离子束表面改性技术综述.docx
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离子束表面改性技术综述
引言
轴承钢是用来制造滚珠、滚柱和轴承套圈的钢。
轴承在工作时承受着极大的压力和摩擦力，所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限。
对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格，是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一。
国际标准化组织ISO将一些通用的轴承钢号纳入国际标准，将轴承钢分为：
全淬透型轴承钢、表面硬化型轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢等四类共17个钢号。
有的国家增加一个类别为特殊用途的轴承钢或合金。
我国已纳入标准的轴承钢分类方法与ISO相似，分别对应为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈耐蚀轴承钢、高温轴承钢四大类。
近五十年来我国还在轴承钢钢种及其轴承用材料方面，如无铬轴承钢、中碳轴承钢、特殊用途轴承钢及合金、金属陶瓷等取得了很大的进展。
轴承钢一般需要具有以下性能:
（1）高的接触疲劳强度;
（2）热处理后应具有高的硬度或能满足轴承使用性能要求的硬度;（3）高的耐磨性、低的摩擦系数;（4）高的弹性极限;（5）良好的冲击韧性和断裂韧性;（6）良好的尺寸稳定性;（7）良好的防锈性能;（8）良好的冷、热加工性能。
采用表面技术可以根据需要，改善材料的表面性能，有效地延长使用寿命，节约资源，提高生产力，减少环境污染。
为了使轴承钢在控制成本的前提下获得更加良好的性能，就需要对其进行表面改性。
通过表面改性技术可以有效提升轴承钢表面/近表面的物理、化学性能，以最低的成本对材料的使用性能进行大幅提升。
一、生产所用轴承钢的成分及性能
1、Cr4Mo4V轴承钢（M50钢）
Cr4Mo4V是一种含钼的高速钢，也是世界各国应用最广泛的一种高温轴承钢，Cr4Mo4V轴承钢除具一般轴承的特性外，还具有较高的高温尺寸稳定性、高温硬度、高温接触疲惫性能，可长期在低于315℃的工作温度使用。
化学成分见表1.
表1Cr4Mo4V成分
元素
C
Si
Mn
Cr
Ni
Cu
V
Mo
含量
0.75-0.85
≤0.35
≤0.35
3.75-4.25
≤0.20
≤0.20
0.90-1.10
4.00-4.50
Cr可以提高钢的耐腐蚀性和热强性，提高钢的淬透性。
通过加入3.75-4.25Cr使得钢的高温性能得到大幅提升。
Mo的主要特点是提高淬透性、提高钢的二次硬化能力，在合金钢中，钼的主要特点是提高强韧性、淬透性、抑制回火脆性。
Cr4Mo4V轴承钢可进行热处理,其热处理规范如下：
加热至1110±5℃保温15～20min，淬火;530℃回火，保温2h。
Cr4Mo4V轴承钢热处理之后可获得回火马氏体组织，该组织晶粒较细小，具有高的硬度和高的耐磨性，因回火后内应力有所降低，故韧性有所提高，固拥有良好的综合性能，主要用于航空发动机轴承和其他耐高温轴承。
2、M50NiL钢
M50NiL钢是20世纪80年代研制成功的新一代表层硬化型高温高强度轴承齿轮钢，渗碳性能优良，心部具有较高的断裂韧度。
同时，M50NiL钢渗碳层存在较高的残余压应力，组织中碳化物细小且弥散均匀分布，是航空航天高温传动部件的理想选材。
由于M50NiL钢渗碳工艺复杂，且渗碳层及心部组织对之后的化学热处理影响很大，因此，M50NiL钢渗碳后的微观组织备受关注。
有研究表明，M50NiL钢渗碳层组织为回火马氏体和碳化物，碳化物可能为M23C6，V4C3，Cr7C3，M6C，M2C，M7C，和MC等。
Mo在M50NiL钢中是重要的强化元素，既可以稳定铁素体，增加钢的淬透性，又可以在回火时形成Fe2Mo或Mo2C析出相，引起钢的二次硬化[1]。
