通過擴散改變基體金屬表面層的成分和組織的材料保護技術。在機械製造中主要應用的是鋁、鉻、矽、釩、鋅等的表面合金化層或滲層。滲層是利用金屬鹵化物蒸汽與金屬表面層產生化學反應形成的，或是在液相中發生化學反應而形成的。
對於鋁有多種滲層。最早的是在碳素鋼或低合金鋼基體上獲得含鋁約25％、層厚約125～1000微米的覆層。這種覆層具有在大氣或爐氣中長期抗800℃以內的氧化的能力，用於生產空氣加熱器、加熱爐和蒸汽過熱器的構件。鋁鐵合合金需要在滲劑中加熱到1080℃，經24小時而獲得25～150微米厚的覆層。滲前若先鍍擴散屏蔽層（如鉑），便可以抑制或延緩基體與覆層中金屬元素間的相互擴散。
鉻的滲層可在低碳鋼、高碳鋼、合金鋼、不銹鋼、工具鋼、鑄鐵和鐵粉燒結件上生成。可用粉末法，也可用熔鹽法。在低碳鐵金屬表面形成含高鉻的合金，厚度可達75微米，而且在高溫下的抗氧化性較好；在高碳的金屬表面可形成較薄的（12～50微米）碳化鉻層，這種滲鉻層在濕腐蝕條件下工作較好。滲鉻層在以後的熱處理中不受損毀，抗蝕性相當於含鉻30％的鋼。碳化鉻層的硬度很高，耐磨性良好，多用於保護閥門、噴嘴、泵、量規和工模具。
滲矽主要用於低碳(C＜0.25％)、低硫(S＜0.04％)鋼。工件埋在碳化矽粉末中，加熱到930～980℃時導入氯氣，經氣相反應後可得125～250微米厚的脆性滲矽層。這種覆層具有耐磨、耐蝕性能，硬度高，還具有良好的抗擦傷性，用於泵軸、缸襯、閥門、傳送帶鏈的聯結件和洗瓶機的構件。鈮、鉬、鉭、鎢等難熔金屬可作為航天器的短期有效構件材料，多采用矽化物層來減少它們在1650℃時的氧化。發展更有效的抗熱腐蝕的滲層，也在探索中。
滲釩時，基體鋼材中的碳含量至少應為0.4％，滲釩層的硬度很高，但冷焊性不佳。高碳工具鋼的VC層，表面硬度在2牛頓載荷下可達HV22300，滲層厚度為19微米。在220號剛玉砂紙上的圓盤試驗結果表明，它的相對抗磨粒磨損性，遠高於滲硼層、滲氮層和滲碳層。
滲鋅主要用在鐵基體材料上。把工件、鋅粉和填料放在滾桶中滾動，並加熱到350～400℃，約3～12小時即可獲得滲層。滲層厚度在25～37.5微米間時，基體圓柱形工件直徑會脹大0.01～0.04毫米，所以組合件滲鋅時，應留一定的空隙量，便於滲後不加工即可裝配。滲鋅層的最大特點是厚度均勻，抗蝕性極好，滲鋅方法簡單，效果也好，但裝入和卸出時，粉塵飛揚，不僅污染大氣，而且還會使一部分鋅粉氧化。