纯TiAl金属间化合物在氧化的过程中形成TiO2+Al2O3混合型氧化膜而不能生成具有保护性的Al2O3膜。而添加Nb、Mo、W等元素则可提高TiAl合金的抗氧化性，其中Nb不仅能显著提高其抗氧化性而且改善蠕变抗力及室温强度。前人对系列不同Nb含量的TiAl基合金氧化增重研究结果表明，Nb原子百分含量在20 at％以内都能对抗氧化性起到促进作用，且随Nb含量的增加氧化速率呈下降趋势。　　 本文选择了具有代表性的系列不同Nb添加量的TiAl基合金Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.15B(第二代TiAl合金)、Ti-46.5Al-5Nb(第三代TiAl合金)、Ti-45Al-8Nb-0.2W-0.2B-0.02Y(第四代TiAl合金)及Ti-45Al-15Nb(at％)在900℃静态空气气氛下进行了不同阶段的等温氧化实验。综合运用EFTEM、EDS、EELS、SAED、HREM等手段，对TiAl基合金的初期氧化行为、Nb元素的分布特征及对TiAl抗氧化性的影响、氮化层中相结构的演变及氧化膜中亚稳态Al2O3相的相转变过程进行了系统的研究。　　 对TiAl基合金的初期氧化行为进行了研究，结果表明：Cr的加入会导致提前在过渡层中形成亚稳态X相及NbCr2相。当Nb的原子百分比加入在8 at％左右时可以促使Al2O3与富TiO2混合层的分层，在外层形成Al2O3膜，而Nb的加入量太低或太高时，在初期均未发生氧化膜的分层。当Nb的含量在15 at％时，初期氧化时没有形成氮化层。由于氮化物的PBR接近于1，所以形成的氮化层与基体结合性良好。而TiO2及Al2O3的PBR都大于1，所以在该层存在应力的集中，导致该层与下层之间形成明显的分界。随着氧化膜厚度的增加应力集中会不断升高，形成了强氧化膜弱界面结构，随着氧化时间的延长在这两层之间存在破裂的趋势。初期氧化时基体合金吸氧并发生晶粒细化，使晶界的体积分数增加，同时基体内部存在大量位错及晶格畸变。　　 添加合金元素的TiAl的氧化在不同的氧化时间总是存在氧化膜及过渡层。氧化膜中的各层随合金成分及氧化时间的变化而演变；过渡层的相组成较为复杂，随添加元素及氧化时间的改变也发生变化。研究了添加元素Nb对TiAl基合金抗氧化性的作用，结果表明：TiAl合金中添加Nb元素对抗氧化性起作用原因之一是由于+5价的Nb离子在富TiO2层的掺杂，对减缓阴阳离子在富TiO2层的传输、促进富Al2O3层的形成起到作用。而+3价的Cr所起作用与Nb相反。添加元素Nb会在过渡层重新反应形成Nb的化合物，所形成的化合物对阻止X相在过渡层中的连续形成起到作用，从而提高TiAl合金的抗氧化性。高铌TiAl合金在氧化过程中动力学曲线发生转折，这是由于转折点前后所存在的扩散通道发生变化引起，这是该类合金内在特征的表现。　　 研究了氮化层中相的形成及转变机理，结果表明：TiN相与Ti2AlN相具有取向关系：　　 (111)TiN//(0001)Ti2AlN，[011]TiN//[1120]Ti2AlN这种取向关系使得两相间的低指数方向及密排面保持严格平行，倒空间的重叠体积最大。TiN相在氧化膜与基体合金的界面处首先形成，而基体中Al元素的向外扩散降低了TiN相的堆跺层错能，从而在该相中形成大量的层错；Al的富集诱导TiN相向Ti2AlN相转变，使得在靠近基体方向形成Ti2AlN相。电子束的辐照能够提供能量使Ti2AlN相中的Ti-Al键断开，Ti-N间的重新组合形成非化学计量比的TiN相，Al在该相中富集。　　 对TiAl基合金氧化过程中Al2O3相的转变进行了研究，结果表明：TiAl基合金氧化过程中有亚稳态γ/Al2O3相、θ-Al2O3相及K-Al2O3相形成，其中γ-Al2O3相易于以孪晶形式存在而k-Al2O3相则具有120°三重旋转孪晶共存，不同的存在形式与其形成机理相关。TiAl基合金氧化与NiA和FeAl氧化过程中Al2O3相的转变过程相同，主要遵循以下两个路径：　　 γ-Al2O3→δ-Al2O3→θ-Al2O3→α-Al2O3　　 k-Al2O3→α-Al2O3