질화처리하는 동안 질소의 상화작용의 결과로 hcp α-Ti에서 질소의 침입형 고용체에 의해 TiN층이 형성되었다. Ti-6Al-4V 합금의 최외각 질화된 표면층은 TiN과 Ti2N의 조성을 갖는다. Ti-N 화합물 층에서, Ti2N는 주요한 상이며 TiN은 그보다 작은 의미를 가진 상이다. Al은 용해된 이온으로 Ti-N 화합물 층의 Top 표면에 존재한다. 나노압입 경도 측정은 질화된 Ti합금에서 질화 공정변수와 합금조성에 관련된 경도 평가를 위해 실시하였으며, 이를 통해서 침입형 질소의 강화 효과와 질소의 형성에 의해 강도가 증가되는 것을 알 수 있다. 질화된 Ti-6Al-4V Ti합금이 600oC와 700oC에서 10시간 동안 공기 중에서 산화되었을 때, 질화된 합금의 산화는 미비하였다. 표면의 미세경도는 매우 높았고, 기지내의 기본 미세경도는 갈수록 확산영역 전반에서 감소하였다. 질화와 산화는 침입형 질소와 산소 뿐만 아니라 TiN과 TiO의 형성 때문에 표면 미세경도를 증가시켰으며, 질화된 합금의 미세경도는 산화온도가 증가함에 따라 증가함을 보였다.
Many types of titanium-based alloys have been developed over the past years. They are widely used in aerospace application and corrosive environments because of their superior properties such as high specific strength and modulus, excellent corrosion resistance in many active environments, and high temperature capability as well as cryogenic properties in some cases[1-4]. However, they have found little use in mechanical engineering applications due to their poor tribological properties such as poor abrasive and wear resistance, a tendency to galling and seizure, a tendency to fretting wear and fretting fatigue, and high coefficient of friction .These problems can be overcame by changing the nature of surface of titanium and titanium alloys by forming functional coatings using surface engineering techniques (e.g. gas nitriding, plasma nitriding, laser nitriding and ion implantation ). The surface is changed from titanium to a hard compound of titanium. Gas nitriding and plasma nitriding are among the most widely used thermo-chemical treatments for improving the surface properties of titanium alloys. They are diffusion methods that can easily increase the hardness of the alloys.