氣相沈積是近年來發展最快的壹種新技術，它分物理氣相沈積（PVD），和化學氣相沈積
（CVD），最近又發展了復合的物理化學氣相沈積（PCVD）。物理氣相沈積是利用真空蒸發、離
子濺射、離子鍍等方法沈積成膜；化學氣相沈積則是利用鍍層材料的揮發性化合物氣體分解
或化合的反應產物而沈積成膜；物理化學氣相沈積即等離子體加化學氣相沈積。采用這種方
法可以鍍金屬膜、合金膜、陶瓷膜或金剛石膜等。
目前在刀具、模具上用的最多的是沈積壹層高硬度、高耐磨及抗腐蝕的TiC、TiN、Al↓2O↓3
或TiCN復合膜。這些鍍層均很薄，實用厚度壹般只有3～7μm。而在壹般機器零件上可達10～
20μm。TiN的硬度為1800～2000HV，呈金黃色；TiC的硬度為2500～3200HV，呈暗灰色；
Al↓2O↓3的硬度為3000HV，它們與基材之間均具有牢固的冶金結合。對於機械磨損（低速切削）
來說，抗磨順序依次是TiC＞TiCN＞TiN＞Al↓2O↓3，但對於熱磨損（如高速切削）其抗磨順序正
好相反。氣相沈積不僅可以提高刀具、模具、機件的使用壽命，而且還使產品獲得優美的外
觀色彩。
三、激光和電子束表面合金化層
激光和電子束作為熱源用於材料表面改性，是從70年代開始的。由於它們具有能量密度
高、加熱冷卻速度快、熱影響區小、零件改性效果好等高能速表面處理技術的壹切優點，而
且又不需要在真空室內進行，操作比較靈活，故發展速度很快。激光和電子束表面改性技術
主要包括三種類型：即相變硬化處理，熔凝處理和表面合金化與塗敷，本書著重介紹表面合
金化處理及其覆蓋層組織。
激光和電子束表面合金化過程，實質上是壹個表面冶金過程，即通過高密度能束與基材
表面塗層合金相互作用，使其發生物理冶金和化學變化，從而達到表面強化的目的。
目前用於鋼件表面合金化的元素和碳化物很多，歸納起來有W、Cr、Ni、Mo、Co、Ti、
Si、B及WC、Cr↓3C↓2、TiC等，可根據工件表面所要求的性能來選擇和確定。
鋼件表面經合金化後，其組織狀態按受熱條件不同分為合金化區，熱影響區（過熱）和基
材組織三部分。合金化區壹般呈鑄態技晶狀組織，在馬氏體和殘留奧氏體基體上分布各種***
晶碳化物相，起到強化作用。熱影響區（包括擴散層）壹般晶粒比較粗大，有的含Ni、Cr成分
比較高的擴散層，殘留奧氏體量多，馬氏體亦不易顯示，常呈壹條白帶處於合金化層底部。總
之，采用激光表面強化技術可以在更寬的範圍內改變硬化層的結構與性能。
四、熱噴塗和噴焊層
熱噴塗和噴焊技術作為壹種新的表面防護、維修和強化方法在近20年中得到了飛速的發
展。所謂熱噴塗就是利用某種熱源（氧乙炔火焰、電弧、等離子弧等）將欲噴塗的材料加熱，借
助氣流把熔化或半熔化的霧狀微粒通過噴嘴高速噴射到預先經過處理的工件表面上，形成附
著牢固的塗層。
熱噴塗和噴焊技術有壹系列優點：
（1）工藝簡單，用氧乙炔火焰即可工作；
（2）選材範圍廣，噴塗材料可以任意配制，不受相圖限制、可用鉆基、鎳基、鐵基、銅
基自熔合金，也可用各種碳化物和氧化物陶瓷（WC、Cr↓3C↓2、TiC、Cr↓2O↓3、Al↓O↓3、TiO↓2等），或各種
高分子材料；
（3）實用性強，不僅可以用來維修、裝飾產品，而且還可用來制造不同性能的產品零件
（如耐磨、耐蝕、耐熱、抗振、隔熱、密封、潤滑、絕緣、導電、輻射等），因而得到廣泛的應用。
熱噴塗和噴焊層的組織取決於選用材料的成分和噴塗工藝。以上述自熔合金為例，它們
均含有許多金屬與非金屬元素，如C、B、Si、Cr、Fe、Ni、Co、Cu、W、Mo、Mn等，所以
噴焊後其覆蓋層的組織很復雜，相很多，形態各異，很難壹壹鑒別，只有采用彩色金相、電
子探針、能譜、X射線衍射等分析手段，進行綜合分析後才能分辨清楚，詳見第六章。
五、電鍍層
電鍍是金屬防腐的重要手段。近年來通過不斷的革新和開發，出現了許多新工藝和新方
法，如：特種電鍍（包括非晶態電鍍、非金屬電鍍、復合電鍍、合金電鍍、電刷鍍）；化學鍍（鎳－磷、
鎳－硼）；熱滲鍍（包括離子、氣體、液體、固體滲鍍）等。這些鍍層的出現，使鋼件表面抗腐蝕能
力明顯提高，同時，還賦予鋼件表面某種特殊功能（如提高耐磨性、導電性、磁性、高溫抗氧化
性等等）
電鍍過程壹般來說，是壹個電化學的氧化還原過程，即利用電解的方法使金屬的化合物
還原為金屬，沈積在金屬或非金屬制品表面，形成壹層平滑而致密的金屬覆蓋層。由於電鍍
層通常都是在低溫下通過電沈積的方式形成的（熱滲鍍除外），所以它與基體金屬之間沒有擴
散關系，因此也沒有擴散層，只有壹條明顯而平直的分界線，故結合力不如其他工藝好。
第二節 金屬表面滲層和覆蓋層組織特點
金屬表面滲層和覆蓋層的組織具有組分特殊、合金相多、結構復雜、組織超細、層次多、
層薄等特點。
（1）組分特殊。表面處理（如激光合金化、熱噴塗、離子註入等）可使零件表面獲得整體材
料和壹般熱處理方法很難、甚至無法得到的超濃度、超飽和固溶體，而且還可獲得各種合金
成分、陶瓷以及高分子材料層。
（2）合金相多。例如化學熱處理可以向金屬材料表面滲入多種合金元素，這些元素滲入
鋼件後，又與其中的碳或合金元素化合，形成各種各樣的固溶體和化合物相。再如激光表面
合金化層和熱噴焊層，它們都是用多種元素組成的合金粉末經過快速熔化和冷凝而成的，其
中的相組成非常復雜，壹般都有3～4種以上，有的多達7～8種相。
（3）結構復雜。覆蓋層在特殊條件下可獲得微晶或非晶態結構，其中化合物的晶體結構
亦多種多樣，晶體形貌各異，有等軸晶，樹枝晶、包狀晶、柱狀晶等等。
（4）組織超細。