γ-TiAl具有比强度高、比模量高、耐蚀性好等优点,是当代化工、航空航天和汽车等领域具有巨大应用潜力的材料之一,但是γ-TiAl的抗高温氧化性能与耐磨性能不足等缺陷限制了其应用。针对上述问题,本课题采用双层辉光等离子表面冶金技术在γ-TiAl表面制备Ta,Nb合金层作为对比,探究其高温氧化行为和摩擦磨损机理。采用第一性原理对Ta,Nb元素在γ-TiAl合金中的择优占位倾向进行分析,得出Ta,Nb元素在γ-TiAl合金中均优先占据Ti元素的位置。氧吸附能计算结果表明Ta与Nb元素的掺杂均有助于氧原子于γ-TiAl（111）表面发生稳定化学吸附。通过双层辉光等离子表面冶金技术在γ-TiAl表面制得的渗Ta合金层的厚度约为14μm,其中沉积层为10μm,扩散层为4μm。渗Nb合金层的厚度约为12μm,其中沉积层为9μm,扩散层为3μm。合金层表面为纯金属相,组织致密且均匀,扩散层中元素呈梯度分布。TEM结果表明,Al元素向外扩散较Ti元素更为强烈,扩散层中出现AlTa相。通过恒温氧化试验对比探究γ-TiAl基体、渗Ta合金层和渗Nb合金层在700℃、800℃和900℃下的抗高温氧化性能。渗Ta合金层的表面氧化产物主要为Ta₂O₅和Al₂O₃,在900℃氧化100h后出现少量的TiO₂,在700℃下,氧化膜均匀致密;800℃下,氧化膜出现少量裂纹;900℃下氧化膜出现剥落。900℃下单位面积氧化增重只有10.511mg/cm²,约为基体的一半。氧化膜与基体结合紧密,具有一定的抗高温氧化性能。渗Nb合金层的表面氧化产物主要为Nb₂O₅、NbO₂、NbO和Al₂O₃,在800℃下表面出现TiO₂,其表面氧化膜结构致密,与γ-TiAl结合良好。氧化物晶粒堆积致密,抗氧化性能优异。800℃表面氧化膜出现剥落,900℃下表面氧化膜大面积破损。900℃下单位面积氧化增重仅为7.797mg/cm²,能够有效提高γ-TiAl的抗高温氧化性能。显微硬度结果表明,γ-TiAl的显微硬度为318.3HV_0.1,渗Ta合金层为775.9HV_0.1,渗Nb合金层为693.1HV_0.1。纳米硬度结果表明,γ-TiAl的纳米硬度为DHT₁₁₅=517.44MPa,渗Ta合金层的纳米硬度达到DHT₁₁₅=740.146MPa,渗Nb合金层的纳米硬度为DHT₁₁₅=689.396MPa。通过摩擦磨损试验对比探究γ-TiAl基体、渗Ta合金层和渗Nb合金层在不同温度,不同滑动速度与不同载荷条件下的耐磨性能。渗Ta合金层试样在室温下其磨痕形貌均表现为典型的粘着磨损特征,高温下为磨粒磨损伴随氧化磨损。渗Nb合金层试样的磨损机制为轻微的磨粒磨损与氧化磨损。渗Ta合金层的比磨损率为17.7×10^-6mm³N^-1m^-1,只有基体的23%,渗Nb合金层比磨损率为19.3×10^-6mm³N^-1m^-1,为基体的25%,两者均远低于基体,等离子表面合金化能够大幅度的提高γ-TiAl的耐磨性。