过去的科学研究一直致力于解决其低室温塑性和热加工难等问题，目前研究开发的Ti-48A1-2Cr-2Nb（at，%）合金已具有良好的综合力学性能，有望得到商业应用，但TiAl 的抗高温氧化能力较差，不能满足使用要求，因此它的高温氧化成为热点问题。在氧化物膜中抗氧化最有效的是Al2O3和SiO2，它们不但有较高的化学稳定性，而且阴、阳离子在其中的扩散系数都很低，所以镍、钻基高温合金渗铝，钼合金渗硅等都已经得到广泛应用，但在Ti-Al系合金中由于Al2O3和TiO2的形成自由能十分提近，铝活度与其成分存在严重的负偏差，很难以选择氧化方式形成氧化膜，因此TiAl 合金表面形成层状结构的氧化膜[8]。合金长期氧化的动力学曲线如图1.1:

图1.1 合金TiA1的长期氧化动力学曲线

目前来看，对于含Ta和Cr的新型TiAl合金在其预期使用温度830℃及其以上温度的氧化动力学及组织形貌特征的系统研究还较少。

1.5.2 其他处理手段对TiAl合金高温氧化行为的影响

合金元素对TiAl合金高温抗氧化性能的影响分为有害元素中性元素有益元素三类，加入一些合金元素可以显著提高TiAl合金的抗氧化性能，例如Cr、Nb等。但如果直接把这些合金元素加到合金基体中不仅不能提高性能而且会严重影响合金的一些力学方面的性能。所以能够改善TiAl合金抗氧化性能的有效途径应该是对合金进行表面处理或者加一些防护涂层。表面处理方面比如低氧压处理，离子注入，硫化等；涂层通常有TiAlCr涂层，陶瓷涂层这些。

1.6 本论文的研究目的、意义

新材料的开发与应用能推动高技术工业的进步。金属间化合物，是指金属和金属之间，或者类金属和金属之间相互结合而生成的化合物的统称，其原子间的组合排列遵从某种高度的有序的规律。本课题主要研究一种金属间化合物TiAl合金在不同温度空气中的高温氧化行为。

随着原来阻碍其实际应用的低的室温延性和难热加工成型两大难题逐步得到解决，TiAl基合金高温抗氧化性不足的问题已开始显得尤为突出。由于TiAl基合金试样表面不能形成致密的氧化膜三氧化二铝，并且氧化层和基体之间形成的Ti3Al相由于浓度梯度形成的化学势作用，其内的Ti原子会越过Al2O3层扩散，在最外层形成了疏松的 TiO2。因此在830℃以上长期使用时TiAl基合金抗氧化性能不足，而添加合金元素是简单而又有效的方法，TiAl基合金对于航空航天和汽车工业中的高温应用而言是有趣的。金属间化合物在室温和高温下都具有较高的机械强度[10]。高强比对于航空和工业用燃气轮机叶片等部件的设计非常重要，这些部件在使用期间高速旋转。近来大多数开发高强度轻质建筑材料的努力都集中在提高含铝金属间化合物的机械和氧化性能上。在足够高的铝含量下，这样的材料能够形成保护性的氧化铝鳞片，这导致在非常高的温度下具有优异的抗氧化性，由于社会对更高效的汽车或喷气发动机的需求日益增长，触发了用轻重量（约4 g / cm3）的轻质TiAl合金替代目前使用的重Ni基或Co基高温合金，以及有希望提高的高温性能。在2011年，通用电气公司的GEnX喷气发动机的低压涡轮机中引入了铸造TiAl叶片例如波音787。然而，从TiAl技术的观点来看，这些合金的工业化开发需要考虑两大问题。其中之一涉及材料的机械加工性，另一个是对环境损害的抵抗力。最近的发展已经导致高强度的锻造多相合金的b / bo-阶段旁边的g-和a2-阶段，通常构成工程TiAl合金。改善的可加工性和平衡的机械性能使其可用作高达750℃的创新型高温材料。计划将750℃以上的TiAl组分的操作温度升高，其使用仍受阻于不足的抗氧化性[11,12,13]。尽管Al含量相当高，TiAl合金不像其他铝化合物如NiAl那样在高温下形成保护性氧化铝结垢。其原因是Ti和Al氧化物具有类似的热力学稳定性[9]。因此在空气中高温暴露时，发生快速生长的混合TiO2 / Al2O3 / TiN结构，这是非保护性的。一旦这个规模达到临界压力水平，它会发生剥离，这导致材料损失和TiAl组件寿命的减少。根据目前的知识状态，不同的添加剂可以保护TiAl合金在高达800℃的温度下长期暴露在环境中受到损害。在高达800℃的温度下，添加Nb在提高基体合金的抗氧化性方面是最成功的[14]。TiAl基合金在内燃机涡轮叶片等高温结构应用中具有很大潜力。然而，800℃以上的耐氧化性差，TiAl的环境脆化限制了其应用。所以应该保护TiAl基合金以便在高温下使用[15]。可以说TiAl基合金的应用，极大地促进了当代高新技术的进步与发展，促进了结构与元器件进入“四化”时代，即微型化、集成化、轻量化、与智能化，促进了新一代元器件的出现。这一“科学宠儿”最大的价值是将会在航空航天等重要领域发挥能量，所以本课题的研究也是顺应潮流，有不同寻常的意义。