機械零件在接觸、碰撞、振動等復雜工況下服役很容易發生各種形式的損壞，甚至失效。因此，一般會在零件表面涂覆硬質涂層以提高各類材料及零部件的表面性能，從而提高工作效率，延長使用壽命。

硬度涂層的分類

硬質涂層是指具有一定厚度、顯微硬度在20Gpa以上的涂層，其具備高硬度、低摩擦因數、耐高溫、耐腐蝕等性能。根據顯微硬度不同，硬質涂層可分為普通硬質涂層和超硬涂層。

普通硬質涂層材料大多是過渡族金屬與非金屬構成的化合物、金屬間化合物等，這些化合物通常是通過金屬鍵、共價鍵、離子鍵或離子鍵和金屬鍵的混合鍵鍵合而成。目前常見的普通硬質涂層主要包括硼化物、碳化物、氮化物和氧化物涂層等。

硼化物涂層

過渡族金屬硼化物通常是間隙相化合物，硼與硼之間可形成多種復雜的共價鍵。同時，硼原子也可與金屬原子形成離子鍵，其硬度接近或高于碳化物的硬度，且惰性更強、化學性能更穩定。其中，硼化鋯、二硼化鈦等二元硼化物因性能優異而被認為是最有希望得到廣泛應用的硼化物，目前已用作耐磨耐蝕涂層、中子吸收涂層、自熔性合金中的強化硬質相以及超高溫涂層等。

碳化物涂層

碳化物是一類熔點、硬度、熱穩定性和機械穩定性都極高的材料，在室溫下幾乎耐各種化學試劑的腐蝕，部分碳化物還具有與母體金屬相類似的電磁性能。因此，碳化物涂層在機械切削、礦物開采、耐磨損和耐高溫部件等領域被廣泛應用。

碳化物涂層材料主要有Ⅳ族碳化物、V族碳化物和Ⅵ族碳化物等，其中，碳化鈦、碳化鉻和碳化鎢涂層的應用最為廣泛。碳化鈦涂層具有很高的硬度和耐磨性，可用作切削工具、鉆頭和各種模具的耐磨涂層，但脆性較大。碳化鉻具有最強的抗氧化能力，在高溫下也能夠保持著相當高的硬度，是一種極優異的防腐涂層。碳化鎢具有更加優異的耐磨性，適用于摩擦、磨損、沖蝕等領域，被認為是電鍍硬鉻涂層的理想替代產品。

氮化物涂層

金屬氮化物熱穩定性、耐腐蝕性、抗氧化性優良，且熔點和硬度高。過渡族金屬的氮化物常用作刀具表面的強化涂層，常見的且應用最廣泛的是鈦、鉻氮化物涂層。

氮化鈦涂層的性能與碳化鈦相似，具有硬度高、韌性好、化學穩定性好、色澤華麗等優點，可用作功能涂層和裝飾涂層。與氮化鈦涂層相比，氮化鉻涂層的摩擦因數更低，耐高溫和耐腐蝕性能更好，且內應力較低，具有較高的濺射產額，有利于大批量的工業生產。

氧化物涂層

常見的氧化物涂層材料主要有氧化鋁、氧化鉻、二氧化鋯、二氧化鈦等，它們具有較高的硬度、良好的化學穩定性和熱穩定性等，是理想的硬質防護涂層。氧化鋁和氧化鉻具有相當高的硬度，主要用作耐磨和抗高溫氧化腐蝕涂層。二氧化鋯作為熱障涂層，廣泛用于高溫合金的耐熱防護方面。二氧化鈦硬度較低，但具有非常低的孔隙率，不易發生化學反應，且易于加工，磨削后的表面粗糙度很低，耐大多數酸、鹽溶劑的腐蝕，是重要的耐蝕、耐磨涂層材料。

盡管在性能上與超硬涂層有些距離，但普通硬質涂層憑借優良的性能、較低的成本在眾多領域得到了廣泛應用。隨著現代科學技術和工業的迅速發展，部分領域的機械和結構零件需要在更苛刻的條件下工作，因此，對材料以及表面防護涂層的性能要求會更高。