Vakuumgasförkolningsmetoden hänvisar till att placera arbetsstycket i en uppkolande atmosfär under en vakuummiljö och bibehålla det under en viss tid. Vid höga temperaturer sönderfaller den uppkolande gasen för att producera aktiva kolatomer, som diffunderar på materialytan och bildar ett modifierat skikt. Föreningar som TiC bildas på ytan av TC21 titanlegering, och inga väte-innehållande faser detekteras i föreningsskiktet. Det visade sig också att ythårdheten hos TC21 titanlegering ökade med 2,7 gånger jämfört med substratet, och slitmekanismen förändrades från adhesivt slitage mellan Ti-baserade/Ti-kulor till abrasivt slitage och spjälkningsslitage mellan de Ti-baserade/TiC-kulorna, vilket avsevärt förbättrade legeringens slitstyrka. Efter stegvis uppkolningsbehandling med vakuumgas på Ti6Al4V titanlegering bildades ett mikroporöst TiC-keramiskt skikt på ytan, med ett mikrohårdhetsvärde som når 778 HV, ungefär 2,3 gånger högre än substratet. Den keramiska TiC-fasen har en fin struktur, tillhör en fas med hög hårdhet, vilket kan förbättra ythållfastheten och skjuvhållfastheten hos titanlegeringen, avsevärt minska materialets volymetriska slitagehastighet och förbättra legeringens tribologiska prestanda. Efter uppkolning minskar dess elektrokemiska korrosionsprestanda något, men det är fortfarande ett{16}}korrosionsbeständigt material som inte påverkar dess användning. Mikrostrukturen av det keramiska lagret på ytan av Ti6Al4V titanlegering visas i figur 1.
Plasmaförkolning innebär att man använder jonbombardemang på den uppkolande gasen, vilket får den uppkolande atmosfären att sönderdelas och producera aktiva kolatomer. Genom att justera strömmen kan kolkoncentrationen i materialets ytskikt kontrolleras, vilket uppnår ytmodifiering utan behov av ett kolpotentialkontrollinstrument. Efter plasmaförkolning av Ti6Al4V titanlegering bildas ett uppkolat lager med en tjocklek av cirka 150 μm bestående av TiC- och V4C3-faser på ytan. Dess mikrohårdhet ökar fyrfaldigt jämfört med substratet och når cirka 1600 HV. De hårda karbidfaserna är dispergerade på titanlegeringsytan, vilket avsevärt förbättrar dess slitstyrka och förlänger dess utmattningslivslängd.
