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FeCrAl合金作为事故容错燃料包壳(ATF)材料之一,因其优异的抗辐照性能与抗高温腐蚀性能,被视作传统锆合金燃料包壳材料的优良替代品。本论文通过对3种不同元素组分的核级FeCrAl合金进行400℃C下400keV的Fe+离子与H+离子的辐照实验与随后的高温高压腐蚀实验;利用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、慢正电子湮没技术(PAT)、掠射小角X射线衍射仪(GIXRD)与纳米压痕仪对辐照前后样品与腐蚀样品的微观组织形貌、化学成分、物相结构以及力学性能进行观察、测试、分析与表征,来深入研究FeCrAl合金的离子辐照行为与腐蚀机理。3种核级FeCrAl合金因添加的微量合金元素种类与含量的差异,使其析出相种类、分布以及微观组织特征有所不同。Fe13Cr4AlNb合金内主要含有200nm左右的短棒状、hcp结构的Laves相,即(Fe、Cr)2(Nb、Mo、Ta、Si)。Fe16Cr4.5Al合金含有大量细小弥散的、主要分布于晶界处的四方结构的Y3A15012相与少量粗大的hcp结构的Laves相,即(Fe、Cr)2(W、Ti、V、Ni)。Fel9.5Cr5AlY合金中主要为细小的正交结构的Y4A12O9相。Fe16Cr4.5AlY合金与Fe19.5Cr5AlY合金中还分布着少量椭圆形的Y-Ti-Al-O相。析出相统计分析结果与纳米硬度测试结果表明,弥散程度最高的Fe19.5Cr5AlY合金具有最高的纳米硬度值,Fe13Cr4AlNb合金虽析出相面密度大,但因其析出相弥散程度小、位错密度小,而导致纳米硬度值最低。Fe+离子辐照导致3种合金内位错消失,晶界、相界逐渐模糊,其中尤以Fe13Cr4AlNb合金最为严重。辐照诱发了FeCrAl合金中Laves相的不稳定性,使其发生非晶化转变,而合金中的Y-A1-O相则始终保持稳定的晶体结构。随辐照剂量的增大,3种合金内位错环尺寸与密度不断增大,增速减缓,密度不断接近一定值。位错环尺寸统计结果表明Fe19.5Cr5AlY合金拥有最小的尺寸值与密度值,且其辐照硬化值均低于其他两种合金,而Fe13Cr4AlNb位错环尺寸、密度及辐照硬化值均为最大。辐照硬化值与位移损伤呈幂函数关系。H+离子辐照下,Fe16Cr4.5AlY合金与Fe19.5Cr5AlY合金发生辐照软化现象。距合金表面200～800nm深度范围内,合金内位错线减少。Fe16Cr4.5AlY合金的空位型缺陷浓度与纳米硬度值随辐照剂量的增大而减小。Fel9.5Cr5AIY合金在0.5dpa时,空位浓度与纳米硬度值最低,之后随辐照剂量的增加,空位浓度与纳米硬度值开始增大。造成两种合金辐照软化现象不同的原因主要是原始态微观组织结构不同。FeCrAl合金的腐蚀试验结果表明,辐照对FeCrAl合金的腐蚀有促进作用。腐蚀早期50h内,未辐照合金表面腐蚀产物为一层平铺于表面的氧化物颗粒层与弥散分布的氧化物颗粒团簇,由于辐照对合金表面的清洁作用,辐照合金表面仅存在大量氧化物颗粒团簇。辐照促使样品表面生成疏松α-Cr2O3层,同时Fe元素偏析以及近表面辐照缺陷的产生促进了后续合金元素向外扩散,提高了合金的腐蚀速率。腐蚀过程中,α-Cr203氧化层优先沿晶界生长,表面氧化物颗粒团簇通过聚合方式长大。FeCrAl合金表面主要形成最外层的颗粒团簇状的α-Fe2O3氧化物与次外层较薄的α-Cr203氧化层。随辐照剂量的增加,合金腐蚀速率提高;并且Fe19.5Cr5AlY合金比Fe16Cr4.5AlY合金具有更好的耐腐蚀性能,这主要与其Cr元素与A1元素含量有关。