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Nb5Si3具有高熔点，适中的密度，高的高温强度及良好的抗蠕变性能等优点，成为高温结构材料研究的重点，然而Nb5Si3室温脆性大，严重阻碍了其实用化进程，因而如何提高Nb5Si3的室温韧性成为近年来的研究热点之一。本文分别从理论计算和实验研究两个方向研究了合金化对α-Nb5Si3性能的影响。采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法，通过比较形成能(Eform)、价电子浓度(VEC)、弹性常数(Cij)、剪切模量(G)与体模量(B)的比值(G/B)以及派-纳力(τP-N)等参量的变化，研究了Ti、Zr、Hf、V、Cr、Mo和W合金化对D81结构的α-Nb5Si3结构稳定性和力学性能的影响。研究表明：Ti、V、Cr、Mo和W原子优先占据α-Nb5Si3密排面上的Nb4c原子位置，Zr和Hf原子优先占据疏松面上的Nb16l原子位置。添加不同含量合金化元素的α-Nb5Si3仍保持稳定的D81结构。Ti合金化导致α-Nb5Si3的脆性增大；而Zr、Hf、V、Cr、Mo和W合金化有助于提高α-Nb5Si3的韧性，其中Cr、Mo和W合金化对α-Nb5Si3的韧化作用更明显。此外，态密度(DOS)、差分电荷密度和Mulliken布居数等电子结构的计算结果表明：Ti合金化导致α-Nb5Si3脆性增强是因为Si8h-Nb16l和Si4a-Nb16l键强的增大；V、Cr、Mo和W合金元素对α-Nb5Si3的韧化作用取决于Si8h-Nb16l共价键的减弱；虽然Zr和Hf均优先占据α-Nb5Si3中Nb16l原子位置，且总态密度图的变化趋势一致，但合金化后对α-Nb5Si3中各价键的成键强度影响不同，对α-Nb5Si3的韧化机制不同，Zr合金化是通过形成键强较弱的Si-Zr16l共价键，而Hf是通过削弱Si-Nb16l共价键的强度。采用双阴极等离子溅射沉积技术在TC4钛合金表面制备了Nb5-xCrxSi3(x=0，0.5)纳米晶涂层，压痕和电化学腐蚀测试结果表明Cr合金化有助于改善α-Nb5Si3的断裂韧性和耐腐蚀性能。结合第一性原理计算结果可知，Si4a-Nb4c键是α-Nb5Si3中最易断裂的键，Si4a-Cr4c键是Nb4.5Cr0.5Si3中最易断裂的键，这可能会造成两种涂层表面钝化膜成分的不同，从而表现出不同的耐腐蚀性能，这有待进一步验证。