由于CVD法處(chu)理(li)溫(wen)度(du)太高(gao)，零(ling)件基體需承受相當高(gao)的沉積溫(wen)度(du)，易產生變形和(he)基體組織變化(hua)，導(dao)致其力學(xue)性能降低，需在CVD沉積后進行熱處(chu)理(li)，增大了生產成(cheng)本，因此在應用上受到一定的限制。
PVD以各種物(wu)理方法產生(sheng)的原子或分子沉積(ji)在(zai)基材上形成外加覆(fu)蓋層，工件沉積(ji)溫度一般不超過600℃。不銹鋼沉積(ji)后通常都無(wu)需進(jin)行熱(re)處(chu)理，因而其應用比化學氣相沉積(ji)廣。
物理氣(qi)相沉(chen)積可分為真空蒸鍍、陰極濺(jian)射和離(li)子(zi)鍍三類。與CVD法相比(bi)，PVD的主要(yao)優點(dian)是處理溫度較低、沉(chen)積速(su)度較快、無公害(hai)等，因而(er)有很高(gao)的實用價值；其不足之處是沉(chen)積層與工(gong)件的結合力較小，鍍層的均勻性稍差(cha)。此外，它的設備造價高(gao)，操作(zuo)、維護的技(ji)術要(yao)求也較高(gao)。
一、真空蒸鍍(du)
在(zai)高真空(kong)中使金屬、合(he)金或化合(he)物蒸發(fa)，然后凝聚在(zai)基體表面(mian)的方法(fa)叫作真空(kong)蒸鍍。真空(kong)蒸鍍裝置見(jian)圖3-14。
被沉積的材(cai)料（如(ru)TiC）置于(yu)(yu)裝有(you)加熱系統(tong)的坩堝(guo)中，被鍍基體置于(yu)(yu)蒸(zheng)發(fa)源(yuan)前面。當真空度達到0.13Pa時，加熱坩堝(guo)使材(cai)料蒸(zheng)發(fa)，所產生的蒸(zheng)氣以凝集(ji)的形式沉積在物體上形成涂(tu)層。
基板(ban)入槽前要(yao)進行充分的清(qing)洗(xi)，在蒸鍍時，一般在基板(ban)背面設(she)置一個(ge)加熱器，使(shi)基板(ban)保(bao)持適當溫度，使(shi)鍍層和(he)基層之間形成薄的擴散層，以增(zeng)大結合力。
蒸(zheng)發用熱源(yuan)(yuan)(yuan)主(zhu)要分三類：電阻加熱源(yuan)(yuan)(yuan)、電子束加熱源(yuan)(yuan)(yuan)和高頻感應(ying)加熱源(yuan)(yuan)(yuan)。最近還采(cai)用了激光蒸(zheng)鍍法和離子蒸(zheng)鍍法。
蒸鍍過程：
a. 首先對真空裝置及被鍍零件(jian)進行處理，去掉污物、灰塵(chen)和油(you)漬(zi)等。
b. 把清洗過的(de)零件裝(zhuang)入鍍槽的(de)支架(jia)上。
c. 補足蒸(zheng)發物質。
d. 抽(chou)(chou)真空，先用回轉泵抽(chou)(chou)至13.3Pa，再用擴散(san)泵抽(chou)(chou)至133×10-6Pa。
e. 在高真空(kong)下對零件加(jia)熱，目的是去除(chu)水分(fen)（150℃）和增(zeng)加(jia)結(jie)合力(300~400℃)。
f. 對蒸鍍(du)通(tong)電(dian)加熱(re)，達到厚度后停電(dian)。
g. 停鍍(du)后，需(xu)在真空條(tiao)件下(xia)放置15～30min，使之冷卻到(dao)100℃左右(you)。
h. 關閉真空(kong)閥，導入空(kong)氣，取出模具。
二、陰極濺射
陰極濺(jian)射即用荷(he)能粒子(zi)轟擊某一靶材（陰極），使靶材表面(mian)(mian)的原(yuan)子(zi)以一定能量逸出(chu)，然(ran)后在表面(mian)(mian)沉積的過程。
濺射過(guo)程：用沉積的(de)材料（如(ru)TiC）作陰(yin)極靶，并接入1～3kV的(de)直(zhi)流負高壓，
在(zai)真空室內(nei)通入壓力為0.133～13.3Pa的(de)氬(ya)氣(qi)(qi)(qi)（作(zuo)為工作(zuo)氣(qi)(qi)(qi)體）。在(zai)電(dian)場的(de)作(zuo)用(yong)下，氬(ya)氣(qi)(qi)(qi)電(dian)離(li)后產(chan)生的(de)氬(ya)離(li)子(zi)轟擊陰(yin)極靶面(mian)，濺(jian)射(she)出的(de)靶材原子(zi)或分子(zi)以一定的(de)速(su)度落在(zai)工件(jian)表面(mian)產(chan)生沉積，并使工件(jian)受熱。濺(jian)射(she)時工件(jian)的(de)溫度可達500℃左右(you)。圖(tu)(tu)3-15是陰(yin)極濺(jian)射(she)系統簡圖(tu)(tu)。
