将TiAl基合金的显微组织均匀细化,以期改善其室温脆性,并平衡和提高其综合力学性能,已成为TiAl基合金研究的发展趋势。本论文以粉末冶金TiAl基合金的组织细化为目标,从TiAl合金纳米粉末的制备和物相形成规律,以及放电等离子烧结(SPS)TiAl基合金中硼的晶粒细化和近Y组织的形变机制两个主要方面开展了相关研究,得到如下主要结论：采用改进的自悬浮定向流技术,通过调节金属熔球的蒸发温度,制备出平均粒径小于100nm的不同物相的TiAl合金纳米粉末,其物相组成与熔球温度有关。随着金属熔球温度从2400℃降低,纳米粉末的组成由纯的α2-Ti3Al相逐渐转变成含有γ-TiAl相的复合相,而且α2-Ti3Al相的相对含量也相应降低。当熔球温度降低至2180℃时,TiAl合金纳米粉末中形成了新的a(h,l)-TiAl3相。随着熔球温度的进一步降低,首先是没有α2-Ti3Al相的生成,然后γ-TiAl相的相对含量也逐渐降低,至没有γ-TiAl相的生成,而a(h)-TiAl3相的相对含量逐渐增加,其晶化也更为完全。基于自悬浮定向流技术的物理过程和实验结果,结合热力学中吉布斯自由能的相关理论,提出了可能的合金化机制,揭示出自悬浮定向流技术制备TiAl合金纳米粉末过程中的物相形成规律。在自悬浮定向流技术的冷却过程中,混合的Ti、Al金属蒸气首先冷却形成单质Ti、 Al小团簇的混合物,然后在单质Ti、Al小团簇之间发生合金化反应,形成金属间化合物相的团簇,并最终冷却生长成金属间化合物纳米粉末。在热力学意义上,单质Ti、Al小团簇的瞬时温度和数量比直接决定了合金化反应产物的物相。采用真空退火工艺研究了纯α2-Ti3Al相和复相的TiAl合金纳米粉末的物相转变规律。随着退火温度的增加和退火时间的延长,纯α2-Ti3Al相的纳米粉末中α2-Ti3Al相转变成γ-TiAl相的程度逐渐增加,其晶粒尺寸也逐渐增大。将该纳米粉末真空压制成块体也有助于上述相转变。对复相的纳米块体进行真空退火,可以得到纯γ-TiAl相的纳米晶合金。联合采用硼元素的添加和SPS快速烧结两种晶粒细化技术,对比研究了不同烧结温度时无硼和含硼TiAl基合金微观结构的组织细化效应。对于在较低烧结温度时形成的近Y组织,含硼TiAl基合金中Y相晶粒的晶粒尺寸要小于无硼TiAl基合金。在相同的烧结温度范围(1312℃～1365℃)内,无硼TiAl基合金的显微组织从双态组织、近片层组织转变为全片层组织,而含硼TiAl基合金的显微结构则一直保持为双态组织,因此含硼TiAl基合金中形成双态组织的烧结温度范围要比无硼TiAl基合金的更宽。通过对含硼TiAl基合金中硼化物的类型、形状、大小、及其随烧结温度的演化规律的分析,和准片层组织微结构的透射电镜(TEM)表征,揭示出含硼TiAl基合金中的晶粒细化机制。添加硼元素后形成的硼化物(TiB2)在较高烧结温度时,通过其晶界钉扎作用限制了α相晶粒的生长,并最终细化了TiAl合金基体相晶粒。在冷却过程中,位于晶粒内部的硼化物促进了γ相晶粒的异质成核,相应降低了过冷度,提高了片层团组织的形成温度,得到了主要由厚γ相片晶组成的准片层组织。测量和对比分析了无硼和含硼TiAl基合金的室温拉伸力学性能。对于近γ组织微结构,含硼TiAl基合金的屈服强度要明显高于无硼TiAl基合金,但其断裂延伸率较低。当含硼TiAl基合金的微结构为含有准片层团的双态组织时,同时具有较高的强度(468MPa)和较好的延展性(1.54%),明显优于全片层组织的无硼TiAl基合金。针对SPS烧结TiAl基合金中的近γ组织,在分析位错特征、统计施密特因子分布、观察晶界交割现象,并定量计算Hall-Petch关系的基础上,揭示了近γ组织在室温拉伸应变过程中的形变机制及晶粒尺寸效应。近丫组织TiAl合金中的形变主要有普通位错滑移和孪生形变两种模式。多种晶界交割现象表明形变模式的激活更多与其在晶界处的成核有关,而不是由于宏观应力的取向所致。近γ组织中表现出的Hall-Petch关系符合位错塞积模型,可能与晶界交割有关,激活了与施密特定律部分不符的形变模式。位错塞积长度计算表明其Hall-Petch关系更多是由于肖克莱位错通过孪生方式的移动。