表2M50NiL成分
元素
C
Si
Mn
S
P
Cr
Mo
Ni
V
含量
0.14
0.16
0.28
0.02
＜0.015
4.10
4.38
3.58
1.16
3、9Cr18轴承钢
9Cr18钢属于高碳高铬马氏体不锈钢，淬火后具有高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性能。
该钢适宜制造承受高耐磨、高负荷以及在腐蚀介质作用下的塑料模具。
该钢属于莱氏钢体，容易形成不均匀的碳化物偏析而影响模具使用寿命，所以在热加工时必须严格控制热加工工艺，注意适当的加工比。
表39Cr18轴承钢成分
元素
C
Si
Mn
S
P
Ni
Mo
Cr
含量
0.90-1.00
≤0.80
≤0.80
≤0.030
≤0.035
≤0.60
≤0.75
17.00-19.00
由于加入了大量Cr，9Cr18钢具有良好的淬透性和耐腐蚀性，且高碳含量使得它在淬火后具有很高的硬度。
但是，由于高的C和Cr含量，使得9Cr18钢淬火时容易产生不均匀的碳化物偏析，生成大量连续网状渗碳体组织，该组织极为硬脆，大大降低钢的韧性，严重影响钢的性能。
9Cr18钢热处理工艺为：
（1）退火,800～920℃缓冷;
（2）淬火,1000～1050℃油冷;（3）回火,200～300℃油、空冷。
热处理后组织为马氏体组织。
9Cr18钢退火态硬度低于255HB，淬火回火后硬度大于55HRC。
4、GCr15
GCr15钢是一种合金含量较少、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢，具有高的淬透性，热处理后可获得高而均匀的硬度。
耐磨性优于GCr9，接触疲劳强度高，有良好的尺寸稳定性和抗蚀性，冷变形塑性中等，切削性一般，焊接性差，对白点形成敏感，有第一类回火脆性。
经过淬火加回火后具有较高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。
表4GCr15成分
元素
C
Mn
Si
S
P
Cr
Mo
Ni
Cu
Ni+Cu
含量
0.95-1．05
0.20-0.40
0.15-0.35
≤0.020
≤0.027
1.30-1.65
≤0.10
≤0.30
≤0.25
≤0.50
GCr15热处理制度为：
钢棒退火，钢丝退火或830-840度油淬。
GCr15钢热处理工艺参数如下：
1.普通退火：
790-810度加热，炉冷至650度后，空冷——HB170-207
2.等温退火：
790-810度加热，710-720度等温，空冷——HB207-229
3.正火：
900-920度加热，空冷——HB270-390
4.高温回火：
650-700度加热，空冷——HB229-285
5.淬火：
860度加热，油淬——HRC62-66
6.低温回火：
150-170度回火，空冷——HRC61-66
7.碳氮共渗：
820-830度共渗1.5-3小时，油淬，-60度至-70度深冷处理+150度至+160回火，空冷——HRC≈67
GCr15钢综合性能良好,球化退火后有良好的切削加工性能。
淬火和回火后硬度高而且均匀,耐磨性能和接触疲劳强度高，热加工性能好，价格比较便宜。
GCr15钢是高碳铬轴承钢中使用和生产量最多的牌号,被世界广泛采用。
但是白点敏感性强,焊接性能较差。
GCr15主要用于制作各种轴承套圈和滚动体。
例如:
制作内燃机、电动机车、汽车、拖拉机、机床、轧钢机、钻探机、矿山机械、通用机械,以及高速旋转的个高载荷机械传动轴承的钢球、滚子和套圈。
除做滚珠、轴承套圈等外，有时也用来制造工具，如冲模、量具。
二、生产中主要应用的表面改性技术
2.1离子注入
离子注入金属表面改性是将工件放在离子注入机的真空靶室中，通过加高电压，把所需元素的离子注入到工件表层的一种工艺。
离子注入可以使金属材料表面陶瓷化和金刚石化，使其拥有一层十分坚固的表面硬化层[2]。
