用电镀Pt和气相渗铝方法在抗热腐蚀镍基单晶高温合金DD413表面制备Pt-Al涂层并将其分别在850℃和1000℃长时热暴露，用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等手段表征其基体/涂层间的互扩散行为和近涂层基体界面的微观组织，研究了长时热暴露对其微观组织演化的影响。结果表明：随着热暴露时间的延长互扩散区(IDZ)内的MC碳化物和σ-TCP相都发生不同程度的溶解，并在界面上析出M23C6碳化物。同时，二次反应区(SRZ)的尺寸及其内的σ-TCP相的含量不断提高。近涂层基体中的立方状γ'相依次发生球化和相互联接呈筏形转变。热暴露温度越高上述组织退化过程越明显，长时热暴露引起的组织退化与高温下元素的扩散密切相关。

使用OM、SEM和EDS等手段，研究了第三代镍基单晶高温合金DD33不同V型缺口取向([100]、[210]和[110])片状试样从室温到不同上限温度(1000℃、1100℃和1200℃)的热疲劳过程中裂纹的萌生和扩展行为。结果表明，在三种上限温度，DD33合金的热疲劳性能均出现明显的各向异性。在三个上限温度[100]取向试样均表现出最好的热疲劳性能；上限温度为1000℃和1200℃[110]取向试样的热疲劳性能最差，上限温度为1100℃[210]取向试样的热疲劳性能最差。不同取向试样的热疲劳裂纹的萌生和扩展行为，均呈现出一定的晶体学取向规律。热应力、氧化以及滑移系的开动，导致不同取向试样裂纹的扩展速率不同。

分别在980℃/200 MPa和870℃/430 MPa条件下对镍基单晶高温合金DD413进行应变量为0.2%、0.5%和1%的蠕变中断实验，模拟在热-力耦合作用下这种合金的组织损伤特征并进行量化表征，对比研究了预应变对其蠕变性能的影响并建立了组织损伤参量-剩余蠕变性能的关系。结果表明：DD413合金的组织退化损伤，主要有γ'相体积分数的降低和γ'相筏化程度的提高。蠕变温度越高其组织损伤越严重，合金的再蠕变性能越差。与γ'相筏排化相比，γ'相体积分数的降低对合金蠕变性能的影响不大。

用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察两种“W替Re”型低成本第二代镍基单晶高温合金分别在982℃/248 MPa和1070℃/137 MPa条件下持久变形断裂后的微观组织，研究了其变形的机制。结果表明，两种合金的持久性能均达到第二代单晶高温合金的水平；持久变形断裂后γ'相连接并合并成“N型筏”结构，随着与距离断口位置的接近γ'相的扭曲变形程度加剧。在相同条件下8.5W+1.0Re合金γ'相的筏形化程度比8.0W+1.5Re合金低；与982℃/248 MPa条件相比，在1070℃/137 MPa下两种合金持久变形断裂后的界面位错网更加致密。在相同条件下，8.0W+1.5Re合金比8.5W+1.0Re合金的位错网更致密，8.5W+1.0Re合金在两条件下持久变形断裂后都能观察到剪切进γ'相的a<010>超位错；两种合金失稳断裂的主要原因是，γ基体中的a/2<110>位错剪切进入γ'相使筏形γ'相变形加剧，裂纹在γ/γ'界面处萌生和扩展，最终使合金断裂；γ/γ'两相界面上的位错网和a<010>超位错可在一定程度上提高合金的持久变形抗力。

使用长50 m的落管研究Ni-Cr-Al-W-Ta镍基单晶高温合金在重力(1g)和微重力(μg)条件下的凝固行为。用金相显微镜(OM)观察合金的凝固组织并用图像分析软件测量和统计一次和二次枝晶间距，使用扫描电镜能谱(SEM-EDS)测定不同位置枝晶干与枝晶间的化学成分并计算微观偏析系数。结果表明，在重力和微重力条件下这种合金的枝晶特征和合金元素的微观偏析明显不同。重力样品一次和二次枝晶间距比微重力样品的大，随着凝固距离的增大一次枝晶间距的差异变大，而二次枝晶间距的差距变化不大。随着凝固的进行，微重力样品枝晶间Ta、Cr和Al元素的含量呈现先明显升高后略微降低的趋势，W元素含量呈现逐渐下降的趋势，枝晶间液相的密度呈现略微降低的趋势。重力样品枝晶间Ta、Cr和Al元素含量的分布趋势与微重力样品基本相似，W元素含量的分布则与微重力样品明显不同，大部分凝固阶段呈上升趋势，使枝晶间液相的密度沿逆重力方向提高。上述结果表明，在重力条件下凝固前沿溶质密度差导致的对流作用微弱，不是造成枝晶间距增加的主要原因，主要原因应该与凝固前沿热对流造成的温度梯度的降低有关。

用场发射扫描电镜(FE-SEM)和透射电镜(TEM)观察一种第四代镍基单晶高温合金长期时效和持久断裂后的微观组织和位错组态，研究了这种合金在1000℃和1130℃长期时效过程中的组织演化和在1100℃/140 MPa条件下的持久性能。结果表明：这种合金具有较好的组织稳定性，在1000℃长期时效过程中γ'相逐渐长大，但是在1000 h后仍有较好的立方度且没有TCP相析出。在1130℃长期时效500 h后γ'相发生连接和筏化；时效200 h后开始析出TCP相，时效1000 h后合金中TCP相的面积分数只有0.04%。在1130℃长期时效500 h后，γ/γ'界面形成位错网并随着时效时间的延长变得更加规则致密。这种合金在1100℃/140 MPa条件下的持久寿命为676.5 h，达到第四代镍基单晶高温合金水平。持久断裂后γ'相发生N型筏化，合金中析出针状TCP相(μ相)并在TCP相附近出现位错塞积。在持久试验过程中，合金中生成的γ/γ'界面位错网和a<010>超位错有利于提高其持久性能。

对第三代DD33单晶高温合金进行标准热处理、热等静压以及不同制度的后续固溶和时效处理,并在850℃/650 MPa和1100℃/170 MPa条件下进行高温持久性能实验,使用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线三维成像技术(XCT)等手段观察和表征不同状态的样品,研究了热等静压和热处理对这种合金显微组织和持久性能的影响。结果表明：铸态DD33单晶高温合金经过适当的热等静压和后续热处理工艺后,样品的组织形貌(γ′相尺寸、体积分数与立方化程度)与标准热处理态基本相同。与标准热处理态合金相比,热等静压处理后合金显微孔洞的体积分数和尺寸均显著降低,其体积分数从0.0190%降低到0.0005%,最大孔等效直径从36.9 μm减小到14.2 μm。在850℃/650 MPa和1100℃/170 MPa条件下热等静压后的样品持久寿命均显著延长。这表明,适当的热等静压和热处理能消除合金内部的显微孔洞缺陷,使其持久性能显著提高。