量的(de)(de)(de)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)與低(di)(di)(di)速(su)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)。此過(guo)程不發(fa)光，這一區(qu)(qu)(qu)(qu)域(yu)(yu)為陰極(ji)暗(an)區(qu)(qu)(qu)(qu)。低(di)(di)(di)速(su)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)在(zai)此后(hou)向陽(yang)極(ji)的(de)(de)(de)運動過(guo)程中，也會(hui)被加(jia)(jia)速(su)激(ji)發(fa)氣體(ti)(ti)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)而(er)發(fa)光，形成負輝(hui)光區(qu)(qu)(qu)(qu)。在(zai)負輝(hui)光區(qu)(qu)(qu)(qu)和陽(yang)極(ji)之間，還(huan)有幾(ji)個陰暗(an)相同的(de)(de)(de)區(qu)(qu)(qu)(qu)域(yu)(yu)，但它們與濺射離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)產(chan)生的(de)(de)(de)關系(xi)不大(da)，只起導電(dian)(dian)作用。
濺(jian)射(she)下(xia)來(lai)的(de)材料原子具(ju)有10～35eV的(de)功能，比蒸(zheng)鍍時(shi)的(de)原子動能大(da)得多，因(yin)而濺(jian)射(she)膜的(de)結合(he)力(li)也比蒸(zheng)鍍膜大(da)。
濺(jian)(jian)射性能取(qu)決于所用(yong)的(de)(de)(de)氣體、離子(zi)的(de)(de)(de)能量(liang)及轟擊所用(yong)的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)等。離子(zi)轟擊所產(chan)生的(de)(de)(de)投射作用(yong)可用(yong)于任何類(lei)型(xing)的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)，難熔材(cai)料(liao)W、Ta、C、Mo、WC、TiC、TiN也能像低熔點(dian)材(cai)料(liao)一樣(yang)容易被沉積。濺(jian)(jian)射出的(de)(de)(de)合金組成常常與靶的(de)(de)(de)成分相當。
濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)的工藝很多，如果按(an)電極的構造及其配置方(fang)法進行分類，具有代(dai)表性的有：二極濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)、三極濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)、磁(ci)控濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)、對置濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)、離子束濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)和吸收濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)等。常用的是磁(ci)控濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)，目前已開發了多種磁(ci)控濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)裝置。
常用的磁控高速濺(jian)(jian)射(she)方法的工(gong)作(zuo)原(yuan)理為(wei)(wei)：用氬(ya)(ya)氣作(zuo)為(wei)(wei)工(gong)作(zuo)氣體(ti)，充(chong)氬(ya)(ya)氣后反應(ying)室內的壓力為(wei)(wei)2.6～1.3Pa，以欲沉積(ji)的金(jin)屬(shu)和(he)化合物為(wei)(wei)靶（如Ti、TiC、TiN），在靶附近(jin)設(she)置與靶平面平行的磁場，另在靶和(he)工(gong)件之間設(she)置陽極(ji)以防工(gong)件過(guo)熱(re)。磁場導致(zhi)靶附近(jin)等離子(zi)密度（即(ji)金(jin)屬(shu)離化率）提(ti)(ti)高，從(cong)而提(ti)(ti)高濺(jian)(jian)射(she)與沉積(ji)速率。
