当今世界能源供应形势日趋紧张,核电凭借高效、清洁等特点已经成为解决资源短缺的重要途径。在核电系统中,热传导过程产生的流致振动会引起核燃料包壳管与定位格架之间发生微动磨损,进而导致包壳管表面破损、核燃料泄露,严重影响核电安全。研究锆合金包壳管在复杂环境下,尤其是在交变载荷与核辐照条件下的微动磨损行为对提高核电站服役寿命、保障核电站安全运行具有重要意义。本文以Zr-4合金材料作为研究对象,在多功能微动磨损试验机（MFC-01）上开展了交变载荷条件下的切向微动磨损试验。试验结束后,利用试验数据对不同工况下的微动运行行为进行分析,并通过光镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）和激光共聚焦显微镜（LSCM）对微动磨损形貌进行表征。系统地揭示了Zr-4合金在交变载荷条件下,辐照前后的切向微动磨损行为和损伤机理。主要结论如下:（1）在球平面接触下,研究了Zr-4合金在施加交变载荷前后的微动运行行为和微动磨损特性。结果显示,施加交变载荷后,微动运行区域可以划分为部分滑移区、混合区和滑移区,但相比于静载,运行区域向右偏移。换言之,在相同工况下,施加交变载荷后,微动从部分滑移区转变为混合区,最终转变为滑移区。当法向载荷和位移幅值不变,施加交变载荷后,平均摩擦力、磨损体积和磨损深度增加。（2）研究了交变载荷振幅和交变载荷频率对Zr-4合金的微动运行行为和微动磨损特性的影响。随交变载荷振幅或交变载荷频率增加,微动运行行为从部分滑移区转变为混合区,最终转变为滑移区。当法向静载为60N,位移幅值为2μm-10μm时,随交变载荷振幅增加,摩擦力增加;当位移幅值为30μm-60μm时,平均摩擦力先减小后增加;当位移幅值2μm-10μm时,随交变载荷频率增加,平均摩擦力增加;当位移幅值为30μm-60μm时,平均摩擦力先增加后减小。材料磨损体积和磨损深度随交变载荷振幅或交变载荷振幅增加而增加。（3）研究了位移幅值、法向载荷、切向频率与循环次数对Zr-4合金的微动运行行为和微动磨损特性的影响。从微动运行行为来看,随位移幅值增加,微动由部分滑移区转变为滑移区。随切向频率增加,微动运行行为由完全滑移区转变为混合区,最终转变为部分滑移区。磨损体积和磨损深度随着位移幅值增加而增加,随着法向载荷和切向频率增加而减小。交变载荷条件下,Zr-4合金在部分滑移区主要表现为黏着磨损;混合区为磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损;滑移区为磨粒磨损、剥层磨损、表面疲劳磨损和氧化磨损。（4）研究了Zr-4合金在不同辐照强度（1dap、3dpa、5dpa和7dpa）下的微动磨损特征,辐照强度对微动运行区域未见显著影响。当辐照强度为5dpa时,相较于未辐照,平均摩擦力、磨损体积和磨损深度增加。受辐照硬化的影响,部分滑移区和混合区黏着磨损减弱,磨粒磨损增强,表面损伤降低;滑移区的黏着磨损减弱,磨粒磨损加强,固体润滑作用明显,磨损量减少。平均摩擦力、磨损体积和磨痕深度随辐照强度增加而增加。辐照后Zr-4合金主要损伤机理为黏着磨损、氧化磨损、疲劳磨损和磨粒磨损。