常用注入原子有：
碳、氮、氧、硼、氦、磷、铁、铝、锌、钴、锡、镍等，注入原子原则上可以是元素周期表中的任何元素；被注入基体原则上可以是任何材料；离子注入将引起金属表层的成分和结构的变化以及原子环境和电子组态等微观状态的扰动，因此导致金属各种物理、化学、机械性能的变化，主要包括三个方面：
（1）改善物理性能：
例如改善材料表面的电磁学及光学性能，提高超导的转变温度等；
（2）改变化学性能：
抗腐蚀、抗氧化性能；（3）机械性能：
表面的摩擦系数，提高表面硬度和抗磨损能力，改善材料的疲劳性能等[3]。
2.1.1离子注入表面改性机理
离子经加速后注入金属，与金属中的原子、电子发生弹性/非弹性碰撞，逐渐把离子的动能传递给反冲原子和电子，完成能量的传递和沉积；如果晶格原子从碰撞中获得足够的能量（大于移位阀功，即克服断键能和克服势垒作功之和），则被撞击原子将越过势垒而离开晶格位置进入原子间隙成为间隙原子；如果反冲原子获得的反冲能量远远超过移位阀功，它会继续与晶格原子碰撞，产生新的反冲原子，发生“级联碰撞”。
在级联碰撞中，金属原来的晶格位置上会出现许多“空位”，形成辐射损伤，即损伤强化[4]；离子注入金属表面后，有助于析出金属化合物和合金相、形成离散强化相、位错网；灵活地引入各种强化因子，即掺杂强化和固溶强化。
离子注入激烈的碰撞将导致基体中晶粒的细化，晶界是位错移动的障碍，随着晶粒细化所引入的晶界的增加。
位错的运动将更加困难，材料的硬度明显提高。
在离子注入的同时还会生成非晶态金属玻璃，而非晶态金属玻璃中无位错和晶界，因此它具有高效能抗磨损，抗氧化和抗腐蚀性。
此外还有优先溅射强化作用，合金中不同合金元素具有不同的结台能，由于溅射系数与结合能成反比，因此在注入过程中结合能弱的合金首先被溅射出来，而结合能高的合金又具有更好的强化特性[5]。
2.1.2离子注入的特点
离子注入的特点主要有：
（1）进入金属晶格的离子浓度不受热力学平衡条件的限制；
（2）注入是无热过程，可在室温或地温下进行；不引起金属热变形；（3）注入离子在基体中与基体原子混合，没有明显的界面，注入层不会像镀层或涂层那样发生脱落现象；（4）不受合金相图中固溶度的限制，能注入互不相容的杂质，可改变金属材料的表面硬度，断裂韧度，弯曲强度，提高耐磨性；（5）可以进行新材料的开发；注入离子在基体中进行原子级混合，可以形成固溶体、化合物或新型合金。
2.1.3离子注入的应用
离子注入主要应用在以下几个方面：
（1）提高材料表面硬度和强度强度和硬度是金属表面改性的重要研究参数。
大量的实验和研究表明：
离子注入可以不同程度的提高金属材料表面的强度和硬度；金属表面的硬度和强度随着注入剂量的增加而增加。
当金属中注入碳、氮、氧和磷等非金属元素时，可在金属中析出碳化物、氮化物、磷化物等弥散相和超硬相，在近表面形成TiC/TiN，Fe2Ti，Fe2N和Fe2C，表面洛氏硬度得到提高[6]。
（2）提高摩擦磨损性能离子注入引进的超饱和原子，间隙原子团，空位团和二次析出相对材料近表面的机械特性和化学特性，如硬度、疲劳特性、弹性、表面化学稳定性和表面摩擦系数等性能有显著影响，对提高材料表面耐磨性起到重要作用。
轴承是机械上应用最广的易磨损件，因此轴承钢的离子注入研究也最多，一般选用的离子可分为三类：
在钢中形成添加物的元素，如C，N，B等；合金元素（Ti和Cr等）；抗磨损元素（Mo和Ta等）。
研究表明，离子注入能够明显改善材料的摩擦系数μ[7]，提高表面的耐磨性，其中大注入剂量，高注入能量和高靶温的效果更明显。
（3）提高耐腐蚀特性离子注入提高金属表面抗腐蚀性能有三种情况：
a.在表面形成稳态和亚稳态合金，例如向钢中注入Cr，Mo，Mn或Si等元素，形成不锈钢表面；将Au，Pb等元素注入钢，通过改变其钝化性质来提高耐腐蚀能力。
b.非金属注入可在金属表面形成化合物，其中一些化合物对改进金属的耐腐蚀性有作用。
c.通过注入B，S等元素在金属表面形成无序态，从而改变金属的耐腐蚀性能。
