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氧（O）和氮（N）是镍基高温合金中常见的气体杂质元素,残存于合金中的氧和氮主要以氧化物或氮化物等非金属夹杂的形式存在,对合金力学性能十分不利。消除杂质元素的不利影响主要是通过纯净化熔炼降低合金中残留的氧和氮含量,而制定合适的熔炼工艺需要冶金热力学与动力学理论的指导。从热力学上分析熔体脱氮与脱氧的热力学限度,需要利用热力学基础数据分析与计算;从动力学上分析获得冶金反应的反应速率与限制步骤。这有助于厘清镍基合金脱氮与碳脱氧的冶金性质,从而提高合金质量,简化工艺流程,降低生产成本。本文采用取样法研究了 1773 K至1873 K的温度范围内N在纯Ni,Ni-Nb、Ni-V 和 Ni-Ta 二元合金熔体,Ni-Cr-Nb、Ni-Fe-Nb、Ni-Cr-V 和 Ni-Cr-Ta 三元合金熔体,以及Ni-19Cr-23Fe-5Nb和Ni-9Cr-10Co-3Mo四元合金熔体中的溶解度。结果表明,在试验氮分压条件下,在上述合金熔体中氮的溶解度均服从Sievert定律。在氮分压p（N2）=101kPa,温度为1773～1923 K条件下,N在纯Ni熔体中溶解度与温度关系为log[w（N）/ω（?）]Ni=-2566/T-1.64;镍基合金熔体中添加V、Nb、Ta显著增大了氮的溶解度,尤其是V的添加。计算获得了上述合金体系中N的活度系数,并确定了在这些合金熔体中氮的溶解反应的焓变和熵变,以及合金元素与氮的交互作用系数等基础热力学数据。如V、Nb、Ta与N的一阶交互作用系数与温度的关系分别为eN（Ni）V=30.0/T-0.1783、eN（Ni）Nb=-26.6/T-0.0643和eN（Ni）Ta=66.7/T-0.0952,以及1873K时N与Cr（或Fe）和Nb,以及N与Cr和V（或Ta、Mo）之间的二阶交叉交互作用系数分别为rNCr,Nb=+0.0256、rNFe,Nb=+0.0115、rNCr,V=-0.0017、rNCr,Ta=-0.0022和rNCr,Mo=-0.0098,并根据 Wagner、Lupis和Elliott提出的交互作用系数完善了预测多元镍基合金中氮溶解度的理论模型及数据体系。确定出镍基合金中常见元素对氮的溶解度增强效果的排序:Ti＞V＞Cr＞Nb＞Ta＞Mo＞W＞Fe＞Co＞Al。采用化学平衡法研究了纯Ni及二元Ni-j（j=Fe、Co、Cr、Mo、W、V、Nb和Ta）合金熔体中的C-O反应平衡,得出了在1773～1873K范围内纯Ni熔体中[C]+[O]=CO（g）反应的标准反应吉布斯自由能与温度的关系为ΔGC-O（Ni）（?）=-55.5-4.59×10-3T kJ/mol,得到了 1873 K时碳与氧的一阶交互作用系数eOC值为-0.552。确定了合金元素j（j=Fe、Co、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W）对熔体碳和氧的活度系数的影响,及相应的一阶交互作用系数eCj和eOj值。结果表明,添加元素V、Cr、Nb和Fe,熔体中C-O浓度积值显著增大,元素对C-O浓度积增大效果的排序为V＞Cr＞Nb＞Fe＞Mo＞W＞Ta＞Co。通过获得的数据体系,完善了特定一氧化碳分压和碳含量下,多元镍基合金熔体中氧含量的理论预测模型。利用合金熔体与石墨坩埚平衡,研究了纯Ni以及二元Ni-j（j=Fe、Co、Cr、Mo、W、V、Nb和Ta）熔体中碳的饱和溶解度。结果表明,在1773至1923 K的温度范围,纯Ni 熔体中碳的饱和溶解度与温度的关系为log NC=-531.9/T-0.690;在二元Ni-j（j=Co、V、Mo、W、Nb、Ta）合金熔体中碳的溶解度与元素含量成正相关;当NFe＜20 at.%时,碳的溶解度随着Fe含量的升高而降低。还确定了 1873 K时碳饱和状态下合金元素Fe、Co、Cr、Mo、W、V、Nb和Ta与C的一阶交互作用系数值εCj分别为+1.07、-0.27、-2.17、-2.63、-2.55、-1.63、-3.16和-3.23,这与之前稀溶液条件下的元素与碳的交互作用系数有显著差别。使用连续取样法研究了 IN718类四元合金（Ni-19Cr-23Fe-5Nb）在真空感应精炼过程中的脱氮动力学。研究了初始氮含量,元素C、Al和Ti的添加对脱氮动力学过程的影响。结果表明不同的初始氮浓度,不同温度下的脱氮过程均为1.5级反应,此时脱氮反应由液相传质和界面反应的混合过程控制。此外,向熔体中添加C,熔体中会发生[C]+[O]=CO（g）反应,随着温度从1773 K升高到1873 K,脱氮反应速率会显著加快,并且反应级数逐渐从1.5级转变为2级,表明C-O反应显著提升熔体中氮的传质过程,此时界面反应成为限制步骤;脱氮反应速率随着温度升高而增大,熔体中单独添加Ti和同时添加Al和Ti,脱氮反应级数仍然是1.5级,但添加Ti会降低脱氮反应速率,而同时添加Al和Ti则会提高脱氮反应速率,表明Al元素的添加会显著提升脱氮反应速率。