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本文采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和透射电子显微镜（TEM）以及力学测试方法深入系统地研究了采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）制备的0.3mm厚的Ni20.3Cr4.6Co2.1Al合金薄板制备态和热处理态组织演变规律和力学性能。并研究了制备态和经800℃/16h处理的合金薄板在800℃、900℃和1000℃空气中的氧化行为,采用SEM对氧化试样的表面和截面形貌进行研究,采用小角XRD、XPS和EDAX对其相组成和成分分布进行分析。研究结果表明:制备态Ni20.3Cr4.6Co2.1Al合金薄板相组成为γ-Ni基固溶体,不存在第二相。组织致密均匀,晶粒尺寸为500nm左右;亚结构主要为孪晶,没有发现位错存在。制备态合金薄板的纳米硬度为5.57 GPa,弹性模量E为221.33GPa;常温拉伸抗拉强度σb为1033 MPa,合金薄板伸长率δ为0.6%,呈脆性断裂。800℃时拉伸抗拉强度σb为107 MPa,合金薄板伸长率δ为1.02%。经600℃长时间热处理后,Ni20.3Cr4.6Co2.1Al合金薄板仍为γ-Ni基固溶体单相组织,亚结构仍然为孪晶,没有发现位错存在。晶粒随保温时间的延长而长大,而TEM像中的应变条纹消失,XRD分析表明存在（220）晶面的择优生长。热处理温度达到800℃,晶粒明显长大,亚结构为孪晶和位错,1000℃处理后发现有第二相析出。薄板在600℃以下温度处理时,其断裂强度随处理温度升高而降低,其伸长率随温度升高而稍微有些增加。600℃处理16h,断裂强度σb为780 MPa,伸长率δ仅为4 %。800℃保温16h时,合金薄板的常温断裂强度σb增加到825 MPa,伸长率δ增加到14 %,属于延性断裂;随后其断裂强度随处理温度升高而降低,其伸长率随温度升高而稍微有些增加。合金薄板在不同温度下保温16h后,在800℃拉伸时,伸长率是随着保温温度的升高拉伸强度越来越大,其拉伸性能在800℃保温16h时的800℃拉伸强度σb值最高,为63 MPa,其伸长率δ达246 %。但在900℃保温16h处理后合金薄板的800℃拉伸强度σb却开始下降24 MPa,而伸长率δ却增加到336%,均为延性断裂。细晶Ni20.3Cr4.6Co2.1Al薄板高温氧化动力学与常规镍基合金的氧化动力学不同,800℃氧化时,初期氧化动力学近似符合抛物线规律,而长期氧化动力学符合立方规律;合金900℃氧化时,氧化初始阶段动力学符合三次方规律,而氧化后期动力学符合四次方规律;合金1000℃氧化时,氧化初始阶段动力学近似的近似符合抛物线规律,而氧化后期动力学近似符合立方规律。制备态Ni20.3Cr4.6Co2.1Al合金800℃初期氧化阶段的氧化产物主要是NiO和少量的Cr2O3;长时间氧化时氧化产物主要是NiO、NiCr2O4以及Cr2O3。合金900℃初始氧化阶段的氧化产物主要是NiO、Cr2O3和NiCr2O4;长时间氧化以后氧化膜外层的氧化产物主要是NiO,氧化初期在氧化膜的晶界处形成了富Al区域。合金1000℃初始氧化阶段的氧化产物主要是NiO和Cr2O3,而在长期氧化时氧化膜主要是由NiO为主,Cr2O3和NiCr2O4为辅的复合层。经800℃/16h退火处理后的细晶Ni20.3Cr4.6Co2.1Al合金薄板,在800℃空气中氧化动力学氧化初期符合四次方规律,随后氧化非常缓慢,长时间暴露后合金薄板氧化增重不明显。氧化产物主要是NiO、Cr2O3和NiCr2O4。900℃空气中氧化动力学符合立次规律,氧化产物主要是NiO、Cr2O3和NiCr2O4。1000℃空气中暴露时存在脱落,退火处理后薄板1000℃暴露空气中表面生成的氧化产物是单一的针状Al2O3。研究发现细晶Ni20.3Cr4.6Co2.1Al在800℃、900℃和1000℃空气中氧化动力学与经典的抛物线规律存在明显的偏差,主要由于细晶化后氧化物形核率极大提高,形成微晶态氧化膜,氧化膜中的扩散由晶格扩散为主变为以晶界短路扩散为主,改变了氧化膜的生长动力学,对细晶合金高温氧化动力学规律进行探讨,导出其遵守x2=At1-n.