Fe₃Si基金属间化合物因其优越的磁学、电学性能,一直是功能材料界研究的热点。然而,DO₃型Fe₃Si所具有的优越耐腐蚀、抗氧化、耐摩擦以及制备原料低廉、制备方法简便等优点,很可能使其成为一种潜在的结构材料,但与之相关的工作却并未引起人们足够的重视。另外,多元化、复相化是目前金属间化合物发展的一大趋势,然目前基于DO₃型Fe₃Si多元金属间化合物作为结构材料的研究工作甚少,这类工作将能够使Fe₃Si作为结构材料的性能得到深入的挖掘与进一步提升,从而加速其作为结构材料的应用。论文通过元素Al的合金化或Al,Cr的复合合金化,以调整材料的长程有序度为改性思想,来进一步改善Fe₃Si的力学性能。采用真空电弧熔炼法制备了Fe₃(Si^1-x,Al_x)和Fe-Si-Cr-Al两类Fe₃Si基金属问化合物,通过XRD、SEM、EPMA等对材料进行了表征,并定量计算了材料的长程有序度,同时对材料的硬度、抗压强度和抗弯强度等力学性能进行了综合评价。另外,Fe₃Si基金属间化合物所具有的优越抗氧化性是其作为结构材料的一大优势,因此论文采用奥氏体不锈钢AISI304作为参照,对制备的Fe₃Si基金属间化合物在800℃、900℃下,120h的循环氧化行为进行了系统研究,并采用有效扩散系数D_eff与氧化速度常数结合的方式对相关氧化动力学过程进行了理论分析。结果表明,随Al含量增加,Fe₃(Si_1-x,Al_x)的长程有序度降低;而Fe-Si-Cr-Al体系中,随Si含量降低材料有序度下降,且Al,Cr的复合效应对这一趋势起到了促进作用。元素的合金化改性降低了Fe₃Si金属间化合物的显微硬度,但抗压强度和抗弯强度得到了提高,且Al,Cr复合合金化对力学性能的改善效果较之单一Al合金化更为显著。综合评价表明,适中的长程有序度与变形时一定加工硬化的复合作用是Fe₃Si基金属间化合物强度和应变量提高的重要原因。高温氧化方面,Fe₃Si金属间化合物表现出较AISI304不锈钢优越的高温抗氧化性能,且改性的Fe₃Si因保护性氧化膜Al₂O₃的存在,其抗氧化性显著提高。理论分析表明Fe₃(Si^1-x,Al_x)中,Fe₃(Si^0.67,Al^0.33)和Fe₃(Si^0.80,Al^0.20)的氧化膜生长机制以Al的亚晶界扩散为主,并辅以O的晶界扩散;Fe₃(Si^0.33,Al^0.67)在900℃下氧化膜生长机制发生改变,且亚稳态A1203的稳定化转变对其氧化速度常数的降低起到了重要作用。另外,Fe-Si-Cr-Al中,元素Cr对亚稳态A1203的稳定化转变起到了促进作用,特别是900℃下这一作用更为明显,但Cr的加入使得800℃下氧化表面形貌具有溃疡空洞或晶界开裂特征,这一特征是试样富Cr区的Cr203因内部空位聚集、塌陷所致,且元素复合合金化使高温氧化的传质过程变得更为复杂。