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α-Al2O3具有热力学稳定、机械强度高、耐磨、耐高温、抗氧化腐蚀等优良性能,因而被广泛用作金属防腐蚀膜、刀具保护涂层等。在热核聚变计划(ITER)中,α-Al2O3膜因具有优异的阻氚能力,被优先选择为阻氚涂层。然而,传统的方法中,α-Al2O3的制备温度高达1000℃,这不但需要消耗大量的能量,更重要的是会降低基体材料的力学性能。因此低温制备α-Al2O3膜成为一个亟需解决的课题。此外,如何使α-Al2O3膜具有自修复性能,也是一个重要的工程问题。本文用离子液体电沉积法制备Al/Cr复合镀层及薄膜,采用XRD、SEM、 EDS、DTA、XPS、FIB、TEM等手段,研究了Al/Cr复合薄膜的互扩散及其Al-Cr合金的相组成、Al-Cr合金涂层与不锈钢基体的互扩散、不锈钢上Al-Cr涂层的低温热氧化,讨论了α-Al2O3膜的形成机理,得出以下结论：对成分为16.0 at.%Cr (Al11Cr2)的Al/Cr复合薄膜的研究结果表明：在低于Al熔点温度下5 min热处理,540℃时Al层和Cr层之间已形成固溶层,640℃时Al反应完全,但Cr有残留；在高于Al熔点的690℃温度下5 min热处理,Al层、Cr层已完全反应,形成由Al7Cr、Al4Cr、Al11Cr4和Al9Cr4组成的多相合金。690℃下不同时间热处理,Al、Cr扩散的初始形成相为Al7Cr,随着热处理时间的延长,靠近Cr层的界面成分由Al7Cr变为Al4Cro Cr层反应完全后,原始Cr层外侧的界面成分依次由高Cr含量的合金层转变为相对低Cr的合金相：Al9Cr4→Al11Cr4→Al4C,而原始Al层外侧的界面成分一直为Al7Cr;最终复合薄膜转变为由Al7Cr和Al4Cr相组成的合金。而该成分的薄膜经820℃、2 h热处理,得到以Al11Cr2相为主的合金。证明Al/Cr复合薄膜低温热处理不会形成Al11Cr2。此外,成分为25.4 at.% Cr (Al11Cr4)的Al/Cr复合薄膜经热处理形成Al11Cr4单相,证明了Al-Cr相图中Al11Cr4相区的存在,该相可分解为Al4Cr和Al8Cr5,分解的起始温度为829℃。对1Cr17铁素体不锈钢基体上成分为31 at.%Cr(Al9Cr4)的Al/Cr复合镀层的研究结果表明：通过540℃～650℃热处理5min～4h,最外层的合金层依次为Al、Al4Cr、Al11Cr4相,最内层的合金依次为Al7Cr、Al4Cr、Al9Cr4和Al8Cr5,得到具有多相合金的Al-Cr涂层；但在690℃～740℃热处理4h, Al-Cr涂层与基体发生互扩散。研究热处理时间对互扩散的影响,一旦和1Crl7基体相邻的Al-Cr合金层转变为Al9Cr4时,Al-Cr涂层与基体发生互扩散,形成Al-Cr-Fe涂层；并且,随热处理时间延长,涂层中的Al会不断向基体扩散,使涂层的组成向高Cr含量转变。即使温度低至600℃,热处理25 h后,Al9Cr4也会与基体发生互扩散。对1Cr17基体上成分为13.0 at.% Cr (Al7Cr)和19.0 at.% Cr (Al4Cr)的Al/Cr复合镀层,在600 ℃低温下短时间热处理,当与基体相邻的Al-Cr合金层转变为Al11Cr4时,Al-Cr涂层与基体发生互扩散。此外,当基体为316L奥氏体不锈钢时,即使涂层成分为Al8Cr5, Al-Cr涂层也会与基体发生互扩散。在1Cr17铁素体不锈钢基体上制备成分为40.0 at.% Cr (Al8Cr5)的复合镀层,经740 ℃热处理16 h,成功制备出Al8Cr5涂层；表面机械打磨的Al8Cr5涂层在720 ℃氩气气氛下氧化100 h得到γ-Al2O3膜；去除表面孔洞的抛光态的Al8Cr5涂层在氩气气氛中氧化100 h得到α-Al2O3膜,厚度为110 nm,Al8Cr5涂层与基体之间不发生互扩散；抛光态的Al8Cr5涂层在真空和空气气氛中氧化100 h得到α-Al2O3膜,厚度为分别为112 nm和207nm。Al8Cr5涂层表面前处理对α-Al2O3膜形成的影响,与抛光表面阻碍非晶氧化铝的长大,使其难以达到临界相变厚度,从而不能转变为γ-Al2O3有关。