La méthode de carburation sous vide consiste à placer la pièce dans une atmosphère cémentée sous un environnement sous vide, en la maintenant pendant un certain temps. À haute température, le gaz cémentant se décompose pour produire des atomes de carbone actif, qui diffusent à la surface du matériau pour former une couche modifiée. Des composés tels que TiC se forment à la surface de l'alliage de titane TC21 et aucune phase contenant de l'hydrogène - n'est détectée dans la couche de composé. Il a également été constaté que la dureté de surface de l'alliage de titane TC21 augmentait de 2,7 fois par rapport au substrat, et que le mécanisme d'usure passait de l'usure adhésive entre les billes à base de Ti-/Ti à l'usure abrasive et à l'écaillage entre les billes à base de Ti-/TiC, améliorant considérablement la résistance à l'usure de l'alliage de titane. Après un traitement de carburation par étapes sous vide sur l'alliage de titane Ti6Al4V, une couche de céramique microporeuse TiC s'est formée à la surface, avec une valeur de microdureté atteignant 778 HV, environ 2,3 fois supérieure à celle du substrat. La phase céramique TiC a une structure fine, appartient à une phase de dureté élevée, ce qui peut améliorer la résistance de surface et la résistance au cisaillement de l'alliage de titane, réduire considérablement le taux d'usure volumétrique du matériau et améliorer les performances tribologiques de l'alliage. Après carburation, ses performances en matière de corrosion électrochimique diminuent légèrement, mais il reste toujours un matériau résistant à la corrosion-, n'affectant pas son utilisation. La microstructure de la couche céramique à la surface de l'alliage de titane Ti6Al4V est illustrée à la figure 1.
La carburation au plasma implique l'utilisation d'un bombardement ionique sur le gaz cémentant, provoquant la décomposition de l'atmosphère cémentante et la production d'atomes de carbone actif. En ajustant le courant, la concentration de carbone dans la couche superficielle du matériau peut être contrôlée, permettant ainsi une modification de la surface sans avoir recours à un instrument de contrôle du potentiel carbone. Après carburation plasma de l'alliage de titane Ti6Al4V, une couche carburée d'environ 150 µm d'épaisseur composée de phases TiC et V4C3 se forme à la surface. Sa microdureté est multipliée par quatre par rapport au substrat, atteignant environ 1600 HV. Les phases dures de carbure sont dispersées sur la surface de l'alliage de titane, améliorant considérablement sa résistance à l'usure et prolongeant sa durée de vie en fatigue.