磁(ci)控濺射效(xiao)率高，成膜速(su)度快（可達2μm／min），而且基(ji)板(ban)溫度低(di)。因此(ci)，此(ci)法適(shi)應性(xing)廣(guang)，可沉(chen)積純金(jin)屬、合金(jin)或化合物(wu)。例如以鈦為靶，引入氮或碳氫化合物(wu)氣(qi)體可分別(bie)沉(chen)積TiN、TiC等。
三、離(li)子鍍
近年來研究開發的離(li)子(zi)(zi)鍍(du)在零件(jian)表面(mian)強化方面(mian)獲得(de)應用(yong)，效果較顯著。所謂離(li)子(zi)(zi)鍍(du)是蒸鍍(du)和濺(jian)射鍍(du)相(xiang)結合的技術(shu)。它既保(bao)留了CVD的本質(zhi)，又具(ju)有(you)PVD的優點(dian)。離(li)子(zi)(zi)鍍(du)零件(jian)具(ju)有(you)結合力強、均鍍(du)能力好、被鍍(du)基體材料(liao)和鍍(du)層材料(liao)可以廣泛搭配等優點(dian)，因(yin)此獲得(de)較廣泛的應用(yong)。圖3-16是離(li)子(zi)(zi)鍍(du)系(xi)統示意圖。
離(li)(li)(li)子鍍(du)的(de)基本原理(li)是借助于一(yi)種惰性(xing)氣(qi)(qi)體(ti)的(de)輝(hui)(hui)光放(fang)電使金(jin)屬或合金(jin)蒸氣(qi)(qi)離(li)(li)(li)子化。離(li)(li)(li)子經電場(chang)加速(su)而(er)(er)(er)(er)沉(chen)積(ji)(ji)在(zai)帶負(fu)電荷(he)的(de)基體(ti)上。惰性(xing)氣(qi)(qi)體(ti)一(yi)般采用氬氣(qi)(qi)，壓力為0.133～1.33Pa，兩極電壓在(zai)500～2000V之間。離(li)(li)(li)子鍍(du)包(bao)括鍍(du)膜(mo)(mo)材(cai)料(liao)（如TiC、TiN）的(de)受(shou)熱、蒸發、沉(chen)積(ji)(ji)過(guo)程。蒸發的(de)鍍(du)膜(mo)(mo)材(cai)料(liao)原子在(zai)經過(guo)輝(hui)(hui)光區時，一(yi)小部分發生電離(li)(li)(li)，并在(zai)電場(chang)的(de)作(zuo)用下(xia)飛向工(gong)件，以(yi)幾千電子伏的(de)能量射(she)到(dao)工(gong)件表面(mian)(mian)，可(ke)以(yi)打(da)入基體(ti)約幾納(na)米的(de)深度，從而(er)(er)(er)(er)大(da)大(da)提高了鍍(du)層的(de)結(jie)合力。而(er)(er)(er)(er)未經電離(li)(li)(li)的(de)蒸發材(cai)料(liao)原子直接在(zai)工(gong)件上沉(chen)積(ji)(ji)成膜(mo)(mo)。惰性(xing)氣(qi)(qi)體(ti)離(li)(li)(li)子與鍍(du)膜(mo)(mo)材(cai)料(liao)離(li)(li)(li)子在(zai)基板表面(mian)(mian)上發生的(de)濺射(she)還可(ke)以(yi)清除工(gong)件表面(mian)(mian)的(de)污(wu)染物，從而(er)(er)(er)(er)改善結(jie)合力。
如果提高(gao)金屬(shu)蒸氣原(yuan)(yuan)子的離(li)(li)(li)子化程度，可以(yi)增加(jia)鍍(du)(du)(du)層的結合力，為此發(fa)展(zhan)了一系列的離(li)(li)(li)子鍍(du)(du)(du)設備和方(fang)法，如高(gao)頻離(li)(li)(li)子鍍(du)(du)(du)、空心陰(yin)極放電(dian)離(li)(li)(li)子鍍(du)(du)(du)、熱(re)陰(yin)極離(li)(li)(li)子鍍(du)(du)(du)、感應加(jia)熱(re)離(li)(li)(li)子鍍(du)(du)(du)、活性化蒸發(fa)離(li)(li)(li)子鍍(du)(du)(du)及低壓(ya)等離(li)(li)(li)子鍍(du)(du)(du)等。近年(nian)來，多(duo)弧離(li)(li)(li)子鍍(du)(du)(du)由于(yu)設備結構簡(jian)單、操作(zuo)方(fang)便(bian)、鍍(du)(du)(du)層均勻、生產率(lv)高(gao)，而(er)受到(dao)人們的重視。其工作(zuo)原(yuan)(yuan)理和特點是：
a. 將被蒸發(fa)(fa)(fa)膜(mo)材料(liao)制成陰極靶即弧蒸發(fa)(fa)(fa)源，該蒸發(fa)(fa)(fa)源為固態，可(ke)在真空內任(ren)意(yi)方位布(bu)置，也可(ke)多源聯合工作，有利大(da)件鍍膜(mo)。