选择合适的双重离子注入既能提高材料的表面抗磨损性，也能改善表面耐腐蚀性[8-9]。
Mo+C和Mo+N注入轴承钢均能提高轴承钢的腐蚀电位，降低阳极极化峰值电流密度。
离子注入可以改善局部腐蚀，如电偶腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、晶界间腐蚀、剥削、选择性腐蚀和丝状腐蚀等，并能改善应力作用下的腐蚀，如应力腐蚀断裂，氨脆，腐蚀疲劳，磨损腐蚀，空泡腐蚀和微振腐蚀。
（4）提高耐疲劳性疲劳性是一种对表面状态敏感的性能，轴承、齿轮等部件对抗疲劳特性有着严格的要求。
通过离子注入技术可以改善材料表面滑移特性和各向同性，而且通过离子注入产生压缩应力，发生固溶强化和析出相弥散强化，提高材料表面耐疲劳性能[10]。
2.1.4离子注入表面改性的影响因子
（1）注入温度试样的温度对注入合金层的结构和性能有重大的影响：
a.升温往往使注入所得的亚稳态结构（如过饱和固溶体和非晶态）转变成平衡状态，即进行了退火处理，从而使离子注入所产生的硬化表面层发生软化；b.加速原子的扩散，使注入层浓度降低。
c.存在一个“临界温度”，低于此温度进行注入，温度对混合层的影响较小，碰撞作用决定混合量；高于此温度进行注入，混合量随着温度增加而呈指数增加，扩散混合起主要作用[11-12]；对于金属表面改性用离子注入，一般要求在常温或低温（碰撞起主要作用）下进行。
应根据应用目的、基体材料、离子种类、离子的能量和质量等条件综合利用温度效应。
（2）注入离子能量和剂量注入离子能量和剂量的调节是通过改变离子注入的电参数实现的，改变离子源和加速器能量，可以调整离子注入的浓度和深度。
注入元素沿深度x的浓度分布N（x）可用下式计算：
式中，
投影射程；Rp标准偏差；
注入剂量（单位面积的注入离子数）。
上式表明：
在其它条件不变的条件下，浓度分布与离子的注入剂量呈线性关系，一般来说，对于金属材料，注入离子的剂量越大、浓度越大、分布越均匀，表面改性效果就越好。
（3）注入离子种类对于金属材料而言，最重要的强化机理主要包括4种类型[13]：
固溶强化、位错强化、晶界与晶面强化和析出强化，其中，由位错强化造成的强化增量Δσd与位错密度ρ有如下关系:
G为金属的切变弹性模量；b为位错柏氏矢量；
为强化系数。
刘江龙等还提出如下离子强化原则[14]：
a.选择原子半径大的注入离子在合适温度下尽量吸附在位错上；b.注入间隙原子，如N+、O+或C+，以有利于形成各种复杂的化合物，从而形成弥散强化；c.利用晶体结构差异，在体心立方点阵的基体中注入有利于形成面心立方或密排六方结构相的各种离子，反之亦然。
2.1.5离子注入技术的发展前景
离子注入属原子级表面加工技术。
其改性效果明显、效率高、可控性和可操作性强、无污染等优点逐渐显出强大的生命力和优势。
但离工业化、产业化道路还有一段距离，可有以下发展方向：
（1）从注入离子与金属表面相互作用的物理化学与冶金规律出发，探讨注入工艺参数对表面改性层结构和性能的影响规律；
（2）提高改性层厚度，探讨注入层厚度增长动力学、热力学影响因素；（3）实现多元注入、高能注入、不同能量重叠注入。
（4）加大研究与开发力度，使离子注入这一新型表面改性技术多领域、多功能、多形式的应用。
2.2离子镀
离子镀是一个十分复杂的过程。
一般来说离子镀自始至终都包括镀料金属的蒸发、汽化、电离、离子加速、离子之间的反应、中和以及在基片上成膜和离子的轰击等几个过程。
离子镀是一种在低气压放电条件下，将蒸发出来的镀料粒子部分电离，形成离子、原子、分子和其它中性粒子集团，再经过扩散和电场作用轰击，沉积在施加有负偏压的基体工件）上，或者与基片附近活化、分解、电离的反应气体相互作用，在基片上沉积出化合物薄膜的技术。
这一技术一诞生就受到人们的重视，发展迅速，应用领域也愈来愈广。
离子镀膜的方法较多，常见的有真空多弧离子镀，磁控溅射离子镀，空心阴极离子镀等[15-16]。
2.2.1多弧离子镀技术
多弧离子镀是把真空弧光放电用于蒸发源的涂层技术，也称真空弧光蒸镀
