Metoda vakuové plynové nauhličování se týká umístění obrobku do nauhličovací atmosféry ve vakuovém prostředí, kde se udržuje po určitou dobu. Při vysokých teplotách se nauhličovací plyn rozkládá za vzniku aktivních atomů uhlíku, které difundují na povrch materiálu a vytvářejí upravenou vrstvu. Sloučeniny, jako je TiC, se tvoří na povrchu titanové slitiny TC21 a ve vrstvě sloučeniny nejsou detekovány žádné fáze obsahující vodík-. Bylo také zjištěno, že povrchová tvrdost titanové slitiny TC21 se ve srovnání se substrátem zvýšila 2,7krát a mechanismus opotřebení se změnil z adhezivního opotřebení mezi kuličkami na bázi Ti-/Ti na abrazivní opotřebení a odlupování mezi kuličkami na bázi Ti-/TiC, což výrazně zlepšilo odolnost titanové slitiny proti opotřebení. Po postupném nauhličování ve vakuu na titanové slitině Ti6Al4V se na povrchu vytvořila mikroporézní keramická vrstva TiC s hodnotou mikrotvrdosti dosahující 778 HV, přibližně 2,3krát vyšší než substrát. Keramická fáze TiC má jemnou strukturu, patří do fáze s vysokou tvrdostí, která může zvýšit pevnost povrchu a odolnost proti smyku titanové slitiny, výrazně snížit objemovou rychlost opotřebení materiálu a zlepšit tribologické vlastnosti slitiny. Po nauhličení se jeho elektrochemická korozní účinnost mírně sníží, ale stále zůstává korozi-odolným materiálem, což nemá vliv na jeho použití. Mikrostruktura keramické vrstvy na povrchu titanové slitiny Ti6Al4V je znázorněna na obrázku 1.
Plazmové nauhličování zahrnuje použití iontového ostřelování nauhličovacího plynu, což způsobí, že se nauhličovací atmosféra rozloží a vytvoří aktivní atomy uhlíku. Úpravou proudu lze řídit koncentraci uhlíku v povrchové vrstvě materiálu, čímž se dosáhne modifikace povrchu bez potřeby nástroje pro kontrolu uhlíkového potenciálu. Po plazmovém nauhličení titanové slitiny Ti6Al4V se na povrchu vytvoří nauhličená vrstva o tloušťce cca 150 μm složená z fází TiC a V4C3. Jeho mikrotvrdost se ve srovnání se substrátem zvyšuje čtyřnásobně a dosahuje asi 1600 HV. Tvrdé karbidové fáze jsou rozptýleny na povrchu titanové slitiny, což výrazně zlepšuje její odolnost proti opotřebení a prodlužuje její únavovou životnost.
