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2011年福岛核事故后,锆合金包壳相关的安全问题成为了世界范围内核材料研究者关注的焦点,如何进一步提高包壳材料事故条件下的安全性,成为了当前包壳设计与制备亟待解决的问题。因此,事故容错燃料（Accident Tolerant Fuel,ATF）概念被及时提出,且受到广泛关注。其研究领域主要分为燃料改进和包壳改进。目前,采用工艺成熟的表面涂层技术对现有锆合金包壳进行表面改性,能够极大程度兼容现有锆合金包壳生产工艺,且具有很好的制造经济性,易在短期内实现耐事故包壳的工程化应用,已经成为事故容错燃料研究重点内容之一。本文通过射频磁控溅射（Radio Frequency Magnetron Sputtering,RFMS）的方法在Zr-4基体上制备了AlTiCrNiTa高熵合金（High Entropy Alloy,HEA）涂层、（AlTiCrNiTa）N高熵合金氮化涂层以及AlTiCrNiTa/（AlTiCrNiTa）N多层涂层。主要研究了涂层的抗高温水腐蚀、抗高温空气氧化、抗高温水蒸气氧化以及抗热冲击等关键性能。本文研究内容及结论如下:1、AlTiCrNiTa涂层制备及相关性能研究:（1）不同沉积温度下AlTiCrNiTa涂层的力学性能和微观结构分析表明,沉积温度为200°C的AlTiCrNiTa涂层具有较高的硬度和结合力;涂层的HRTEM和EDS分析结果显示,AlTiCrNiTa高熵合金涂层晶体具有单一的FCC结构,分布上呈现出非晶包裹纳米晶形态,组成元素原子尺寸差异,引起的严重晶格畸变是涂层具有高硬度的主要原因。（2）高温水腐蚀（320℃,11.3 MPa,45 days）性能实验表明,腐蚀后的AlTiCrNiTa涂层表面均形成了Ni Cr2O4尖晶石颗粒,且无明显孔洞及裂纹。AlTiCrNiTa涂层可以有效阻止O元素向基体扩散,从而表现出优异的耐高温水腐蚀性能。（3）900℃,30 min空气氧化实验显示,沉积温度为200℃的AlTiCrNiTa高熵合金涂层具有良好的抗高温空气氧化性能。该涂层1000℃水蒸气氧化30min测试结果显示,涂层表面出现大面积的脱落,未能有效的阻止O元素向基底扩散,导致基体发生氧化变形,表现出较差的抗高温水蒸气氧化性能。2、（AlTiCrNiTa）N涂层制备及相关性能研究:（1）采用射频磁控溅射技术,在Zr-4基体表面制备了不同N2/Ar比的（AlTiCrNiTa）N涂层。微观结构与力学性能显示,不同N2/Ar比下（AlTiCrNiTa）N涂层均具有单一的FCC结构,N2/Ar比为1/6和1/8的（AlTiCrNiTa）N涂层具有较高的结合强度。（2）高温水腐蚀性能实验表明,N2/Ar比为1/8的（AlTiCrNiTa）N涂层表面致密、未观察到明显孔洞及裂纹。（AlTiCrNiTa）N涂层能有效阻止O元素向基体的扩散,表现出了优异的耐高温水腐蚀性能。（3）900℃,30 min空气氧化实验显示,N2/Ar比为1/8的（AlTiCrNiTa）N涂层具有较好的抗高温空气氧化性能。该涂层1000℃,60 min的高温水蒸气氧化测试结果表明,涂层氧化后仍能保持着完整的表面,虽未能阻止O向基体渗透,但与AlTiCrNiTa涂层相比,（AlTiCrNiTa）N涂层显示出较好的抗高温水蒸气氧化性能。同时,与Zr合金相比,涂层具有更低的氧渗透深度,能有效提升Zr-4基体的抗高温氧化性能。3、AlTiCrNiTa/（AlTiCrNiTa）N多层涂层的制备及相关性能研究:（1）在AlTiCrNiTa和（AlTiCrNiTa）N单层涂层的制备工艺基础上,采用射频磁控溅射技术,在Zr-4基体表面制备了结合性能优异、硬度高,且具有不同层数的AlTiCrNiTa/（AlTiCrNiTa）N多层涂层。（2）高温水腐蚀性能实验表明,所有多层涂层表面致密、无明显孔洞及裂纹,均表现出优异的耐高温水腐蚀性能。（3）900℃,30 min空气氧化实验显示,[AlTiCrNiTa/（AlTiCrNiTa）N]2涂层具有较好的抗高温空气氧化性能。该涂层1200℃,30 min的高温水蒸气氧化实验表明,[AlTiCrNiTa/（AlTiCrNiTa）N]2涂层的FCC结构被破坏,生成了大量致密的涂层氧化物。其失效原因主要归因于,N元素主要通过N2的形式分解,并在涂层中留下可作为O的快速扩散通道的大量空位,导致O穿过涂层与基底的界面,与Zr发生反应生成Zr O2。同时,热冲击实验（T=1200-100℃）也表明,[AlTiCrNiTa/（AlTiCrNiTa）N]2涂层表面未发生明显剥落,具有良好的耐热冲击性能。综上而言,[AlTiCrNiTa/（AlTiCrNiTa）N]2涂层能有效提升锆合金包壳的耐事故能力。