當(dang)接(jie)通高(gao)壓電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)時(shi)，陰(yin)極(ji)發(fa)出的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)在電(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)的(de)(de)作用(yong)下會(hui)跑向陽(yang)(yang)極(ji)，速度在電(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)中(zhong)(zhong)不(bu)斷增加(jia)(jia)。剛(gang)離(li)開陰(yin)極(ji)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)能(neng)量(liang)很低，不(bu)足以引起(qi)氣(qi)體原(yuan)(yuan)子(zi)的(de)(de)變化，所(suo)以附近為暗(an)區(qu)。在稍遠的(de)(de)位置，當(dang)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)的(de)(de)能(neng)力(li)足以使(shi)氣(qi)體原(yuan)(yuan)子(zi)激(ji)發(fa)時(shi)就產生(sheng)輝(hui)(hui)光，形(xing)成(cheng)(cheng)陰(yin)極(ji)輝(hui)(hui)光區(qu)。越過(guo)這一區(qu)域(yu)，電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)能(neng)量(liang)進一步增加(jia)(jia)，就會(hui)引起(qi)氣(qi)體原(yuan)(yuan)子(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)離(li)，從而產生(sheng)大(da)量(liang)的(de)(de)離(li)子(zi)與(yu)低速電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)。此過(guo)程不(bu)發(fa)光，這一區(qu)域(yu)為陰(yin)極(ji)暗(an)區(qu)。低速電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)在此后(hou)向陽(yang)(yang)極(ji)的(de)(de)運(yun)動過(guo)程中(zhong)(zhong)，也(ye)會(hui)被加(jia)(jia)速激(ji)發(fa)氣(qi)體原(yuan)(yuan)子(zi)而發(fa)光，形(xing)成(cheng)(cheng)負(fu)輝(hui)(hui)光區(qu)。在負(fu)輝(hui)(hui)光區(qu)和陽(yang)(yang)極(ji)之間，還(huan)有幾個陰(yin)暗(an)相同的(de)(de)區(qu)域(yu)，但它們與(yu)濺射離(li)子(zi)產生(sheng)的(de)(de)關系不(bu)大(da)，只起(qi)導電(dian)(dian)(dian)(dian)作用(yong)。
濺(jian)射(she)下(xia)來(lai)的(de)材料原子具有10～35eV的(de)功能(neng)，比(bi)蒸(zheng)鍍(du)時的(de)原子動能(neng)大得多，因而濺(jian)射(she)膜的(de)結合(he)力(li)也比(bi)蒸(zheng)鍍(du)膜大。
