真空热处理是一种在低气压或接近零气的环境下进行的金属材料加热、保温和冷却的操作。这种技术可以有效地防止氧化，减少气体对工件的污染并保持其原有的金相组织与机械性能,从而获得表面光洁的零件和高纯度的材质净化物件.
具体操作步骤如下：首先将需要处理的物品放入炉膛中；然后通过加温装置使物体达到需要的温度;接着进行真空气氛保护下的急速降温过程即淬火(时效)；经退火热处理后即可取出使用（如图所示）。

金属材料热处理是指将金属材料在一定温度范围内加热、保温、冷却，以改变其内部组织结构和性能的工艺过程。常见的热处理工艺有退火、正火、淬火、回火等。
1.退火：退火是将金属材料加热到一定温度，保持一段时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火可以降低金属材料的硬度和强度，减少内应力，防止变形和开裂，同时还能提高材料的塑性和韧性。
2.正火：正火是将金属材料加热到比退火温度高一些的温度，保持一段时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。正火可以获得更高的硬度和强度，提高材料的塑性和韧性，改善材料的冷脆性。
3.淬火：淬火是将金属材料加热到一定温度，然后快速冷却的热处理工艺。淬火可以使金属材料表面硬度增加、内部组织变得更细腻，同时还能提高材料的耐磨性和性。
4.回火：回火是将金属材料加热到比淬火温度低一些的温度，保持一段时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。回火可以减少金属材料的内应力、降低硬度和强度，提高材料的韧性和塑性，同时还能改善材料的冷脆性和性。
热处理工艺的选择应根据金属材料的性能要求和实际应用条件来确定。热处理后的金属材料可以进一步进行表面处理，以获得更好的表面效果和性能。

不锈钢的热处理操作主要分为退火、固溶和时效三种。
1.退火热处理的温度范围为800-950摄氏度，保温时间应根据工件大小而定。一般需随炉温缓慢冷却，避免出现裂纹。对于薄壁及精密零件可用炉冷或盐槽水冷方式快冷以获得高温奥氏体组织，提高耐磨性。铸铁的退火则应在600～700摄氏度的恒温室进行。
2.固熔热处理的目的是使碳化物均匀分布，细化晶粒结构从而提高钢的性能（如强度，韧性等）。其加热温度一般为1030~1145度，油淬硬度高能达到HRC52(极限)。空淬高度可达HRA78以上。（因为发生马氏体的缘故）
此过程要求严格控制渗氮环境,常用的方法有气体法与液体法两种；在符合的材料环境下通过不同的工艺也能得到良好的效果。例如：将含有NH₃·H₂O的水蒸气通入NACL中形成液相氨络合物后进行金属表面渗透,在还原性的气氛中进行这种称为“离子浴”的过程来改变材料的表观质量是十分有效的。这种方法得到的材料具有良好的外观及其性能。。
另外一种方法是真空自耗电解沉积层(PVD)或物理溅射镀膜(PDMS)，这两种方法的共同特点是能在任何形状表面上生成具有高精度尺寸公差的高质量的合金覆层。其原理是在强电场作用下，利用辉光放电现象从稀有惰性气体原子或者分子发射出高速带正电荷的微小颗粒——阳极粒子轰击基底物质表面的过程中，吸附并注入大量的能量，使其动能转化为固态内应力能和晶格改组能，从而使靶材成分得以快速弥散分布在基片上并且亚稳稳定存在。通过适当调整真空室内的工作气压以及电源的正负极接法可以分别制备得硬质涂层或多孔功能梯次复合强化钛合金涂层。
一种是激光熔凝层（LRM），它是用功率密度大于$1×10^{9}W/m²$的大功率窄束脉冲激光作为能源照射到金属表面，瞬间产生局域高热而形成的深度焊接一层。由于该项技术可直接对各种母材部位实现超精细加工而无须预置焊丝道数，故比常规堆焊技术的结合力大幅度改善，且不易周围健康金属。因此被广泛应用于模具修补行业中代替原修磨重车床后的再精刨工序之后采用线切割反面补配钨针电极引弧校正的传统做法;也适用于大型复杂机械构件现场修复中对关键受力部件局部缺陷部位的应急抢修以及对航空航天工业部难于的多种严重磨损问题进行了有效解决.这四种都是常见的用于不同场景的不锈钢热处理的方法。