难熔金属钽以其优异的耐蚀性能,成为武器装备、生物医药、核工业及新能源等领域广泛应用的关键耐腐蚀材料之一。然而,钽在制备过程中易存在较大的织构择优取向,导致局部优先腐蚀,造成涂层快速失效,对在极强腐蚀介质环境下服役的钽埋下了安全隐患。针对这一问题,本文利用热力学解析和分子动力学计算方法,明确化学气相沉积（CVD）钽涂层的沉积行为;采用第一性原理计算,阐明涂层的晶面取向对表面活性的影响规律;通过实验研究,获得等离子刻蚀参数对CVD钽涂层的精细结构、表面状态与耐蚀性的内在作用机制;最终,结合理论计算和实验测试结果,确定涂层的结构特性、电化学特性和原子位置交互输运过程,揭示钽涂层表面微观结构的热动力学空位调控机制。获得以下研究结论:基于热力学理论计算,确定了沉积过程中TaCl5的临界反应温度为881℃,并发现随着反应温度的增加吉布斯自由能逐渐减小,当温度大于881℃时,才能发生TaCl5的分解反应;分子动力学模拟表明,沉积温度升高,薄膜的空位减少,涂层质量提高;氯气流量增加,表面粗糙度提高,但是空位增多,薄膜质量降低;依据分子动力学模拟结果,确定了适合于钽涂层沉积的工艺参数范围为:沉积温度1100-1300℃,原子入射能为0.3-0.5 e V,入射角度为0°-10°。通过钽涂层微观组织结构分析,涂层表面形貌呈金字塔状结构,涂层晶粒随沉积温度升高而增大,而晶粒尺寸变化范围呈现越来越小的趋势;当沉积温度为1000℃时,涂层的硬度和致密度最优,分别为245.02 HV和99.85%;采用CVD制备的钽涂层存在明显的织构组织,当沉积温度为1000℃时择优取向不明显;沉积温度为1100℃时,形成极强的（200）择优取向;沉积温度为1200℃时,同时存在（200）和（110）两种择优生长的晶粒;沉积温度为1300℃时,形成以（200）为主要择优取向的晶粒;氯气流量、氢气流量和氯化温度对择优取向变化无显著影响。针对钽涂层晶粒择优取向问题,采用第一性原理计算研究了涂层表面特性与涂层表面能的关联,发现金属钽的自扩散激活能与空位形成能、空位迁移能以及键能成正比;通过在钽表面引入空位,能够增加Ta2O5膜层的形核位点,使形核方式由单一形核转化为多元共存形核,加快膜层反应速率,提高Ta2O5膜层生长致密度和厚度,为通过改变涂层表面特性提高膜层稳定性提供了理论依据。借助电化学测试分析方法,研究了钽涂层的耐腐蚀特性。钽涂层表现出较好的耐蚀性能。钽涂层阳极氧化过程有利于涂层表面氧化膜的厚度和均匀性增加,与沉积态相比,阳极氧化态涂层的自腐蚀电位提高,自腐蚀电流密度下降。阳极氧化提高了钽涂层在腐蚀介质的稳定性。结合理论计算和实验测试结果,研究发现刻蚀处理可以改变阳极氧化过程中氧化膜的形核方式,使之由连续形核模式转变为瞬时形核模式,并且提高了阳极氧化过程中缺陷的扩散系数,从而促进了Ta2O5氧化膜的生成,提高了氧化膜的厚度和均匀性,并将涂层表面不稳定的Ta4+转变为Ta5+,改善了涂层稳定性,其耐蚀性能较沉积态获得明显改善,其中自腐蚀电位较沉积态升高了61.8%左右,而自腐蚀电流密度降低约25.4%。