b. 弧(hu)(hu)蒸發(fa)(fa)源接電源負(fu)極(ji)，真(zhen)空室(shi)外殼接正極(ji)，調整工(gong)(gong)(gong)作電流，靶材(cai)表面(mian)進行弧(hu)(hu)光(guang)放(fang)電，同時(shi)蒸發(fa)(fa)出大量陰極(ji)金屬蒸氣，其中部(bu)分發(fa)(fa)生電離(li)并在基(ji)板(ban)負(fu)偏壓(ya)的吸引下轟(hong)擊工(gong)(gong)(gong)件(jian)表面(mian)，從而起到(dao)潔凈工(gong)(gong)(gong)件(jian)表面(mian)的作用和使工(gong)(gong)(gong)件(jian)的溫度升高達到(dao)沉(chen)積(ji)(ji)所需溫度。此(ci)后，逐(zhu)漸(jian)降(jiang)低基(ji)板(ban)負(fu)壓(ya)氣化(hua)了(le)的靶粒子飛向基(ji)板(ban)形成鍍膜。如果同時(shi)通入適(shi)當流量的反應氣體(ti)(ti)，即可(ke)在工(gong)(gong)(gong)件(jian)表面(mian)沉(chen)積(ji)(ji)得到(dao)化(hua)合物膜層(ceng)。從以上鍍膜過程(cheng)看，弧(hu)(hu)蒸發(fa)(fa)源既是蒸發(fa)(fa)器又是離(li)化(hua)源，無(wu)需增加輔助離(li)化(hua)源，也無(wu)需通入惰性氣體(ti)(ti)轟(hong)擊清洗工(gong)(gong)(gong)件(jian)，并且不需要烘烤裝(zhuang)置，設備簡單、工(gong)(gong)(gong)藝穩(wen)定。
c. 多弧離(li)子鍍離(li)化率高(gao)達60％～90％，有利(li)于(yu)改善膜(mo)(mo)層的質量，特(te)別適(shi)用于(yu)活性(xing)反應沉積化合(he)物膜(mo)(mo)層。
d. 多弧蒸發源在蒸發陰極(ji)材料時，往往有液(ye)滴沉積(ji)在工件表(biao)面，造成工件表(biao)面具(ju)有較高的表(biao)面粗糙度值(zhi)。所(suo)以(yi)減少(shao)和細化蒸發材料液(ye)滴是當前(qian)多弧離子鍍工藝(yi)的關(guan)鍵問題(ti)。
離(li)(li)子鍍(du)除(chu)了具有(you)鍍(du)層結合力(li)強(qiang)的特點之(zhi)外，還具有(you)如(ru)下優點：離(li)(li)子繞射(she)性強(qiang)，沒有(you)明顯的方向性沉積，工件(jian)的各個表(biao)面(mian)都能鍍(du)上；鍍(du)層均勻性好，并且(qie)具有(you)較高的致密(mi)度和(he)細的晶粒度，即使經鏡面(mian)研(yan)(yan)磨過的工件(jian)，進行(xing)離(li)(li)子鍍(du)后，表(biao)面(mian)依然光潔致密(mi)，無需(xu)再(zai)作研(yan)(yan)磨。
總之，采用(yong)(yong)PVD技術可以(yi)在各種(zhong)材(cai)料上沉(chen)積(ji)致(zhi)密、光(guang)滑、高精度(du)的(de)化(hua)合物（如TiC、TiN）鍍層(ceng)，所以(yi)十分(fen)適(shi)合模具(ju)的(de)表(biao)面(mian)熱處(chu)理(li)。目前，應用(yong)(yong)PVD法(fa)(fa)沉(chen)積(ji)TiC、TiN等鍍層(ceng)已在生產中獲得應用(yong)(yong)。例如Cr12MoV鋼制油開關精制沖模，經(jing)PVD法(fa)(fa)沉(chen)積(ji)后(hou)，表(biao)面(mian)硬度(du)為(wei)2500～3000HV，摩(mo)擦(ca)因數減(jian)小，抗粘著和抗咬(yao)合性改善，模具(ju)原(yuan)使用(yong)(yong)1～3萬(wan)次即要刃磨(mo)，經(jing)PVD法(fa)(fa)處(chu)理(li)后(hou)，使用(yong)(yong)10萬(wan)次不需刃磨(mo)，尺寸無變化(hua)，仍可使用(yong)(yong)；用(yong)(yong)于沖壓和擠壓粘性材(cai)料的(de)冷作模具(ju)，采用(yong)(yong)PVD法(fa)(fa)處(chu)理(li)后(hou)，其(qi)使用(yong)(yong)壽命大為(wei)提高，從發展趨勢來看(kan)，PVD法(fa)(fa)將成為(wei)模具(ju)表(biao)面(mian)處(chu)理(li)的(de)主要技術方法(fa)(fa)之一。表(biao)3-40列出了三種(zhong)PVD法(fa)(fa)與CVD法(fa)(fa)的(de)特性比較，供選用(yong)(yong)時參考。
目前(qian)應(ying)(ying)用(yong)PVD法沉積TiC、TiN等(deng)鍍層已在(zai)生(sheng)產中(zhong)得到推(tui)廣應(ying)(ying)用(yong)，同時在(zai)TiN基礎上(shang)發展起來的多元(yuan)膜，如（Ti、Al）N、（Ti、Cr）N等(deng)，性(xing)能優于TiN，是(shi)一種更有(you)前(qian)途的新(xin)型薄膜。
