锆合金具有低的热中子吸收截面、良好的耐腐蚀性能以及力学性能，因此被广泛用于核反应堆中燃料元件的包壳材料。为了提高核电经济性，需要加深核燃料燃耗、延长换料周期，从而对锆合金的耐腐蚀性能提出了更高的要求。锆合金包壳的耐水侧腐蚀性能是影响燃料元件使用寿命最主要因素，因此锆合金的水侧腐蚀是一个重要的研究问题。当前所有已开发的锆合金都是采用经验式的配方尝试方法获得的，虽然对各种合金元素及水化学条件影响锆合金耐腐蚀性能进行了大量的研究工作，但因合金元素交互作用非常复杂，很难明晰合金元素的作用机制，难以在更深层次上了解合金元素及水化学的影响作用。本文以商业碘化法生产的高纯锆（结晶锆）为基材，通过相同的加工工艺，制备Zr-xNb (x=0.1%，0.2%，2.5%)、Zr-yCu（y=0.05%，0.2%，1.0%）、Zr-0.2Nb-zCu（z=0.05%，0.2%，1.0%）和Zr-vNb-0.2Cu (v=0.1%，2.5%)锆合金，并制备重熔的高纯锆(Zr-remelted)试样作为参照试样。利用静态高压釜腐蚀实验研究了它们在500℃/10.3MPa过热蒸汽和360℃/18.6MPa/0.01mol/L LiOH水溶液中的腐蚀行为，同时利用HRSEM和HRTEM分别观察合金和氧化膜的显微组织，认识了添加Nb、Cu对Zr-Nb-Cu系列合金显微组织和耐腐蚀性能的影响规律，探讨其影响机理。主要得出如下结论：(1)即使在高纯锆中，极微量的杂质元素Fe也会部分以Zr2Fe相形式析出；Zr-0.2Nb合金中的Nb元素能够完全固溶在-Zr中，但添加0.2%的Cu后，会促使部分Nb元素以Zr(Nb,Fe)2相形式析出，从而使其在-Zr中的固溶含量更低；若添加更多量的Cu，则因Fe偏聚在Zr2Cu第二相中，Nb元素反而不易析出。(2)在高纯锆中添加的Cu元素几乎都会以Zr2Cu第二相形式从-Zr中析出，在Zr-1.0Cu合金中加入适量的Nb元素，可以细化Zr2Cu第二相的尺寸，促使其分布更加均匀。在大量Nb稳定的β-Zr第二相存在的情况下，添加的少量Cu会富集在β-Zr第二相中，而不会以Zr2Cu第二相形式析出。(3) Zr-Nb-Cu系列合金中，不论添加Nb或Cu元素，只要添加的合金元素总含量较低时，在500℃/10.3MPa过热蒸汽中都会出现较严重的疖状腐蚀现象；Zr-0.2Nb-0.2Cu和Zr-0.2Nb-1.0Cu实验合金在500℃/10.3MPa过热蒸汽中表现出较好的耐腐蚀性能，甚至优于N18对比实验合金。(4)在500℃/10.3MPa过热蒸汽中，Zr2Cu第二相在不同合金中的氧化行为不同，在含Nb合金中，排出的Cu单质呈平行于O/M界面的条带状分布，Nb能延缓Cu的氧化，也能延缓Cu4O3的离子化扩散过程，从而延缓Zr2Cu的氧化进程，Nb、Cu含量的合理添加可以促使腐蚀生成的氧化膜中柱状晶粗大并且排列整齐，柱状晶所占比例提高，从而提高合金的耐腐蚀性能。(5) Zr-Nb-Cu系列合金在360℃/18.6MPa/0.01M LiOH水溶液中表现出与500℃/10.3MPa过热蒸汽中截然不同的腐蚀规律，总体耐腐蚀性能较差，存在腐蚀加速过早出现现象，这与Li＋或OH－的存在，干扰O/M界面处ZrO2晶体生长有关。(6)在360℃/18.6MPa/0.01M LiOH水溶液条件下，纯锆中添加少量Nb或Cu可以延缓腐蚀转折发生，增加Nb含量会使均匀腐蚀速率增加，但Nb含量较多时，能延缓腐蚀转折出现；增加Cu含量会促使不均匀腐蚀出现，恶化合金耐腐蚀性能。(7)在360℃/18.6MPa/0.01M LiOH水溶液条件下，添加Nb可以使O/M界面处氧化膜柱状晶排列整齐，生长较均匀，具有良好的保护性；而添加Cu元素会诱发O/M界面处的氧化膜不均匀生长。(8)在360℃/18.6MPa/0.01M LiOH水溶液条件下，合金元素Nb的作用机制与其在合金中的固溶含量较高及其第二相延迟氧化的特性密切相关，这些特性可以保持O/M界面形成氧化膜的完整性；而合金元素Cu的作用机制与Zr2Cu相的快速氧化特性关系更密切，其氧化过程中造成大量孔隙、微裂纹等缺陷，会成为Li＋和OH－的扩散通道，加速腐蚀进程。