涡轮进气温度是影响燃气轮机系统发电效率的主要因素之一,温度越高,发电效率越高,同时给燃机叶片带来更高温度燃气的冲击,对叶片在高温下的强度和抗氧化性能要求越来越高,因此研究高温下的高强度抗氧化叶片材料具有重要意义。本文针对上述问题,探究了叶片材料的微观氧化机理,并对其在不同温度下的氧化动力学进行了研究,最后分析了元素掺杂对叶片材料抗氧化性能和力学性能的改善。本文的主要研究内容和结论如下:（1）燃机叶片材料的微观氧化机理研究。构建了O原子在叶片材料Ni3Al合金的吸附模型和扩散模型,经考核模型准确可靠,并基于第一性原理研究了O原子在材料表面的吸附特性以及在材料基体中的扩散路径和对应的扩散势垒。计算结果表明:表面能结果显示（100）面是Ni3Al合金最稳定存在的表面,O原子优先吸附在（100）面的洞位位点,吸附能为-6.097 e V,并会优先与表面的Al原子反应生成氧化铝保护膜。此外,找到了O原子在材料基体中最可能的扩散路径,其扩散势垒为0.812 e V。（2）叶片表面的氧化动力学研究。构建叶片表面材料在氧气气氛中的的氧化模型,经考核模型准确可靠,并基于分子动力学方法研究了叶片表面在不同温度下的氧化动力学特性。首先观察到氧气在叶片材料Ni3Al合金表面的氧化过程:氧分子吸附在Ni洞位后,O-O键断裂分解为两个O原子,分别在Ni洞位附近与金属原子反应生成氧化膜,后续O原子向材料基体扩散发生深度氧化,氧化膜增厚。在300 K和500 K时,发生反应的氧气数量和氧化层厚度都较小,氧化速度慢,氧化速率常数分别为2.5×10-4和5.9×10-4。而当温度超过700 K时,氧气消耗量和氧化层厚度都开始明显增大,氧化速度加快,1300 K时的氧化速率常数达到0.018。（3）元素掺杂对叶片材料性能影响的研究。构建叶片材料的元素掺杂模型,经考核模型准确可靠,基于模型研究了添加Cr、Re元素对材料抗氧化性能和力学性能的影响。计算结果表明:在掺杂不同浓度的Cr和Re元素后,均有利于促进氧化铝的生成,增大了氧化铝在氧化膜中的比例,提高了氧化膜的连续性和致密度。此外,O原子在材料基体不同扩散路径的扩散势垒均得到提高,增大了O原子向合金基体扩散的难度,阻碍深度氧化的发生,改善了材料的抗氧化性能,其中最可能扩散路径的扩散势垒最高提升了51.8%。得到最佳的掺杂方式为0.5浓度的Cr、Re共掺杂。元素掺杂后材料的力学性能也得到不同程度提高,材料在X轴方向上抗压缩能力增强,抵抗横向变形能力增强,材料的硬度、剪切模量和杨氏模量均有提高。