濺射(she)(she)(she)性能取決(jue)于(yu)所用(yong)(yong)的(de)(de)氣(qi)體(ti)、離子(zi)的(de)(de)能量(liang)及轟擊所用(yong)(yong)的(de)(de)材(cai)(cai)料等。離子(zi)轟擊所產生的(de)(de)投射(she)(she)(she)作用(yong)(yong)可(ke)用(yong)(yong)于(yu)任何類(lei)型的(de)(de)材(cai)(cai)料，難熔(rong)材(cai)(cai)料W、Ta、C、Mo、WC、TiC、TiN也能像低熔(rong)點材(cai)(cai)料一樣容易被沉積。濺射(she)(she)(she)出的(de)(de)合金(jin)組成(cheng)常常與靶的(de)(de)成(cheng)分相當(dang)。
濺(jian)射(she)(she)(she)的(de)工(gong)藝很多，如果按電(dian)極的(de)構(gou)造及其(qi)配(pei)置(zhi)方法進行分(fen)類，具有(you)代表性的(de)有(you)：二極濺(jian)射(she)(she)(she)、三極濺(jian)射(she)(she)(she)、磁(ci)控(kong)濺(jian)射(she)(she)(she)、對(dui)置(zhi)濺(jian)射(she)(she)(she)、離子束濺(jian)射(she)(she)(she)和吸收(shou)濺(jian)射(she)(she)(she)等。常用的(de)是磁(ci)控(kong)濺(jian)射(she)(she)(she)，目前已(yi)開(kai)發了多種磁(ci)控(kong)濺(jian)射(she)(she)(she)裝置(zhi)。
常用的(de)磁控高速(su)濺(jian)射方法的(de)工(gong)作原理為：用氬氣(qi)作為工(gong)作氣(qi)體，充氬氣(qi)后(hou)反(fan)應(ying)室內的(de)壓(ya)力(li)為2.6～1.3Pa，以欲沉(chen)積的(de)金屬和化合物為靶（如Ti、TiC、TiN），在(zai)(zai)靶附近設置(zhi)與(yu)靶平(ping)面平(ping)行的(de)磁場(chang)，另在(zai)(zai)靶和工(gong)件之間設置(zhi)陽極(ji)以防工(gong)件過熱。磁場(chang)導致靶附近等離(li)子密(mi)度（即(ji)金屬離(li)化率(lv)）提高，從而提高濺(jian)射與(yu)沉(chen)積速(su)率(lv)。
磁控濺射效率高，成(cheng)膜(mo)速(su)度快（可達(da)2μm／min），而且(qie)基板(ban)溫度低。因此，此法(fa)適應(ying)性廣，可沉積純金屬、合金或化(hua)合物。例如以鈦為(wei)靶，引入(ru)氮或碳(tan)氫化(hua)合物氣體可分別沉積TiN、TiC等。
三、離子鍍
近年來研究開發的(de)(de)離(li)子鍍(du)(du)(du)(du)在零件表面強化方面獲得(de)應用(yong)，效果較(jiao)顯著。所謂離(li)子鍍(du)(du)(du)(du)是蒸鍍(du)(du)(du)(du)和濺射鍍(du)(du)(du)(du)相結(jie)合(he)(he)的(de)(de)技術。它既(ji)保留了CVD的(de)(de)本(ben)質，又具有PVD的(de)(de)優點。離(li)子鍍(du)(du)(du)(du)零件具有結(jie)合(he)(he)力強、均(jun)鍍(du)(du)(du)(du)能(neng)力好(hao)、被鍍(du)(du)(du)(du)基體材料和鍍(du)(du)(du)(du)層材料可以廣(guang)泛搭(da)配等優點，因(yin)此獲得(de)較(jiao)廣(guang)泛的(de)(de)應用(yong)。圖3-16是離(li)子鍍(du)(du)(du)(du)系統示意圖。
離(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)的(de)基(ji)(ji)本原(yuan)(yuan)理(li)是借助于一(yi)種惰性氣(qi)體(ti)的(de)輝光放電(dian)(dian)(dian)使金屬(shu)或合(he)金蒸氣(qi)離(li)(li)子(zi)(zi)化。離(li)(li)子(zi)(zi)經(jing)電(dian)(dian)(dian)場加速而(er)(er)沉積(ji)(ji)在帶負電(dian)(dian)(dian)荷的(de)基(ji)(ji)體(ti)上(shang)(shang)。惰性氣(qi)體(ti)一(yi)般采用(yong)(yong)氬(ya)氣(qi)，壓力(li)為(wei)0.133～1.33Pa，兩極電(dian)(dian)(dian)壓在500～2000V之(zhi)間。