一种金属材料防护方法，所述防护方法是在金属基体表面上涂覆硬质薄膜，其特征在于：所述硬质薄膜为多层氮化钛铝涂层；按距离金属基体由近及远的方向，各层氮化钛铝涂层中的铝元素含量越来越高，钛元素含量越来越低。本发明具有适当底层的多层设计可以提高涂层和基体的热匹配性能和化学匹配性能、降低界面的应力集中、显著提高涂层和基体的结合强度。本发明减少了涂层中的针孔、空洞等缺陷，提高了涂层和基体的结合强度，降低了涂层中的应力集中，涂层具有高的硬度、抗磨损性和抗高温氧化性能；尤其适用于航空发动机压气机叶片及刀具、模具的涂层防护。