锆合金拥有优良的机械性能、耐腐蚀性能,与反应堆燃料有良好的相容性,适用于核反应堆包壳材料和结构材料,一直以来是核电材料中的研究热点。各国通过成分的调节以及工艺的改善等方法来推动新型锆合金的发展,在这个过程中,合金内部的析出相种类、数量、尺寸分布等特征都有显著的变化。这种改变对合金的机械性能、耐高温水腐蚀性能、蠕变性能、抗辐照性能等都有明显的影响。因此,对锆合金中析出相的重要特征包括晶体结构、成分含量、缺陷结构、生长规律等的研究至关重要。本课题对目前应用广泛的Zr-4合金、Zirlo合金中的析出相进行了分析,对其形成过程进行了探索。同时考察了氢化锆在锆合金中的主要存在形式,首次发现了δ氢化物内部的生长孪晶,并结合形貌对其形成机制进行了热力学、动力学关联性分析。实验发现,Zr-4合金内部的第二相种类较多,包括C14、C15型的laves相以及四方的Zr-Fe-Ni相。对比两种laves相和基体的位相关系以及错配度,分析了两种相的稳定性。通过对C14结构第二相的HRTEM分析得到了其内部层错缺陷的存在晶面以及和长周期结构的形成。另外锆合金中少量的Ni对Zr2Fe稳定性的影响得到了证实。通过人为的在Zr-4合金中引入H元素,研究了氢化物形成过程和形貌演变规律。Zr-4合金中的氢化物为6型氢化物,惯习面是{0001}晶面族,大部分是长条状的形貌并且平行排列。在初始生长阶段。也发现了沿基体{1015}晶面族生长的现象。此外我们还观察到不规则块状的6氢化物,并且首次发现了其中存在孪晶结构。形核驱动力、H浓度不均匀性和孪晶的结构依赖性是该形貌形成的关键热力学和动力学因素。Zirlo合金中由于Nb的存在,析出相种类表现出新的特征,主要有C14型Zr-Fe-Nb和p-Nb两种。文中对Zr-Fe-Nb相的成分和形成机制进行了讨论,并确定了其堆垛层错与基体以及析出相中位错的联系。球状β-Nb相不均匀分布在晶粒中,与a基体相之间存在共格的界面。将Zr-Fe-Nb第二相进行放大后发现,Nb原子在C14结构中会取代Fe的位置。合金中Fe元素的富集有利于Ti2Ni型第二相的形成,随着Nb/Fe原子比的增加有利于C14型第二相的形成,这对以后的新型锆合金设计提供了参考。对比两个合金中的第二相可以发现,都存在laves型金属间化合物。结合系列实验我们可以得出一些共同的特征,即这些laves相和基体之间都存在位相关系,其形核过程都涉及到了晶格切变,而在后期的长大过程中,由于元素扩散速率不同,不同生长阶段的化学成分会发生变化。这些发现对合金的制备工艺选择提供了参考。