機械零件在接觸、碰撞、振動等復(fù)雜工況下服役很容易發(fā)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(zhì)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(zhì)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(shù)、耐高溫、耐腐蝕等性能。根據(jù)顯微硬度不同，硬質(zhì)涂層可分為普通硬質(zhì)涂層和超硬涂層。

普通硬質(zhì)涂層材料大多是過渡族金屬與非金屬構(gòu)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(zhì)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(fù)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(wěn)定。其中，硼化鋯、二硼化鈦等二元硼化物因性能優(yōu)異而被認為是最有希望得到廣泛應(yīng)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(zhì)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(wěn)定性和機械穩(wěn)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(lǐng)域被廣泛應(yīng)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(yīng)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(yōu)異的防腐涂層。碳化鎢具有更加優(yōu)異的耐磨性，適用于摩擦、磨損、沖蝕等領(lǐng)域，被認為是電鍍硬鉻涂層的理想替代產(chǎn)品。

氮化物涂層

金屬氮化物熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性、抗氧化性優(yōu)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(yīng)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(wěn)定性好、色澤華麗等優(yōu)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(shù)更低，耐高溫和耐腐蝕性能更好，且內(nèi)應(yīng)力較低，具有較高的濺射產(chǎn)額，有利于大批量的工業(yè)生產(chǎn)。

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(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等，是理想的硬質(zhì)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(fā)生化學反應(yīng)，且易于加工，磨削后的表面粗糙度很低，耐大多數(shù)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(zhì)涂層憑借優(yōu)良的性能、較低的成本在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)和工業(yè)的迅速發(fā)展，部分領(lǐng)域的機械和結(jié)構(gòu)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。