法。
蒸镀由于放电，阴极表面上出现许多非常小的弧光辉点。
一般称为多弧法。
多弧离子镀机理
多弧离子镀技术的工作原理主要基于冷阴极弧光放电理论。
按照这种理
论，电量的迁移主要借助于场电子发射和正离子电流，这两种机制同时存在，
而且互相制约。
在放电过程中，阴极材料大量蒸发，这些蒸发原子产生的正离
子在阴极表面附近很短的距离内产生极强的电场，在这样强的电场作用下，电
子足以能直接从金属的费米能级逸出到真空，产生所谓的“场电子发射”。
按照
Fowler一Noreheim方程，可简写为:
式中Je-电流密度（A/cm2）;E-阴极电场强度;B、C-与阴极材料有关的常数。
多弧法使用的是从阴极弧光辉点放出的阴极物质的离子。
阴极弧光辉点是存在于极小的害的高电流密度调整变化的现象。
根据J•E•Daolder的解释能较好的说明这个现象[17]。
如图1所示。
图1真空弧光放电
（1）金属离子被吸引到阴极表面形成空间电荷层并由此产生强电场，
使阴极表面上功函数小的点（晶界或微裂纹）开始发射电子。
（2）个别发射电子密度高的点，电流密度高。
焦耳热使温度上升并产生
热电子，进一步增加发射电子，这种正反馈作用使电流发生局部集中。
（3）由于电流局部集中产生的焦耳热使阴极材料局部地、爆发性地等离
子化，发射出电子和离子，留下放电痕，与此同时也释放出熔融的阴极材料粒
子。
（4）发射离子中的一部分被吸引回阴极表面，形成空间电荷层，产生强
电场，又使新的功函数小的点开始发射电子。
这个过程反复进行，弧光辉点在阴极表面上激烈地、无规则地运动。
弧光
辉点通过后，在阴极表面上留下分散的放电痕。
阴极辉点使阴极材料蒸发，从而形成定向运动的，具有能量为10一100ev的原子和离子束流，足以在基片上形成具有牢固附着力的膜层，并使沉积速率达100Å/s-1μm/s，甚至更高。
在这种方法中，如果在蒸镀室中通入所需要的反应气体，则能生成化合物膜层，其反应性能良好，膜层致密均匀，附着性能优良。
一般在系统中需设置磁场以改善蒸发离化源的性能，磁场使电弧等离子体加速运动，增加阴极发射原子和离子的数量，提高了这一束流密度和定向性，减少微小团粒（熔滴）的含量，这就相应的提高了沉积速率、膜层质量以及附着性能。
多弧离子镀特点
多弧离子镀过程的突出特点在于它能产生由高度离化的被蒸发材料组成的等离子体，其中离子具有很高的动能。
蒸发、离化、加速都集中在阴极斑点及其附近很小的区域内，这是其技术特征。
它具有如下特点:
（1）最显著的特点是从阴极直接产生等离子体。
不用熔池，真空弧光蒸发源可以横着放，也可以竖着放。
（2）入射粒子能量高，膜的致密度高，强度和耐性好。
基片和膜界面产生的原子扩散，所以膜的附着强度好。
（3）离化率高，一般可达60十8%0，因此最大优点是蒸镀速率高。
（4）设备较为简单，采用低电压电源工作，比较安全。
（5）阴极蒸发源，也是加热源，离化源和预轰击净化源，一弧多用。
（6）外加磁场可以改善电弧放电，使电弧细碎，细化膜层微粒，增加带电粒子的速率，并可以改善阴极靶面刻蚀的均匀性，提高靶材的利用率。
多弧离子镀的应用
自20世纪80年代以来，随着离子镀氮化钛超硬耐磨镀层工艺逐渐完善、镀膜质量的提高，多弧离子镀已广泛地在冶金、机械加工材料上得到实际应用[18]。
（1）在高速钢刀具上的应用涂层高速钢刀具是多弧离于镀最成功的应用之一。
涂层高速钢刀具最常用的涂层是TiN。
经过TiN涂层的高速钢刀具比没有涂层的高速钢刀具硬度提高2～3倍，镀TiN后的高速钢刀具的摩擦系数大大降低，耐磨性大大提高，说明TiN涂层具有一定的减摩作用．另外，经过TiN涂层的高速钢刀具可以提高刀具的使用寿命1—5倍．目前，多弧离子镀膜技术在齿轮刀具、钻头等大多数高速钢刀具中都有广泛的应用。
（2）在车辆零部件上的应用a.在轴类零件的表面镀制硬质耐磨膜。
离子镀用于轴类等易磨损零件的表面处理，可大大提高所镀表面的显微硬度，改善表面耐磨性，减小摩擦系数，从而降低表面磨损，延长零件使用寿命，还可降低零件运动时产生的噪声，减少环境污染。
