与镍基高温合金相比,传统钴基高温合金具有更优越的抗热腐蚀及耐磨损性能,但高温强度较差。其原因在于传统钴基高温合金主要依靠固溶强化及碳化物弥散强化,缺乏像镍基高温合金中Ni3Al这样的强化相,限制了钴基高温合金的应用。2006年,人们在Co-Al-W合金中发现了一种具有稳定L12结构的金属间化合物γ’-Co3(Al, W),其稳定存在温度在950℃以上,与基体γ相共格。有研究表明,Co-Al-W合金具有良好的高温强度和高温合金所特有的反常的高温硬化效应。因此,开发具有γ+γ’两相组织的新型钻基高温合金成为了研究热点。众所周知,高温合金的合金化十分复杂。在Co-Al-W基高温合金中,Ni既溶解于基体起固溶强化作用,又能够置换γ’中的Co,提高γ’相稳定性；而Cr是有效的提高耐蚀性和高温抗氧化性元素。因此Ni、Cr合金化及其复合合金化是Co-Al-W基高温合金首要解决的合金化问题。建立Co-Al-W-Ni-Cr多元合金相平衡,热力学描述多元γ和γ’相稳定性,是解决这一问题的基础。为此,本研究采用CALPHAD方法,对Co-Al-W-Ni-Cr多元系中所有构成三元系进行热力学研究,建立Co-Al-W基高温合金热力学数据库,在此基础上分析合金化特点,为Co-Al-W基高温合金设计提供基础理论数据。主要研究结果如下。完成了Co-Ni-Cr三元系的热力学分析工作。在实验测定的800-1300℃相平衡数据基础上,对(yCo,Ni)相的热力学稳定性进行了合理准确的描述,从热力学角度诠释了Cr在(yCo, Ni)中约40at.%的固溶度；采用三亚点阵模型(Co, Ni)8(Cr)4(Co, Cr, Ni),8,合理描述了Co-Ni-Cr三元系中的化合物σ相,结果显示,σ相具有很高的热力学稳定性,计算结果再现了Ni在σ相中较高的固溶度及其随温度的变化关系；根据计算结果,Co-Ni-Cr三元系在近1400℃时,首先在Ni-Cr一侧出现液相。热力学评估了Co-Cr-W三元系相平衡。结果表明,Cr在(γCo)中具有很大的固溶度,而W的固溶度随着Cr含量的增加而降低。根据μ相的晶体结构信息,建立三亚点阵模型(Co, Cr, W)7(W)2(Co, Cr, W)4。结果表明,Cr有很强的置换第三点阵W的趋势,使Cr在μ相中的固溶度可达到50at.%；采用三亚点阵模型(Co,W)8(Cr,W)4(Co,Cr,W)18描述σ相,确定了W对σ相强烈的稳定化作用；建立三亚点阵模型(Co, W)27(Cr, W)14(Co, Cr, W)12描述三元金属间化合物R相,通过热力学计算确定R相稳态存在的温度区间为1022-1440℃,对应四相反应为：1022℃时体系发生共析反应R(?)μ+(γCo)+σ,而在约1440℃时发生包晶反应L+μ+σ(?)R。对Co-Al-Cr三元系进行了热力学研究,重点分析了合金中的A2/B2有序-无序转变及有序化导致的两相分离。采用改进的双亚点阵模型分别描述无序A2相和B2相有序化的贡献,计算的有序-无序转变曲线与实测结果相吻合,显示出本研究所建立的模型及模型参数在描述无序A2相和B2相有序化自由能贡献上是合理的；计算结果成功地描述了三元系BCC相中的A2、B2两相分离成分曲线,以及两相分离成分区域与温度的变化关系；在此基础上,热力学分析了两相分离现象,证明B2相CoAl的有序化自由能导致BCC相自由能曲线出现拐点是两相分离产生的根本原因；计算还表明Co-Al-Cr三元系在1012℃发生四相反应Co Al+σ(?)(γCo)+(αCr)。以本研究建立的Co-Al-W-Ni-Cr多元钴基高温合金热力学数据库,对Co-Al-W基高温合金的多元相平衡进行研究。结果表明,合金元素Ni明显提高γ’相热力学稳定性,随Ni含量的增加,γ’相的成分范围扩大,稳态存在温度提高,说明Ni有利于提高Co-Al-W基高温合金的高温性能；计算分析了合金元素在γ和γ’相间分配行为及其对合金强化的影响规律。探明Co-Al-W-Ni-Cr合金中M/W对合金元素Ni的分配系数KNiγ’/γ,影响较大,当Al/W为2.60时,KNir’/γ达到最大。