金屬材料是指具有光澤、延展性、容易導電、傳熱等性質的材料。其中黑色金屬（鋼鐵）是基本的結構材料，稱為“工業(yè)的骨骼”，迄今為止，鋼鐵在工業(yè)原材料構成中的主導地位依然是無法被取代的。

鋼鐵材料的最常見失效模式是生銹，生銹是一種化學反應，當空氣中的氧氣溶解在水里時，氧在有水的環(huán)境中與鐵反應，生成的Fe2O3就是鐵銹。鐵銹是一種棕紅色的物質，它不像鐵那么堅硬，很容易脫落，一塊鐵完全生銹后，體積可脹大8倍。如果鐵銹不除去，這海綿狀的鐵銹特別容易吸收水分，加速未生銹部分的腐蝕過程。鐵在生銹時會更重，大約是原來的3至5倍的重量。

生銹后不再堅固耐用，用鋼鐵制造的產(chǎn)品如大橋、機器等，因為生銹，會發(fā)生斷折、故障運行等，進而引發(fā)事故，造成經(jīng)濟損失。根據(jù)世界上宏觀的統(tǒng)計和調查，每年因腐蝕損失約1%的重量，這種損失在熱帶、海洋的環(huán)境中更加嚴重。全世界每年因鋼鐵腐蝕造成的的經(jīng)濟損失平均約占經(jīng)濟總量的 3%-4%，直接經(jīng)濟損失約7000億-10000 億美元。其中：英國的損失平均達 100億英鎊，占 GDP 的 3.5%，德國的損失約為450 億德國馬克，占 GDP的 3.0%，美國年腐蝕損失達 3000多億美元，占 GDP 的4.2%（以上數(shù)據(jù)為2017年數(shù)據(jù)）。

此外鋼鐵材料另外一種失效模式是發(fā)生磨損，磨損失效是指零部件在使用或運行過程中，幾何尺寸（體積）、表面質量、組織結構及性能發(fā)生變化，失去原有設計所規(guī)定的功能，有損傷或隱患，繼續(xù)使用會失去可靠性及安全性，甚至完全喪失原定功能，并引發(fā)事故。

國際權威機構測算：世界一次性能源的30～50%消耗在摩擦損失上，機械設備損壞和失效約80%是摩擦磨損造成的，而且50%以上的機械裝備的惡性事故都是起因于潤滑失效造成的過度磨損，歐美發(fā)達因摩擦磨損造成的損失約占其國民生產(chǎn)總值的2%～7%。目前我國的經(jīng)濟發(fā)展模式還比較粗獷，資源浪費嚴重，該領域的損失遠高于歐美發(fā)達。

目前解決腐蝕與磨損的方法有以下幾大類：

（1）油脂防護：是最普通的防腐方法，多用于封閉腔或對表面無外飾要求的防腐方式；但許多零件為少油或無油工況，且防銹油、脂現(xiàn)場管理容易臟亂差。

（2）噴涂防護：噴覆涂層完好時，可獲得一定的耐腐蝕性；但由于涂層本身強度有限，僅可用于無磕碰或少磕碰場合；對耐磨性沒有貢獻；噴涂過程環(huán)境污染嚴重，工作環(huán)境惡劣。

（3）表面鍍層：處理后可獲得一定耐蝕性及耐磨性，如鍍鋅、鍍鎳、鍍鉻等，同樣條件下比噴涂防護效果更好；但鍍層容易剝落，極易損壞工作系統(tǒng)；且處理過程環(huán)境污染嚴重。

（4）表面化學熱處理：即氮碳共滲+氧化處理；

軟氮化又稱氮碳共滲，是在500~580℃下對鋼件表面同時滲入氮、碳原子的化學表面熱處理工藝。軟氮化方法有氣體、鹽浴（液體）、等離子等，其原理均為在軟氮化溫度下，滲劑發(fā)生分解或電離反應，產(chǎn)生活性碳、氮原子或離子，活性碳、氮原子被工件表面吸收，通過擴散滲入工件表層，從而獲得以氮為主的氮碳共滲層；表面最外層是幾微米至幾十微米的化合物層，由于在金相顯微鏡下觀察時，該化合物層因其耐腐蝕而呈現(xiàn)出亮白色，因此又叫白亮層，它是由ε相、γ`相和含氮的滲碳體Fe3(C，N)所組成；次層為0.2-0.4mm的擴散層，它主要是由γ`相相和ε相組成。軟氮化處理后可提高工件的疲勞極限、耐磨性、抗咬合性，以及改善耐腐蝕性。

氧化又稱發(fā)黑或發(fā)藍，有堿煮發(fā)黑和蒸汽發(fā)黑等方法，處理后可獲得0.5-5微米的氧化層，主要成分為Fe₃O₄，對零件尺寸和精度無顯著影響，廣泛用于機械零件、精密儀器、汽缸、彈簧、兵器和日用品的一般防護和裝飾。其膜層耐磨性較好，黝黑發(fā)亮，較為美觀，并具有低的摩擦系數(shù)，對摩擦副有減磨作用。

將軟氮化與氧化有機的結合起來，可以使金屬零件獲得顯著的耐腐蝕性提升，并增加表面硬度，提升耐磨、抗咬合等性能，是最為有效的金屬防腐及耐磨的途徑。