钛合金具有熔点高、比强度高、耐蚀性好、高温稳定性强、化学性质比较活泼等特点,易与C、O、N等气体间隙元素形成反应生成TiC、TiO2、TiN等化合物。在钛表面生成这些化合物具有较高的硬度,可提高钛合金表面的硬度及耐磨性能。基于此,本文以TA2为研究对象,通过钛金属在高温条件下分别与C、O、N气体进行化学反应,在钛表面形成一层含有钛与气体元素形成的化合物的渗层,研究该渗层的微观结构、组织成分演变规律,揭示其扩散反应机理,研究温度、时间与反应生成物及在钛形成的渗层特征关系。在C、O气氛中,处理温度较低（400℃～700℃）时,TA2表面存在一层氧化膜,由于Ti与C亲和力高,在TiO2层表面又会吸附从C、O气氛中吸附C原子形成一层无定型碳层,随着温度逐渐升高,表面吸附的C原子含量增加。所形成的无定型碳层阻碍了 O原子向基内部扩散反应进行,降低了 TA2表层O元素含量。当处理温度高于800℃时,表层无定型碳层中C原子在Ti内部扩散程度增加,随着温度增加,C原子不断向渗层内部扩散,其消耗了表层无定型碳膜中的C,导致无定型碳层变薄且疏松,气氛中的O原子可以轻松穿过表层无定型碳膜,加之高温对O扩散系数的提升作用,TA2表层中O元素含量又不断增加。此外,对C、O气氛1100℃保温3 h的TA2表面渗层研究发现,渗层表面主要存在TiO2和无定型碳相,几乎不存在TiC相,沿着渗层深度方向,无定型碳含量迅速下降,而TiO2降低比较缓慢,同时渗层中TiC相则含量迅速增加,然后保持平缓,其含量高达80%以上。在氮气气氛中进行800℃～1100℃不同温度,保温5 h处理后,发现随着处理温度升高,N原子在TA2基体内部扩散系数增大,并不断向基体内部扩散与Ti形成致密的氮化物,而形成的氮化物能对气氛中O向基体内部的扩散具有阻隔作用,从而降低了渗层中的O含量。温度较低时（<1000℃）N与Ti首先形成的氮化物为亚稳态的Ti2N相,随着温度进一步升高,Ti2N相与表面扩散进入的N原子发生反应生成化学性质更加稳定的TiN相。1100℃进行不同时间（1 h、5h、7h、10h、12h）处理后,发现随着保温时间的增加,TA2试样渗层厚度增加,渗层中N元素含量增加,O元素含量降低。此外,随着保温时间的增加,渗层中的Ti2N相将逐渐转变为TiN 相。