氧化过程中,金属材料表面形成的氧化层对材料表面性能具有很大影响,如腐蚀性能、摩擦性能、磨损性能、催化性能和长期稳定性或可靠性。Zr-Al合金由于其具有低中子俘获截面、耐腐蚀、低密度、优异热稳定性和高抗拉强度,近年来引起了人们的广泛关注而被用于核燃料元件包覆材料和真空系统的吸氢剂等领域。在各种Zr-Al金属间化合物中（如ZrAl₃、ZrAl₂、Zr₂Al₃、ZrAl、Zr₅Al₄、Zr₄Al₃、Zr₃Al₂、Zr₅Al₃、Zr₂Al和Zr₃Al）,ZrAl₂具有最突出的物理性能,如最大的弹性模量、最强的平均原子键合强度和最高的硬度。本文对ZrAl₂合金在不同温度下的热氧化行为展开了系统研究,揭示了ZrAl₂合金在高温下稳定形成微米厚非晶氧化层的机制,阐明了氧化层结构的演变机制,主要研究发现如下:在550～750℃氧化时,热氧化导致ZrAl₂合金表面形成微米厚（氧化层厚度最大为4.5μm）的非晶(Zr_0.33Al_0.67)O_1.66层。在这温度范围内氧化动力学遵循抛物线定律且反应活化能为143 k J/mol。微米厚非晶氧化物层保持稳定的潜在机制已基于（1）界面热力学,（2）Al与Zr元素同步氧化所形成的高界面稳定性这两个方面进行了讨论。随着氧化温度从800℃升高至950℃,ZrAl₂表面所形成的氧化物层由非晶结构向晶态结构转变,并且形成多层结构的晶态氧化层。在800～950℃温度范围内,氧化动力学遵循抛物线型规律且反应活化能为239 k J/mol。ZrAl₂合金从均匀氧化向选择性氧化转变的温度为850℃。氧化层结构从单层向多层结构转变的机制主要包括以下几点:氧化前期,非晶氧化物层发生晶化而导致均匀氧化形成单层氧化层;随着ZrAl₂合金氧化进行,由于Zr的高氧亲和势和氧化反应区域前沿的元素浓度不稳定性这两种因素的竞争效应,导致多层晶态氧化物层结构的形成。