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本文设计和制备一种4.5%Re及4.5%Re/3.0%Ru镍基单晶合金,通过测定铸态及热处理态合金中各元素在枝晶间/干和γ/γ’两相区域的浓度分布,研究了元素Re、Ru对元素偏析和浓度分布行为的影响;通过对4.5%Re合金和4.5%Re/3.0%Ru合金进行不同条件的蠕变性能测试、微观组织观察、位错组态分析及元素在γ/γ’两相浓度分布测定,研究了Ru对含Re单晶合金蠕变行为及元素在分布的影响;通过采用热力学和TEM方法计算两种合金在不同温度的层错能,结合组织观察,研究了层错能对合金蠕变期间变形机制的影响。结果表明,Re强烈偏析于枝晶干区域,可促进枝晶形核和增加枝晶数量。凝固期间,高熔点元素优先凝固,并排斥Ni、Al等低熔点原子,致使枝晶间区域元素Ni、Al浓度增加,是铸态4.5%Re合金共晶组织数量较多、尺寸较大的主要原因。Ru主要富集于枝晶间区域,可降低γ’相的析出温度,导致Al、Ta等γ’相形成元素偏析于枝晶干区域的程度增加,并提高其他元素在枝晶间/干区域的偏析程度。含Ru合金经完全热处理后,Ru原子可占据Ni3Al中Al的点阵位置,是元素Al、Ta和Ru在γ/γ’两相浓度分布呈互补关系的主要原因。Ru与W、Mo、Re等原子具有较强的结合力,促使合金γ’相中保留较多W、Mo、Re等原子,可提高这些元素在γ’/γ两相的分配比和合金的蠕变抗力。4.5%Re合金加入3.0%Ru后,使其在800℃/800MPa的蠕变寿命由273h提高至323h。合金在近800℃蠕变期间的变形机制为位错在基体中滑移和剪切立方γ’相。其中,剪切进入γ’相的位错即可在{111}面分解,形成（a/3）<112>不全位错加超点阵内禀层错（SISF）的组态,也可由{111}面交滑移至{100}面分解,形成K-W锁加反相畴界（APB）的组态,以上组态均可抑制位错的滑移和交滑移,改善合金的蠕变抗力。合金在高于980℃稳态蠕变期间的变形机制为位错在基体中滑移和攀移越过筏状γ’相,蠕变后期,剪切进入γ’相的位错可形成K-W锁和K-W锁+APB的组态。4.5%Re/3.0%Ru合金在980℃蠕变期间,切入γ’相的位错也可在{111}面分解形成不全位错+SISF,是合金具有较好蠕变抗力的主要原因。4.5%Re合金加入3.0%Ru,使其在1100℃/137MPa的蠕变寿命由164提高至321h。合金蠕变后期的变形机制为位错在基体中滑移和剪切进入筏状γ’相,且剪切进入γ’相的位错可由{111}面交滑移至{100}面形成K-W锁。其中,4.5%Re/3.0%Ru合金蠕变期间保留K-W锁的数量较多,是合金具有较好高温蠕变抗力的主要原因之一。4.5%Re和4.5%Re/3.0%Ru合金的层错能随温度提高而增加,Ru可较大幅度降低原子偏聚自由能（ΔGs）,使原子易于偏聚,是使合金随温度提高,层错能增加幅度较小的主要原因。当合金的层错能低于200mJ/m-2时,切入γ’相的位错可沿{111}面分解,形成肖克莱不全位错加SISF的位错组态;当层错能接近200mJ/m-2时,切入γ’相的位错可在{100}面分解,形成K-W锁+APB的位错组态,并有少量位错可在{111}面分解形成层错;随层错能进一步提高,合金γ’相中的位错不发生分解。