離(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)包(bao)括鍍(du)膜(mo)材(cai)(cai)料（如TiC、TiN）的(de)受熱(re)、蒸發、沉積(ji)(ji)過程。蒸發的(de)鍍(du)膜(mo)材(cai)(cai)料原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)在經(jing)過輝光區(qu)時，一(yi)小部分發生電(dian)(dian)(dian)離(li)(li)，并在電(dian)(dian)(dian)場的(de)作用(yong)(yong)下飛(fei)向工(gong)(gong)件(jian)，以幾千(qian)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)伏的(de)能量射(she)(she)到工(gong)(gong)件(jian)表面，可(ke)以打入基(ji)(ji)體(ti)約幾納(na)米的(de)深度，從(cong)而(er)(er)大大提高了鍍(du)層的(de)結合(he)力(li)。而(er)(er)未(wei)經(jing)電(dian)(dian)(dian)離(li)(li)的(de)蒸發材(cai)(cai)料原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)直接在工(gong)(gong)件(jian)上(shang)(shang)沉積(ji)(ji)成(cheng)膜(mo)。惰性氣(qi)體(ti)離(li)(li)子(zi)(zi)與鍍(du)膜(mo)材(cai)(cai)料離(li)(li)子(zi)(zi)在基(ji)(ji)板表面上(shang)(shang)發生的(de)濺射(she)(she)還可(ke)以清除(chu)工(gong)(gong)件(jian)表面的(de)污(wu)染物，從(cong)而(er)(er)改善結合(he)力(li)。
如果提高(gao)金屬蒸氣原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)化程度，可以增(zeng)加(jia)鍍層的(de)結合力，為此發展(zhan)了一系列的(de)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鍍設(she)備(bei)和方法(fa)，如高(gao)頻離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鍍、空心陰極放電(dian)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鍍、熱(re)陰極離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鍍、感應(ying)加(jia)熱(re)離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鍍、活性(xing)化蒸發離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鍍及低壓(ya)等離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鍍等。近(jin)年來，多弧離(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)鍍由于設(she)備(bei)結構簡單、操作方便、鍍層均勻、生產率高(gao)，而(er)受到人們的(de)重視。其工作原(yuan)理和特點是(shi)：
a. 將被蒸發(fa)膜材料制(zhi)成陰極(ji)靶即弧蒸發(fa)源，該蒸發(fa)源為(wei)固態，可在(zai)真空內任意(yi)方位布置，也可多源聯合工作(zuo)，有(you)利大件鍍膜。
