Vakum gazıyla karbürizasyon yöntemi, iş parçasının bir vakum ortamı altında karbürleme atmosferine yerleştirilerek bir süre muhafaza edilmesini ifade eder. Yüksek sıcaklıklarda karbonlama gazı, malzeme yüzeyinde modifiye edilmiş bir katman oluşturmak üzere yayılan aktif karbon atomları üretmek üzere ayrışır. TC21 titanyum alaşımının yüzeyinde TiC gibi bileşikler oluşuyor ve bileşik katmanında hidrojen- içeren fazlar tespit edilmiyor. Ayrıca TC21 titanyum alaşımının yüzey sertliğinin alt tabakaya kıyasla 2,7 kat arttığı ve aşınma mekanizmasının Ti-bazlı/Ti bilyalar arasındaki adhesif aşınmadan Ti-bazlı/TiC bilyalar arasındaki aşındırıcı aşınma ve parçalanma aşınmasına dönüşerek titanyum alaşımının aşınma direncini önemli ölçüde arttırdığı da bulunmuştur. Ti6Al4V titanyum alaşımı üzerinde vakum gazıyla kademeli karbürizasyon işleminden sonra, yüzeyde alt tabakadan yaklaşık 2,3 kat daha yüksek olan 778 HV'ye ulaşan mikro sertlik değerine sahip mikro gözenekli bir TiC seramik tabakası oluştu. TiC seramik fazı, titanyum alaşımının yüzey mukavemetini ve kayma direncini artırabilen, malzemenin hacimsel aşınma oranını önemli ölçüde azaltabilen ve alaşımın tribolojik performansını geliştirebilen, yüksek sertlikte bir faza ait olan ince bir yapıya sahiptir. Karbürizasyondan sonra elektrokimyasal korozyon performansı biraz düşer ancak yine de korozyona dayanıklı bir malzeme olarak kalır ve bu da kullanımını etkilemez. Ti6Al4V titanyum alaşımının yüzeyindeki seramik tabakanın mikro yapısı Şekil 1'de gösterilmektedir.
Plazma karbürizasyonu, karbürleme gazı üzerinde iyon bombardımanının kullanılmasını içerir, bu da karbürleme atmosferinin ayrışmasına ve aktif karbon atomları üretmesine neden olur. Akımı ayarlayarak malzemenin yüzey katmanındaki karbon konsantrasyonu kontrol edilebilir, böylece bir karbon potansiyeli kontrol aletine gerek kalmadan yüzey modifikasyonu elde edilebilir. Ti6Al4V titanyum alaşımının plazma karbürizasyonundan sonra yüzeyde TiC ve V4C3 fazlarından oluşan yaklaşık 150 µm kalınlığında karbürlenmiş bir tabaka oluşur. Mikro sertliği alt tabakaya göre dört kat artarak yaklaşık 1600 HV'ye ulaşır. Sert karbür fazlar titanyum alaşımı yüzeyine dağılarak aşınma direncini önemli ölçüde artırır ve yorulma ömrünü uzatır.
