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聚变能是一种安全、洁净、燃料资源丰富的理想能源。国际热核实验堆(ITER)是目前为研究可控磁约束核聚变技术而开展的重大国际科技合作项目,ZrCo合金由于其优异的吸放氢动力学性能、较低的室温离解平衡以及较好的固氦性能,在贮氚领域存在其特有的优势,其作为ITER项目中氘氚燃料循环系统中的大规模氘氚气体贮存、供应以及回收的重要候选材料在近年来得到广泛的研究关注,然而,其在高温氢同位素气氛下易发生氢致歧化效应以及在杂质气氛中易毒化造成贮氚性能的大幅衰减的问题亟待解决。合金化改性作为目前ZrCo贮氚合金主要改性途径,然而目前合金化改性对ZrCo贮氚合金氢致歧化效应的影响规律、作用机制以及与气体杂质相互作用机制均尚未明确。针对以上迫切需要研究的基础与应用问题,为开发一类具有较好抗氢致歧化性能及综合储氢性能优良的ZrCo系贮氚合金,本论文在详细调研国内外文献的基础上,通过电弧熔炼及真空退火等技术制备一系列元素替代改性的ZrCo系贮氚合金,采用XRD、SEM、EDX、TG-DSC、XPS、TPD等材料表征技术以及Sievert-型吸放氢性能测试方法,研究Ti、Sc替代Zr位,Ni、Fe替代Co位的ZrCo合金的结构、热力学性能和歧化效应及歧化动力学,以及与杂质气体相互作用的影响；研究适量Ce掺杂对Zro.8Hfo.2Co的相结构以及成分分布及吸放氢动力学、同位素效应以及歧化效应的影响。相关研究结果可为ITER等涉氚项目中大规模氚供给与贮存系统的贮氚材料研制提供技术支撑,具有一定的应用价值及科学意义。获得研究结果如下：(1)制备Ti、Sc、Fe、Ni替代的ZrCo合金均为ZrCo相结构。Ti替代Zr导致ZrCo的晶格常数减小,且随Ti替代含量的增加,晶格常数呈递减规律,而Sc替代Zr位、Ni、Fe替代Co位不同程度的使ZrCo的晶格常数增加。Ti替代Zr提升ZrCo合金的放氢坪台压力,随Ti含量增加,平衡压增加,且放氢PCT坪台的倾斜度显著增加,坪台性能降低。Fe替代Co导致ZrCo合金的放氢坪台压力降低。Ti替代Zr可大幅改善ZrCo贮氚合金抗氢致歧化性能,在673K、723K和773K及60kPa氢压下1000min内歧化率分别为1.13%、5.46%、5.54%,且Ti替代量增加可显著增强ZrCo合金的抗氢致歧化性能。Fe、Sc、Ni掺杂会不同程度的促进歧化反应,不利于ZrCo的实际应用。ZrCo合金的歧化反应与第一步放氢温度以及晶格常数存在密切关联。Ti元素替代Zr可通过改变间隙占据尺寸,改变晶格中氢在不稳定占据位8f2和8e的占据比例,降低歧化驱动力,从而有效改善ZrCo合金的抗歧化能力。随Ti替代Zr元素的含量增加,第一步放氢温度升高以及晶格常数减小,降低氢在8f2和8e位的占据比例,进一步提高抗氢致歧化能力。Ti替代Zr大幅降低ZrCo合金的初次吸氘动力学,形成规整的层片状氢化物结构,有效降低ZrCo合金氢化过程的粉化效应。随Ti替代Zr含量增加,ZrCo合金吸放氢动力学均有所下降。Ti含量在x=0.1-0.2范围内替代ZrCo合金具有较好的储氢性能及抗歧化性能。(2)Hf替代Zr可改善ZrCo合金的初次吸氘动力学,且具有较好的吸放氢动力学性能。Hf替代Zr导致ZrCo合金中AB2杂质相的比例增加,随Hf含量的增加,质量储氢密度有逐渐减小的趋势。ZrCo合金的放氢坪台压力及抗氢致歧化性能随Hf替代Zr含量的增加均有所提升,温度,压力以及歧化次数的增加都会一定程度加速氢致歧化效应。实验结果表明Hf替代Zr的ZrCo合金抗歧化效应增强机制与Ti替代表现类似的规律。Hf含量在x=0.1-0.2范围内替代ZrCo合金具有较好的储氢性能及抗歧化性能。(3)通过Ce掺杂Zr0.8Hf0.2Co合金可有效降低AB2及ZrOx杂质相的析出,有利于提高合金的成分均匀性,有效提升Zr0.8Hf0.2Co合金的储氢容量。Ce掺杂Zr0.8Hf0.2Co合金的歧化速率较小,表现出较好的抗歧化性能,且氘致歧化速率慢于氢致歧化速率。Ce掺杂Zr0.8Hf0.2Co合金在高温下呈现正同位素效应,随温度升高,同位素效应加大。(4)在高纯氢气氛中室温下吸氢速率的次序为ZrCo0.gFe0.2> ZrCo> ZrCo0.8Ni0.2>Zr0.8Hf0.2Co>Zr0.8Sc0.2Co> Zr0.8Ti0.2Co。室温CO毒化吸氢动力学测试表明Hf替代Zr位有效增强ZrCo合金的抗CO毒化性能,Fe替代Co会较大幅度加剧CO毒化作用。Ti、Sc元素替代会不同程度加剧CO毒化作用。实验获得CO毒化的元素改性ZrCo合金再生处理工艺条件。TOF-SIMS、XPS及TPD测试结果表明Ti掺杂ZrCo导致毒化程度加深,CO在ZrCo合金表面形成复杂碳氧化合物,毒化样品表面的Zr和Co元素分别主要以ZrO2和Co(OH)2形式存在,理论计算表明CO在ZrCo (110)表面倾向于在Co顶位及Zr-Zr桥位吸附,且以化学吸附为主。