随着科技的进步、资源的匮乏，各行业对于产品品质、生产效率和加工成本的要求不断提高，为表面工程技术提出了新的挑战和市场空间。利用物理、化学等复合手段在固体表面形成具有一定结构、机械性能以及化学性能的涂层，从而得到传统工艺难以达到的工艺要求，成为企业的必用手段。

由于气相沉积涂层技术可以获得超高表面硬度、较低的摩擦因数以及优异的耐腐蚀性能而被广泛应用于工具和一般有耐摩擦磨损需求的各种零件之上。随着这种技术的日益成熟和稳定，一向以对品质和稳定性有严格要求的汽车行业也开始采用这种技术来克服传统表面处理技术所无法突破的技术瓶颈。

我们知道，气相沉积技术分为物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）两大类，由于CVD技术的工艺温度一般要在1100℃以上，应用于汽车零件这种要求具有较高精度的场合不太适合，所以目前在这一领域大多采用PVD的技术途径。经过多年的研发和规模化量产，已经采用这种技术的成熟产品包括活塞环、曲轴销、柱塞以及各种发动机中的传动零件。与其他表面处理技术相比，PVD技术具有沉积工艺温度较低（多数在450℃以下，部分在100℃以下），涂层与被涂材料之间的结合力优异，可以实现较厚的涂层（可达4～20mm），涂层的品种丰富且性能各有所长等优点，是汽车零件表面涂层的最佳选择。目前已被采用的涂层包括氮化铬（CrN）涂层以及氮化钛（TiN）涂层等。CrN涂层的内应力较小，具有很好的韧性，涂层硬度在2000HV左右，可实现的涂层厚度达20mm以上，所以被用于诸如活塞环等零部件上。TiN的硬度更高，一般在2500HV以上，且热稳定性可达600℃以上，用于柱塞上是一种很好的选择。图1为柱塞上采用星弧Tinastar涂层。

图1  柱塞上采用星弧Tinastar涂层

在众多可选的PVD涂层种类中，有一种涂层因其性能的特殊性近年来备受重视，它就是类金刚石（DLC）涂层。大多PVD涂层因需要材料结晶而致使工艺温度在450℃左右，虽然对于绝大部分汽车零件材料而言可以允许其加工过程中承受这样的温度，但对于精密零件，尤其是发动机内的零件，这样的温度还是会造成尺寸变形。此外，要获得优异的涂层性能（包括涂层硬度、和零件材料的结合力以及一定的涂层厚度），我们通常采用电弧的涂层技术来获得涂层，而电弧技术存在的涂层最大问题是表面粗糙、有较大的涂层缺陷，从而给零件使用造成品质和稳定性的不利影响。采用PVD技术获得的DLC涂层材料属于非晶态材料，涂层沉积过程中的温度很低，甚至可以在室温下完成；DLC材料属于金刚石和石墨的混合相材料，这种材料的密度很高，与其他技术获得的氮化物（或碳化物）材料相比，涂层的孔隙率更低；材料的基本元素为碳，化学稳定性极佳。此外，沉积过程中不含其他杂质或颗粒，所以涂层的表面粗糙度极低。与其他金属陶瓷类PVD涂层相比，DLC的摩擦因数在0.06～0.1之间，大大低于典型涂层的0.3数量值。诸多优势使得DLC涂层逐渐成为汽车零件，尤其是发动机零件的首选涂层。图2为采用星弧DLC涂层的气门挺杆等零件。

图2  采用星弧DLC涂层的气门挺杆等零件 

任何一种涂层都有它的特点和优势，但同时也存在着一些不足。为满足汽车零件的严苛使用条件和品质需求，采用多种技术和涂层材料的复合形式是PVD涂层技术走向实际应用的必经途径，也是该技术产业化的关键所在。上面所述的DLC涂层因其内应力较大，涂层的结合力是稳定性的关键。解决内应力问题，提高涂层厚度包含了诸如在其中参杂金属和非金属元素、采用多层复合纳米技术等途径。