本发明属于钛及钛合金表面处理技术领域，具体涉及一种钛合金表面离子碳氮共渗处理装置。装置中采用了双电源体系、一套直流电源控制辅助阴极，通过向辅助阴极施加电压，可以加速辅助阴极附近氩气的电离，激发离子碰撞加速升温，同时能够对工件及炉内腔体起到清洁的作用；另一套高频脉冲偏压电源负极与工件相连，正极接地，使得工件处于负电位，负偏压对工件表面等离子体的扩渗过程起到了加速的作用，可以提高离子对工件表面的轰击作用，增强扩渗层的附着力和致密度。氨气、二氧化碳作为扩渗介质，在电子的碰撞下形成具有较高内能的电子激发态离子，制得厚度适中、组织均匀的扩渗层，显著提升钛的力学性能及摩擦学性能。