钛铝基合金是一种以钛铝金属间化合物为基体的合金,以其密度低、强度高和抗氧化性能优良等特点,成为一种很有潜力的航空航天高温结构材料,但其延展性和高温抗氧化性仍需要进一步提高。因此,对钛铝金属间化合物及其氧化膜的理论研究具有重要的理论意义和潜在的应用价值。首先,基于Materials Studio软件及其Visualizer和CASTEP模块,对钛铝金属间化合物晶体结构进行几何优化和自由能计算。运用GGA-RPBE、GGA-PBE、GGA-PW91和LDA-CA-PZ四种计算方法,分别对Ti₃Al、TiAl和TiAl₃三种晶体结构进行几何优化,结果与实验吻合得都很好。其中,GGA-RPBE方法的结果与实验数据最接近。三种晶体结构的晶格参数分别为a=b=5.77,c=4.67;a=b=3.99,c=4.03和a=b=3.80,c=8.52,a分别比实验数据大0.17%、0.00%和-1.30%,c分别比实验数据大1.30%、-0.98%和-0.70%。根据这些晶格参数,对Ti₃Al、TiAl和TiAl3晶体结构,分别运用上述四种方法计算其自由能。结果显示,GGA的三种方法计算的自由能相差很小,且都小于零。而LDA-CA-PZ方法计算的自由能较高。这表明了Ti₃Al、TiAl和TiAl₃三种钛铝金属间化合物结构的稳定性。其次,对几种工业中常见金属及其氧化物的自由能进行计算,从空间结构和热力学方面考虑,α-Al₂O₃都是抗高温氧化的最佳选择之一。根据原子位形几率波理论,对α-(Al_xCr_2-x)O₃抗氧化膜进行分析设计,得到七种有序结构。为今后的高温抗氧化研究提供了理论依据。