钛及钛合金以高比强度、低密度、适用温度范围广等优异的性能,在航天航空、汽车船舶、生物医学及体育用品等领域广泛运用。但是由于其耐摩性差、硬度低等缺点,限制了钛及钛合金在摩擦磨损及其相关领域的应用。目前,固体渗硼法是一种有效的表面改性技术,其生成的渗硼层能改善钛及钛合金的表面性能。由于钛具有α、β两种同素异形体,而晶体结构的改变必然会影响渗硼层的生长。因此,研究纯钛α→β相变对渗硼层的影响,具有一定的科学价值和学术意义。本课题选用易于加工的TA2工业纯钛作为基材,采用固体渗硼法对其进行表面改性。纯钛α→β相变温度为882℃,因此选择渗硼温度为860℃⁹50℃,渗硼时间1²0h。利用扫描电镜、X射线衍射仪、电子探针、电化学工作站、摩擦磨损试验机等仪器对渗硼后试样进行分析测试,探讨渗硼层的组成以及综合性能。研究结果表明,TA2工业纯钛渗硼层为双层结构,表层为连续致密的TiB₂层,次表层为TiB晶须。渗硼层厚度在4μm-30μm之间。渗硼温度低于相变温度时,渗硼层厚度随渗硼温度升高而缓慢增加,在α→β相变温度附近,渗硼层加速生长。在920℃-20h渗硼条件下,渗硼层厚度最大。TA2渗硼层可以提升基体在酸性和盐性溶液中的耐腐蚀性能。另外,TA2渗硼层的表面摩擦系数为0.28⁰.41,比TA2基体的0.43要小。采取d²=Dt和d=kt^0.5两个扩散模型分析渗硼层生长动力学模拟,选用相关系数R、平均绝对值相对误差MARE和均方根误差RMSE三个参数对两种扩散模型的准确度定性分析。对比发现,扩散模型d²=Dt对渗硼层厚度的预测具有较高的准确性。运用Arrhenius型方程计算出硼在TiB₂层和TiB层的的扩散激活能分别为207.85 kJ mol^-1和278.49 kJ mol^-1。采用第一原理计算研究了B原子在α-Ti和β-Ti中的间隙扩散行为和机理。结果表明α-Ti中的八面体间隙和β-Ti中的四面体间隙是B原子优先占据位置。B原子在α-Ti中扩散的优先扩散路径分别为O-O,其扩散能量壁垒为0.8403 eV。B原子在β-Ti中扩散的优先扩散路径分别为T-T,其扩散能量壁垒为0.7751 eV。。电子结构表明B原子在扩散过程中从Ti原子中获得电子,从而形成B-Ti共价键。随着温度的升高,B原子在α-Ti和β-Ti中的扩散系数增大。同时,B原子在α-Ti中的扩散系数总是小于β-Ti,这表明β-Ti是B原子迁移和扩散的主要通道。