涡轮叶片在工作过程中受到服役环境高温气流的氧化腐蚀作用,诱发表层显微组织结构变化,叶片在服役过程中蠕变强度下降,缩短叶片的使用寿命。叶片用镍基单晶高温合金在升温过程中发生的初期氧化是后期工作温度服役过程中深度氧化的开始和必经阶段,了解合金的初始氧化行为有助于深入理解高温服役状态下合金的氧化行为和机理。本文研究镍基单晶高温合金DD5在水蒸气环境下由室温升温到1150℃过程中发生的初始氧化行为,着重关注合金内氧化的初始形成和发展。用环境扫描电子显微镜对DD5合金试样进行原位氧化形貌观察,利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和能谱技术对氧化样品的表面和横截面形貌、氧化物的结构和成分进行了表征和分析。研究发现:γ’相表面主要发生非晶氧化铝的形成和生长以及内氧化物y-Al₂O₃在非晶氧化铝和γ1界面间的形核和生长。γ相表面主要发生Ni、Co和Cr等元素的外扩散氧化形成Ni_xCo_1-xO和Ni_xCO_1-xCr₂O₄以及γ-Al₂O₃内氧化颗粒在γ相亚表面的形核和生长。垂直于合金表面的γ-γ’相界促进非晶氧化铝的初始形成,该处900℃时形成的γ-Al₂O₃颗粒在980℃时和γ相亚表面形成的γ-Al₂O₃生长合并成一个大的γ-Al₂O₃内氧化颗粒。900℃开始γ’相表面氧化物对γ相表面氧化物的组成产生影响:非晶氧化铝生长侵入到γ相表面的Ni_xCo_1-xCr₂O₄和γ-Al₂O₃界面;2)Al³⁺从非晶氧化铝向Ni_xCo_1-xO和Ni_xCo_1-xCr₂O₄的界面扩散,溶入Ni_xCO_1-xCr₂O₄并引起Ni_xCo_1-xCr₂O₄分解。非晶氧化铝局部向基体侧快速生长凸出以及γ-Al₂O₃在合金亚表面的形核和生长先后为DD5合金内氧化的主要形式。在合金亚表面,γ相、γ’相以及垂直于合金表面的原始γ-γ’相界附近依次在600℃、810℃和900℃的温度下达到γ-Al₂O₃的形核条件。O^2-内扩散以及Al外扩散的难易程度决定了 γ-Al₂O₃的形核速率、已有γ-Al₂O₃颗粒的粗化速率以及内氧化反应前沿的移动速率。1150℃时,各位置形成的y-Al₂O₃颗粒倾向于形成处于同一个平行于合金外表面平面的反应前沿。γ-Al₂O₃的形核和长大对合金亚表面处造成压应力,直接引起外侧非晶氧化膜的局部形变或者通过Ni、Co和Cr等元素外扩散氧化或沿合金亚表面扩散到邻近的非晶氧化膜和Y1的界面上形成γ2得到释放。