TA7钛合金作为一种具有比强度高、耐蚀性优良的α钛合金,目前已经被广泛应于航空航天、高端汽车、舰船、海洋工程等方面。然而由于硬度较低和耐磨性差导致钛合金无法在更广泛的领域中得以应用。利用表面改性在钛合金表面形成一层硬质相层,可以在保留其优点的基础上,大幅度提高钛合金的硬度、耐磨和耐蚀性能。固体渗硼法是一种简单而有效的表面改性方法,操作简单、渗剂多样化等优点,且具有良好的经济效益而被广泛应用。本文采用固体粉末渗硼法对TA7钛合金进行渗硼处理,根据TA7的相变温度（1025℃）,选取渗硼温度分别为975℃、1000℃、1025℃、1050℃和1075℃,渗硼处理时间为6、8、10、12、20小时,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对渗硼层的物相及其组织进行分析,采用维氏硬度计、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和激光共聚焦仪对渗硼层的表面硬度、显微硬度、摩擦系数和磨损形貌进行测试分析,研究渗硼温度和时间对TA7钛合金渗硼层性质的影响,分析渗硼层的生长动力学,结合对渗硼层化合物的XRD精修及渗硼层化合物与基体界面的第一性原理理论计算,揭示渗硼层硬度和耐磨性提升的原因,得出以下结论:当渗硼温度低于相变温度时,渗硼样品由表面到内部形成了Ti B2-Ti的渗层,但该渗层不连续且不致密;当渗硼温度大于或等于相变温度时,TA7样品表面形成了一层致密且连续的由表面到内部依次为Ti B2-Ti B-Ti结构的渗层。相同渗硼处理温度下,渗硼处理的初始阶段渗硼时间的增加能使渗层的厚度快速增加,随后随着渗层厚度增加放缓;此外渗硼时间相同时,渗硼处理温度越高,渗硼层的厚度越厚。采用d~2=Dt扩散模型对TA7钛合金的渗硼层的生长动力学进行模拟,计算出B在Ti B2层中的扩散激活能为61.676 k Jmol-1,B在Ti B晶须中的扩散激活能为241.171 k Jmol-1,B在TA7中的平均扩散激活能为169.119 k Jmol-1。分别对975℃-20h、1050℃-20h和1075℃-20h渗硼样品行了硬度、耐磨性测试,测试结果表明,固体渗硼处理后的TA7样品表面硬度达到605HV;纳米压痕测试结果表明,通过固体渗硼在TA7表面制备的Ti B2-Ti B-Ti渗层的显微硬度达36GPa,Ti B晶须显著降低了表面到基体的硬度梯度,从而缓解渗层应力集中的问题。最外层的Ti B2渗层的硬度受到渗硼温度的影响,渗硼处理温度越高,表层Ti B2硬度越大,这与XRD精修及第一性原理计算结果一致。此外,所有样品与未渗硼的TA7合金相比,渗硼后的TA7钛合金耐磨性能显著提高。在摩擦磨损测试中,发生在渗硼层表面的是磨粒磨损。通过第一性原理计算了Ti B2（0001）表面的稳定性和Ti B2（0001）/Ti（0001）界面的电子结构,通过界面粘附功大小对模型的稳定性进行了评价。结果表明,B终端Ti B2（0001）表面稳定性比Ti终端Ti B2（0001）表面的更高;B终端的Ti B2（0001）面上的B原子可以与其最邻近的3个Ti（0001）面上的Ti原子成键,同时Ti B2（0001）面上的Ti原子还可以与Ti（0001）面上的第一层Ti原子产生轨道杂化,从而提高了Ti B2（0001）/Ti（0001）界面的稳定性,使渗硼层中的Ti B2与Ti基体结合良好。