b.在发动机零件上镀制耐磨耐蚀膜。
在活塞顶部、活塞环、汽缸套等直接与燃气接触的发动机零件上镀制一层耐磨损、耐气蚀、隔热的复合膜，使这些零件可在高温下工作，降低其冷却要求，可使大部分热量通过排出的气体带走，大大提高发动机的有效系数和经济性。
如果不使用冷却系统，还可减小动力装置的重量和体积，并且有利于降低噪声。
C.在发动机曲轴衬套等运动零件上镀制润滑膜层[19]。
（3）在航空工业上的应用a.用于修复速率陀螺的马达轴承，进行轴承外圆表面的增厚处理。
用真空多弧离子镀膜技术进行轴承的外圆增厚处理可达到理想效果，这是因为它所沉积的膜层具有膜厚均匀一致，无边界效应，膜层硬度高，与基体结合牢固，耐磨性及表面光洁度好，沉积厚度可严格控制等优点。
b.提高航天用球轴承表面的耐磨性。
c.离子镀工艺镀制热障膜层。
为了提高航空发动机涡轮叶片的寿命，增强其抗高温烧蚀的能力，需在涡轮叶片表面镀制一层热障膜层。
用多弧离子镀膜工艺镀制NicrAlY热障涂层已成功地应用于航空发动机涡轮叶片的表面处理上，经试验及实际应用，取得了满意效果，并逐步应用到多种型号发动机的涡轮叶片的表面处理上。
国外用离子镀技术制备了性能更好的优质复合膜层，正研究用于喷气发动机的叶片制造上。
d.航空发动机中的应用。
在航空发动机制造中，将离子镀技术应用于涡轮叶片镀NiCrAlY涂层和压气机叶片镀TiN涂层等工艺[20]。
（4）在冲孔冲模上的应用多弧离子镀入射粒子能量高，在高能量的离子轰击下，可使膜的致密度高，强度和耐久性好。
特别是在膜层和基体界面会发生原子扩散，不仅膜保证了良好的附着强度，还形成了一个有一定厚度的高硬度过渡层。
涂层膜本身具有很高的硬度，最高可达2000HV左右，故涂层膜和过渡层组成了稳定的耐磨损耐冲击强化区，显著提高了冲模的耐磨性能和抗冲击疲劳性能。
冲孔冲头经多弧离子镀TiN涂层处理后，使用寿命可比原冲头提高5倍，显著降低冲模的制造费用。
（5）在钟表行业的应用采用多弧离子镀技术制备各种钟表表面TiN装饰膜，充分利用弧光放电中高密度、高能量的金属离子流，可成功地制得既具有“伪扩散”层又具有微细柱状晶组织的理想耐磨损和耐腐蚀的TiN仿金涂层。
（6）在建筑装饰上的应用目前很多宾馆大厦外表不是金碧辉煌，就是色彩绚丽。
室内装饰或满堂金色，或富丽堂煌，其实这些都是多弧离子镀的杰作。
多弧离子镀不仅膜层具有较好的耐磨性和耐蚀性，而且还可在多种材料（包括金属与非金属）上镀制，其色泽变化多样，十分丰富，这是传统的电镀等方法所不能比拟的。
多弧离子镀影响因素
（1）负偏压负偏压是多弧离子镀在沉积薄膜时的一个不可忽视的工艺参数。
在镀前预轰击时，可以清除工件表面吸附的气体和污染物；在沉积期间，偏压又为离子提供能量使基体与膜层紧密结合。
负偏压的存在，使轰击极板的离子能量可调（数十电子伏），若其值超过表面吸附气体的物理吸附能0.1-0.5eV，也超过化学吸附能1-10eV，能起到清洗作用。
负偏压升高，会提高离子的运动速度，使表面获得更高的平均能量，它不仅增强膜与基体的附着力，影响膜层的表面状态，还会影响镀层的晶体结构及显微硬度等特性。
因此，负偏压对膜硬度有较大的影响。
适当的偏压可以使膜层组织更加致密，晶粒细化等，这对提高硬度是有益的。
但是当负偏压过高时，会产生溅射效应，降低沉积速率，且易使杂质混入膜层，降低膜层硬度，影响膜层质量。
（2）弧电流气氛中的金属正离子源来自于阴极靶表面阴极斑燃烧产生的等离子体流，其流量与弧流大小有关，而且这种金属正离子源提供了整个气氛中所有粒子起始能量，因此阴极弧流的大小不仅影响气氛中金属正离子的浓度，而且影响气氛中粒子的起始能量大小。
适当增加弧电流可以使激发出的靶材离子数增加，在一定程度上可以提升膜的沉积速率，但是过高的电流会使得等离子体流中夹杂的液滴增加，造成膜层表面粗糙度增加，影
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