Vakuumgasforkulningsmetoden refererer til at placere emnet i en opkulningsatmosfære under et vakuummiljø, ved at opretholde det i en periode. Ved høje temperaturer nedbrydes den karburerende gas og producerer aktive kulatomer, som diffunderer på materialets overflade og danner et modificeret lag. Forbindelser såsom TiC dannes på overfladen af TC21 titanlegering, og ingen hydrogen-holdige faser påvises i det sammensatte lag. Det blev også fundet, at overfladehårdheden af TC21 titanlegering steg med 2,7 gange sammenlignet med underlaget, og slidmekanismen ændrede sig fra klæbende slid mellem Ti-baserede/Ti-kugler til slibende slid og afskalningsslid mellem de Ti--baserede/TiC-kugler, hvilket væsentligt forbedrede legeringens slidstyrke. Efter vakuumgas trinvis karbureringsbehandling på Ti6Al4V titanlegering dannedes et mikroporøst TiC keramisk lag på overfladen med en mikrohårdhedsværdi, der når 778 HV, cirka 2,3 gange højere end substratet. TiC keramiske fase har en fin struktur, tilhører en høj hårdhedsfase, som kan forbedre overfladestyrken og forskydningsmodstanden af titanlegeringen, reducere materialets volumetriske slidhastighed betydeligt og forbedre legeringens tribologiske ydeevne. Efter karburering falder dets elektrokemiske korrosionsydeevne en smule, men det forbliver stadig et korrosionsbestandigt-materiale, der ikke påvirker dets brug. Mikrostrukturen af det keramiske lag på overfladen af Ti6Al4V titanlegering er vist i figur 1.
Plasma karburisering involverer at bruge ionbombardement på den karburerende gas, hvilket får den karburerende atmosfære til at nedbrydes og producere aktive kulstofatomer. Ved at justere strømmen kan kulstofkoncentrationen i materialets overfladelag styres, hvilket opnår overflademodifikation uden behov for et kulstofpotentialekontrolinstrument. Efter plasmakarburisering af Ti6Al4V titanlegering dannes et karburiseret lag omkring 150 μm tykt sammensat af TiC og V4C3 faser på overfladen. Dens mikrohårdhed øges fire gange i forhold til substratet og når omkring 1600 HV. De hårde hårdmetalfaser er spredt på titanlegeringsoverfladen, hvilket forbedrer slidstyrken betydeligt og forlænger dens udmattelseslevetid.
