表1.2 钛铝合金发展历史

阶段 时间（年） 代表成果 主要应用

起步 1974-1985 TiAl相图绘制、Ti-48Al-1V-0.1C 为钛铝合金研究奠定基础

热潮 1986-1995 45XD，47WSi 钛铝合金进入应用研究和部件测试

兴起 1996-2005 Ti-43A1-4Nb- 1Mo-0.1B、高铌钛铝合金、β凝固钛铝合金 备工艺与加工

方法研究

特定应用 2006-迄今 铸造Ti-48Al-2Cr-2Nb多元微合金化钛铝合金 TiAl叶片进入大量生产

1.2 金属的氧化行为

1.2.1 纯金属的氧化

氧化即氧元素与其他元素发生的化学反应。金属间狭义的氧化是指金属和环境中的氧反应而生成金属氧化物。对于金属失去电子从而使其正原子价增高的反应称为广义金属氧化，几乎所有的金属在高温热暴露条件下都要与环境中的氧发生反应产生相应氧化物，从而生成相应的氧化物。抗高温氧化性是高温材料的必备性能之一，材料要求在高温环境中能够形成具有屏障作用的保护性氧化膜。

许多金属,如Ni、Cr、Al、Zn、Cd等在氧化过程中形成组分单一的单层氧化膜，还有许多金属的固相氧化物有多种组成，如Fe、Co、Cu等,这些金属只有在特定环境条件下才能形成一种成分的单层氧化膜。这些单层氧化膜按导体性质分为p型半导体、n型半导体、离子导体三类。许多金属在一定的温度和氧分压下能够生成多相的氧化膜。氧化膜相的分布有这样的规律：最富金属的氧化物相紧靠着金属生成，最富氧的氧化物则在气相一侧生成。生成多层氧化膜的动力学很复杂，由各氧化层的性质决定。例如，当外氧化层多孔内层致密时，动力学为抛物线-直线规律。而且仅在氧化初期为抛物线规律；当各氧化层均很致密时，总动力学规律仍然是抛物线规律。根据热力学规律可以得知金属之间发生氧化反应时的吉布斯自由能变化如下式(1-1)：

                   ΔG=ΔGθ +RTlnK                              (1-1)

方程中右边第一项ΔGθ为所有物质处于标准状态时吉布斯自由能的变化；右边第二项R为气体常数，T为绝对温度（t+273.15k），K为反应的平衡常数。

1.2.2 合金的氧化

合金的氧化与纯金属的氧化存在相似的一面，许多在纯金属氧化中发生的现象也会在合金氧化中发生。但是,合金氧化与纯金属氧化又存在差别，合金至少含有两个组元和两个以上可能氧化的成分，所以合金氧化必须考虑更多的影响因素和参数。合金氧化的机理将比纯金属氧化要复杂得多。

合金的组元对氧有不同的亲合力，并且在氧化膜和合金基体中反应原子不可能以相同的速度扩散。其结果合金生成的氧化膜中不会含有与合金基体中相同的组元的相对含量。而且，合金氧化膜的成分与结构在氧化中往往发生变化，造成氧化动力学显著偏离理想的、简单的速度公式。

如果合金生成低熔点共品氧化物，将产生加速氧化或灾难性氧化。如果发生氧在合金相中的溶解，合金中较活泼的组元也可能在合金内形成内氧化物，即发生内氧化。当合金中较活泼组元的浓度超过某一临界值，将生成该组元的氧化膜，  即发生选择性氧化。合金氧化还可能生成含多种金属的复合氧化物，如尖晶石结构。合金氧化还有许多其它的影响因素，所有这些都使得全面定量地研究合金氧化比研兖纯金属氧化要困难得多。

由于工程材料一般都不采用纯金属，从实用的观点看，合金的氧化，特别是提高抗氧化能力的方法，在金属的高温氧化领域中很重要。虽然通过基础研究和工程技术研究已经积累大量的有关合金氧化的知识，但是人们对于合金氧化机理的了解仍然是远远不够的。这主要反映在对子氧化物体系及其相图和结构,氧化物及合金相中的扩散传输机制，氧化膜与金属的附着状况等方面缺乏深入的全面了解。