作为压水堆中广泛应用的燃料包壳材料,锆合金包壳管的吸氢及氢化破损是影响反应堆安全运行的重要因素,而二次氢化会导致包壳管发生更加严重的氢化破损。二次氢化是指当锆合金包壳管由于磨蚀、氢脆等原因产生初始破口后,冷却剂会在内外壁压力差的作用下流入包壳管内部,快速汽化为水蒸气并导致包壳管内壁发生Zr-H2O（蒸气）反应。超过包壳管极限固溶度的氢吸收量会导致氢化物的析出,并增加锆合金包壳管的脆性。除了氢化物的析出量,氢化物的取向也会影响锆包壳管的力学性能,其中径向氢化物的含量对力学性能的影响最为显著。Zirlo合金的耐腐蚀性能、抗蠕变性能及抗辐照生长性能均优于传统的Zr-4合金,是一种性能优异的包壳材料。本文以Zirlo合金包壳管为研究对象,使用自主设计的锆包壳管二次氢化模拟装置开展堆外模拟实验:该压力管式高温高压实验装置由电加热棒模拟核燃料芯块,并在预渗氢Zirlo合金包壳管底部预置70 μm初始破孔以模拟二次氢化行为;装置环腔单相水的温度约为325℃,预置初始破口在253℃工况下发生贯穿并引发包壳管的内氢化。在60天二次氢化堆外模拟实验后将Zirlo合金包壳管取出,使用金相、SEM、EDS、EBSD、TEM及定氢技术研究了原始、渗氢及模拟后包壳管的氢浓度、氢化物形貌及取向变化规律,并通过环向压缩实验与显微硬度测试研究了氢化物对Zirlo合金包壳管力学性能的影响,主要结论如下:（1）轴向氢浓度再分布规律表明,模拟后包壳管中轴向高度≥600 mm各处氢浓度相比渗氢管增加约150ppm,底端氢浓度相比渗氢管增加约10～100ppm;径向氢浓度再分布规律表明,模拟后包壳管中轴向高度600mm处的氢化物径向迁移最为显著,C外层＞C内层;（2）氢化物形貌变化规律表明,随着氢含量的增加,渗氢及模拟后包壳管横截面中氢化物长度均有所增加且成簇聚集,模拟后试样成簇氢化物周围还分布有约25μm的短棒状氢化物;氢化物取向变化规律表明,渗氢及模拟后包壳管横截面中氢化物沿织构取向主要呈周向分布,氢化物取向因子Fn40会随氢含量的增加小幅增大,Fn40MAX＜5%;（3）环向压缩实验结果表明,含氢试样的单位面积抗压载荷均低于同位移条件下的原始管,渗氢与模拟后Zirlo合金包壳管的单位面积抗压载荷在同位移条件下差值＜15N/mm2;含氢试样的弹性模量及屈服强度均低于原始管,渗氢和模拟后包壳管的弹性模量值（≈82±8 GPa）小于原始包壳管约15 GPa,渗氢和模拟后包壳管的屈服强度值（≈804±20 MPa）小于原始包壳管约140 MPa;显微硬度测试结果表明,原始、渗氢与模拟后Zirlo合金包壳管的显微硬度值均随氢浓度的增加而减小,原始管的显微硬度值为251 HV0.2,当氢浓度增加到302 ppm后,包壳管显微硬度就降至206 HV0.2,降幅约为18%。