核燃料包壳锆合金的耐腐蚀性能是决定包壳寿命的关键因素,锆合金表面的氧化膜对耐腐蚀性能有着重要影响,合金元素的添加通常会引起锆合金氧化膜相组成发生变化,进而引起耐腐蚀性能的变化。Sn和Nb是商用锆合金中常见的合金元素,因此Sn和Nb影响锆合金氧化膜相组成的变化规律及其对氧化膜相变产生影响的机理对理解锆合金腐蚀有着重要的意义。本文基于热力学和动力学原理,采用相图计算,第一性原理计算、随机势能面等方法,研究了Sn、Nb元素对锆合金氧化膜相组成含量与相变的影响,分析其对耐腐蚀性能的影响机理,主要结果和结论如下:（1）采用相图计算方法,基于已有的相图数据库以及相关成分合金的相变实验数据,搭建了Zr-Nb-Sn-O计算相图数据库。随后利用该四元相图数据库计算了锆合金氧化膜相图,揭示了Nb、Sn、Zr、O含量、温度等因素对锆合金氧化膜相组成的影响规律,分析表明计算结果合理,且与已有实验符合得较好。（2）利用第一性原理计算方法研究了单斜二氧化锆（m-ZrO2）较四方二氧化锆（t-ZrO2）的稳定性,纯ZrO2体系中m-ZrO2比t-ZrO2稳定。含Nb体系中,t-ZrO2稳定性得到了提高,当Nb的含量达到25 at.%时,t-ZrO2、m-ZrO2两相的相对稳定性还发生了反转。含Sn体系中,Sn仅提高了t-ZrO2稳定性。这些结果解释了实验上Sn和Nb均可以导致锆合金氧化膜中的t-ZrO2含量增加的现象。（3）利用随机势能面方法研究了纯ZrO2以及含Sn、Nb元素ZrO2体系的四方-单斜（t-m）相变。ZrO2、含25 at.%Sn、Nb元素ZrO2的t-m相变能垒分别为0.71me V/atom,1.73 me V/atom和40.04 me V/atom。综合动力学和热力学计算结果进行分析,虽然Sn、Nb均可以导致t-ZrO2含量增加,但Nb能够阻止相变发生,而Sn仅稍微提高了相变发生的难度,对相变的阻碍作用很小。因此Nb可以减少锆合金氧化膜中相变的发生,Sn反而使得氧化膜中的相变发生得更加集中。根据相变路径中的相结构,计算分析了相变过程中的应变,结果显示相变过程中在某些特定方向上会产生较大晶格压缩,从而产生拉应变,诱导裂纹的形成。