锆合金是目前世界上运用在核动力反应堆中唯一的一种燃料元件包壳材料。但是腐蚀严重影响了锆合金在核反应堆的使用寿命。因此,对锆合金进行有效的防腐蚀保护迫在眉睫。目前主要开发的锆合金表面防腐涂层硬度高,韧性差,与基底结合差,而且具有一定厚度,改变了锆合金的尺寸,降低了锆合金的导热性。虽然起到一定的防腐作用,但是经过长时间辐照后,锆合金包壳膨胀和蠕变,导致涂层发生开裂、剥落现象,最终失效。因此,寻求和开发新型的耐高温、韧性好、超薄、结构致密、抗透性能好、与基底结合良好以及超薄、不影响基体导热性能和尺寸的防腐涂层是未来锆合金包壳防腐涂层发展的必然选择。石墨烯具有优良的热和化学稳定性、高的密封性、疏水性和好的热导率,满足锆合金包壳理想涂层的全部要求。因此本论文采用低温化学气相沉积（LTCVD）法在锆合金表面直接生长石墨烯防腐涂层,从而达到提高锆合金抗腐蚀性能的目的。同时,对涂层/基体界面的微观结构进行分析表征,初步探讨了锆合金表面石墨烯涂层的形成机理,这对于未来石墨烯作为锆合金防腐涂层的应用有着重要理论作用。主要研究内容如下:（1）使用聚甲苯丙烯酸甲酯（PMMA）为固态前驱体,在锆合金基底通过LTCVD法制备石墨烯薄膜。采用扫描电子显微镜（SEM）,高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、光学显微镜（OM）和拉曼光谱仪（Raman）对石墨烯的形貌、结构和质量进行分析表征,研究反应温度、前驱体含量和反应时间对石墨烯形成的影响,得出在锆合金表面制备石墨烯的较理想工艺,即反应温度为500°C,前驱体含量为120 mg,反应时间为30 min时能够制备出缺陷少、连续性好的少层石墨烯薄膜。通过聚焦离子束（FIB）和HRTEM对石墨烯和锆合金在纳米尺度下的界面进行研究,结果表明锆合金表面的m-Zr O₂催化石墨烯的形成及生长。（2）通过电化学腐蚀方法测试样品在3.5 wt.%Na Cl溶液中的抗腐蚀能力,研究了不同温度和不同前驱体含量制备的石墨烯对于锆合金防腐蚀能力的影响。结果表明,石墨烯的层数、连续性、质量直接影响石墨烯的防腐性能,石墨烯越连续,层数越多,质量越高,抗腐蚀能力越强,而不连续、高缺陷、结晶度不高的石墨烯反而会加速锆合金基体的腐蚀。