γ-TiAl合金由于具有低密度、高比强度、高温强度、抗蠕变性等特点,被认为是最具应用价值和潜力的新型材料,人们希望它可以替代镍基高温合金来减轻航空发动机的重量。但γ-TiAl合金在750℃以上抗高温氧化能力不足的缺点限制了其应用。针对此问题,本课题采用双层辉光等离子合金化技术在γ-TiAl合金表面制备Ta-W合金层,通过在800℃和900℃下进行恒温氧化试验对比分析γ-TiA基体与Ta-W合金层的氧化机制,并通过第一性原理研究氧吸附情况来进一步探索氧化机理。通过正交试验探索最佳合金化工艺参数,得到表面平整、结构致密,晶粒细小,无明显缺陷,且与基体结合良好的Ta-W合金层。改性层总厚度约为25μm,其中沉积层约为15μm,扩散层约为10μm,与基体结合力为71N。XRD物相分析表明,合金层表面形成单一的体心立方结构,W元素固溶在Ta中,起到了固溶强化的作用。γ-TiAl基体和Ta-W合金层的显微硬度平均值分别为348.3HV_0.1和1021.3HV_0.1,合金层显微硬度约为基体的2.93倍。纳米压痕测试结果发现Ta-W合金层具有较高的纳米硬度和弹性模量,以及较强的抵抗塑性形变能力。通过恒温氧化试验对比探究γ-TiAl基体、Ta-W合金化试样在800℃和900℃下的抗高温氧化性能。结果表明,基体在氧化过程中Ti和Al元素发生交替氧化现象,形成TiO₂和Al₂O₃混合氧化膜。Ta-W合金化试样在氧化初期生成的氧化产物为Ta₂O₅、（Ta,O）、TaO₂和WO₃,随着氧化时间的增加,Ta、W元素不断消耗,氧化产物最终以TiO₂和AlTaO₄为主。基体在800℃下氧化时氧化曲线呈现“直线型-抛物线型-直线型-抛物线型”循环交替的规律,在900℃下呈现“抛物线型-直线型”规律,此时氧化膜对基体的保护作用几乎为零。Ta-W合金化试样在800℃和900℃下氧化都呈现抛物线规律,生成的混合氧化膜具有抗高温氧化性能。采用第一性原理方法对合金化及氧化机理进行初步研究。计算结果表明,Ta、W元素双掺杂时在γ相基体中优先占据Al位。通过计算TaW掺杂前后Ti和Al的空位形成能,发现Ta、W双元素掺杂有利于Ti、Al空位的形成,使得合金层中元素扩散能力加强,有利于合金化过程中形成高固溶度的Ta-W合金层。O吸附计算结果表明,γ-TiAl基体中O原子更容易吸附在周围Ti原子较多的fcc-Al和hcp-Al位点上,使Ti-O键的形成速率增加。TaW掺杂后O在γ-TiAl（111）面的吸附位变化证明了TaW掺杂会抑制O的内扩散。通过电子结构分析发现吸附态O与Ta、W、Al原子之间的活性增加,而与Ti原子之间的相互作用变弱。因此,TaW掺杂对提高γ-TiAl合金的抗氧化性能是非常有利的。