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锆合金由于其具有较小的中子吸收截面，较好的力学性能、耐腐蚀性能和抗辐照性能，被广泛应用于核反应堆结构材料。提高锆合金的性能，包括力学性能，抗蠕变性能和耐腐蚀性能有利于提高核反应堆的安全性。Sn、Mo、Nb和Fe是锆合金材料重要的添加元素，Fe的存在有利于提高锆合金的耐腐蚀性能，Mo可以提高锆合金的抗蠕变性能。本项目拟研究Zr-Sn-Mo-Nb-Fe多元锆合金组织与性能变化的关系。项目采用万能拉伸试验机、硬度计、纳米压痕测试仪、电化学工作站和透射电子显微镜(TEM)等仪器研究Zr-1.0Sn-xMo-1.0Nb-0.1Fe(x=0.2，0.4，0.6，0.8，wt.％）和Zr-1.0Sn-0.5Mo-1.0Nb-yFe(y=0.1，0.3，0.5，0.8，wt.％）系列锆合金力学性能、抗蠕变性能、耐腐蚀性能和微观组织结构随着Mo和Fe含量的变化关系。作为揭示合金相变规律(Zr-Sn-Mo-Nb-Fe五元合金相图)研究工作的一部分，项目还利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS）等仪器研究了(Zr-2.0Sn)-Nb-Fe伪三元体系富(Zr-2.0Sn)区700℃等温截面。上述工作获得以下重要的研究成果: (1)研究了随着Mo含量变化的Zr-1.0Sn-xMo-1.0Nb-0.1Fe(x=0.2，0.4，0.6，0.8，wt.％）合金的相关性能。在力学性能方面，Mo含量为0.4wt.％的锆合金，屈服强度和抗拉强度分别为722.1MPa和867.3MPa，其强度最高，塑性为33.0％，仅次于Mo含量为0.8wt.％的锆合金，其塑性为37.4％。随着Mo含量的增加，锆合金的硬度整体呈增加趋势，杨氏模量呈下降趋势。随着Mo含量的增加，锆合金的抗蠕变性能增加;Mo含量为0.8wt.％时，抗蠕变性能最好，利用纳米压痕法测试发现，该锆合金在加载载荷为40mN时，蠕变应力指数达到3.8，高于纯锆的蠕变应力指数。研究发现，蠕变应力指数也随着最大加载载荷的增加而增加，但合金蠕变性能的变化趋势不变。在耐腐蚀性能方面，Mo的添加可以在一定程度上提高锆合金的耐腐蚀性能，利用失重法测出Mo的添加量为0.2wt.％的锆合金，其腐蚀速率仅为0.002mg·cm-2·h-1，电化学测试结果表明该合金的腐蚀电流密度为4.68×10-5mA·cm-2，其阻抗为2118.36Ω·cm2。三组实验均表明当Mo的添加量为0.2wt.％时，锆合金的耐腐蚀性能最好。 (2)研究了随着Fe含量变化的Zr-1.0Sn-0.5Mo-1.0Nb-yFe(y=0.1，0.3，0.5，0.8，wt.％）合金的相关性能。在力学性能方面，当Fe的添加量为0.5wt.％时，锆合金的屈服强度、抗拉强度和塑性分别为681.1MPa，814.6MPa和30.2％，强度达到最大和塑性最好。随着Fe含量的增加，硬度整体趋势在增加，杨氏模量呈现一个下降的趋势，其中硬度和杨氏模量均随着加载载荷的增加而增加。在抗蠕变性能方面，随着Fe含量的增加，锆合金的抗蠕变性能先增加后减小，其中Fe含量为0.1wt.％时，抗蠕变性能最好，其蠕变应力指数在加载载荷为40mN时达到3.5，小于纯锆和其他Fe含量的锆合金。在耐腐蚀性能方面，Fe的添加可以在一定程度上提高锆合金的耐腐蚀性能，Fe含量为0.1wt.％时，利用失重法得出的腐蚀速率为0.033mg·cm-2·h-1，电化学测试得出的腐蚀电流密度为1.80×10-5mA·cm-2，阻抗为1636.84Ω·cm2。三个研究结果均表明Fe含量为0.1wt.％的锆合金耐腐蚀性能最好，随着Fe含量的增加耐腐蚀性能变差。 (3)建立了(Zr-2.0Sn)-Nb-Fe伪三元体系富(Zr-2.0Sn)区700℃等温截面相图。确定(Zr-2.0Sn)-Nb-Fe伪三元体系700℃等温截面在富(Zr-2.0Sn)区域由1个单相区、8个两相区、8个三相区和3个四相区组成。研究发现，(Zr-2.0Sn)-Nb-Fe伪三元体系富(Zr-2.0Sn)区存在(α-Zr)+(β-Zr)+(ZrNb)2Fe+θ,Zr2Fe+Zr(NbFe)2+(ZrNb)2Fe+θ和Zr(NbFe)2+(β-Zr)+(β-Nb)+θ这3个四相区。