钛及钛合金具有无毒、质轻、比强度高及生物相容性好等优点，被广泛应用于航空航天、石油化工、食品医疗等各个领域。但是钛及钛合金硬度低、耐磨性差、抗高温氧化性能差等性能缺陷，限制了钛合金的进一步发展。
如何才能改变钛及钛合金这个缺点。就不得不使用化学热处理，或者叫做化学改性。化学热处理是利用化学反应、有时兼用物理方法改变钢件表层化学成分及组织结构，以便得到比均质材料更好的技术经济效益的金属热处理工艺。
钛及钛合金最常用化学热处理方式有四种：钛合金渗氮、渗碳、渗硼及渗金属等。
渗氮处理后，会生成高硬度的氮化物如TiN和Ti2N，这些氮化物具有优异的耐腐蚀和耐磨损性能。常见的渗氮技术包括盐浴渗氮、气体渗氮、离子注入渗氮、双层辉光等离子渗氮、表面激光渗氮和真空渗氮等。
渗碳处理可以使钛合金表面获得碳化物，提高其硬度和耐磨性。由于钛合金表面钝化膜致密，原子扩散系数低，渗碳过程较为复杂，需要更高的温度和更复杂的技术控制。钛和碳可形成 TiC 强化相。钛合金渗碳包括固体渗碳、离子渗碳、气体渗碳和激光渗碳等技术。固体渗碳技术较为传统，方法简单易行、成本低廉，较为经济实用。但是该方法难以控制氧浓度，获得的渗碳层不均匀，并且渗碳层厚度较小。
渗硼处理可以在钛合金表面形成硼化物，进一步提高其硬度和耐腐蚀性。这种方法通常用于需要极高硬度和耐磨性的应用。钛与硼形成的化合物主要有 TiB 和 TiB2。钛合金渗硼技术同样包括固体法、液体法及气体法，其中固体法渗硼技术又分为粉末法和膏剂法两种，液体法渗硼技术分为熔盐浸渍法、熔盐电解法、流态床渗硼法种。气体法渗硼技术分为离子渗硼法、双辉等离子渗硼法两种。
渗金属处理可以通过将其他金属元素渗透到钛合金表面，形成复合材料，从而改善其性能。对于钛合金而言，预渗金属元素的选择非常广泛，比如可以选择一种有优异摩擦学或腐蚀性能的金属元素，但前提是这种金属元素与钛合金有良好的固溶性。根据金属学理论，影响金属固溶度的因素很多，其中主要包括:原子尺寸、化学亲合力、晶体结构、相对原子价等。
综上所述，钛合金化学热处理方式以及优势各有不同，对于不同的需求选择不同的工艺。目前渗氮、渗碳技术应用较多。随着钛及钛合金技术的不断发展，钛合金表面处理也将迎来大发展。将给钛及钛合金产品赋予更高的性能。
