随着科学技术的发展和对天然梯度结构材料的理解，人们也开发出了许多新型梯度结构材料。这主要包括表面改性和整体层状结构两大类。表面改性主要是在金属或者陶瓷基体上，通过物理或者化学方法，形成单层、多层或者连续梯度结构，从而赋予基体材料新的性能。整体层状结构主要将两种或者多种材料，通过逐层分布，从而使得新的结构同时具有多种材料特性。

1.2.1 表面改性

表面改性可分为化学改性和物理改性。化学改性是在材料(金属)表面引入新的元素，导致其显微组织发生改变，常见的有渗碳、渗氮、碳氮共渗以及离子注入等。

不锈钢渗碳后显微组织如图1-7所示。

图1-7 不锈钢渗碳后的显微组织

表层由于渗碳体含量高，硬度高，得到有效的硬化，提高了耐磨性，而心部为正常组织，具有良好的韧性。

物理改性主要是通过涂覆的方法，在基体材料表面形成单层或者多层结构，从而赋予材料新的性能。

硬质合金被誉为“工业的牙齿”，在采矿、机加工等方面起到非常重要的作用。但是使用时由于表面复杂的应力作用，使得材料的磨损非常严重，从而材料的使用寿命大为降低。在硬质合金表面涂层，由于涂层材料具有比硬质合金高的硬度和耐磨性，从而使其耐磨寿命成倍提高。典型硬质合金表面涂层结构如图1-8所示。

图1-8 硬质合金表面涂层结构