b. 弧(hu)蒸(zheng)發源(yuan)接(jie)電(dian)源(yuan)負(fu)極，真(zhen)空室外殼接(jie)正(zheng)極，調整工作電(dian)流(liu)(liu)，靶(ba)材(cai)表(biao)面進行(xing)弧(hu)光放電(dian)，同(tong)時蒸(zheng)發出大量陰極金屬蒸(zheng)氣(qi)，其中部分發生電(dian)離(li)并在(zai)基(ji)板負(fu)偏壓的吸引下轟擊(ji)工件(jian)表(biao)面，從而起到潔凈工件(jian)表(biao)面的作用和使工件(jian)的溫度升高達到沉(chen)積(ji)所需(xu)(xu)溫度。此(ci)后，逐漸降(jiang)低基(ji)板負(fu)壓氣(qi)化了的靶(ba)粒子飛向基(ji)板形成鍍膜。如(ru)果(guo)同(tong)時通入適當流(liu)(liu)量的反應氣(qi)體，即可在(zai)工件(jian)表(biao)面沉(chen)積(ji)得到化合物(wu)膜層。從以上鍍膜過程(cheng)看，弧(hu)蒸(zheng)發源(yuan)既是蒸(zheng)發器又(you)是離(li)化源(yuan)，無需(xu)(xu)增加(jia)輔助(zhu)離(li)化源(yuan)，也無需(xu)(xu)通入惰(duo)性氣(qi)體轟擊(ji)清洗工件(jian)，并且不需(xu)(xu)要(yao)烘烤裝置，設備簡(jian)單、工藝穩定。
c. 多弧離子(zi)鍍離化率高(gao)達60％～90％，有利于改善(shan)膜層的質量，特別適用于活(huo)性反應沉積(ji)化合(he)物膜層。
d. 多弧(hu)蒸(zheng)發源(yuan)在(zai)蒸(zheng)發陰極材(cai)料(liao)(liao)時，往往有(you)液(ye)滴(di)沉積在(zai)工(gong)件表面，造成工(gong)件表面具有(you)較高的表面粗糙度值。所(suo)以減少和細化蒸(zheng)發材(cai)料(liao)(liao)液(ye)滴(di)是當前多弧(hu)離(li)子(zi)鍍工(gong)藝(yi)的關(guan)鍵問題。
離子(zi)鍍除了具有(you)鍍層(ceng)結(jie)合(he)力強的(de)(de)(de)(de)特點之外(wai)，還(huan)具有(you)如下優點：離子(zi)繞射性(xing)強，沒(mei)有(you)明顯的(de)(de)(de)(de)方向性(xing)沉積，工件的(de)(de)(de)(de)各(ge)個表面(mian)都能鍍上(shang)；鍍層(ceng)均(jun)勻性(xing)好，并(bing)且具有(you)較高的(de)(de)(de)(de)致密(mi)度和細的(de)(de)(de)(de)晶粒度，即(ji)使經鏡面(mian)研磨(mo)過(guo)的(de)(de)(de)(de)工件，進行(xing)離子(zi)鍍后，表面(mian)依然(ran)光潔致密(mi)，無需再(zai)作(zuo)研磨(mo)。
總之，采(cai)用PVD技術可以在(zai)各(ge)種(zhong)材料上沉(chen)積(ji)致密、光滑(hua)、高(gao)精度的(de)化合(he)物（如TiC、TiN）鍍層，所以十分適合(he)模具的(de)表面(mian)熱處(chu)理(li)(li)(li)。目前，應(ying)用PVD法(fa)(fa)(fa)沉(chen)積(ji)TiC、TiN等鍍層已在(zai)生產中(zhong)獲得應(ying)用。例如Cr12MoV鋼制油開關精制沖模，經(jing)PVD法(fa)(fa)(fa)沉(chen)積(ji)后(hou)(hou)，表面(mian)硬度為2500～3000HV，摩擦因數減小，抗(kang)粘著和抗(kang)咬合(he)性(xing)改善，模具原使用1～3萬次(ci)即要(yao)刃(ren)磨，經(jing)PVD法(fa)(fa)(fa)處(chu)理(li)(li)(li)后(hou)(hou)，使用10萬次(ci)不需(xu)刃(ren)磨，尺寸無變化，仍可使用；用于(yu)沖壓和擠壓粘性(xing)材料的(de)冷作(zuo)模具，采(cai)用PVD法(fa)(fa)(fa)處(chu)理(li)(li)(li)后(hou)(hou)，其使用壽命大為提高(gao)，從發展趨勢來看，PVD法(fa)(fa)(fa)將成為模具表面(mian)處(chu)理(li)(li)(li)的(de)主要(yao)技術方法(fa)(fa)(fa)之一。表3-40列出了三種(zhong)PVD法(fa)(fa)(fa)與CVD法(fa)(fa)(fa)的(de)特(te)性(xing)比(bi)較，供(gong)選用時參考。
目前應用PVD法沉積TiC、TiN等鍍層已在(zai)生產中得到推廣(guang)應用，同時在(zai)TiN基礎上發(fa)展起來的多元膜，如（Ti、Al）N、（Ti、Cr）N等，性能優于TiN，是一種更有前途的新型(xing)薄膜。
