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铀氮化物是一类重要的核燃料,同时,因其独特的物理化学性质而在核工业领域得以广泛关注。不同的使用工况条件下,材料的腐蚀行为一直是人们关注的重点。但因关注点的不同,文献中各研究结果发散性较大。铀氮化物体系属于强关联电子体系,因独特的U5f电子特性,其物理化学性质非常复杂。受限于已有的制备技术,铀高氮化合物的相关研究较少,其腐蚀行为认识非常有限。本研究论文采用磁控溅射沉积和脉冲激光氮化等方式获得了不同化学计量比的铀氮化物;利用XPS分析技术获得铀氮化物芯能级及价带谱结构信息;并采用原位反应的方式,研究了超高真空、不同气氛条件下系列铀氮化物表面氧化行为,获得化学计量比对铀氮化物腐蚀行为的影响;通过对比研究,系统地认识了不同气氛下铀氮化物腐蚀行为,并探讨其反应机制。实验研究结果表明,超高真空条件下,UN表面在O2气氛中发生氧化反应,其氧化产物类UO2结构的UO2-xNy,并会进一步氧化生成为UO2。而N/U比小于1的非化学计量比的铀氮化物（UN0.1、UN0.5和UN0.68等）为不同比例N和UN的混合物,其氧化行为不是两种组分氧化行为的叠加,而是相互关联的:两种组分共同参与反应,生成不同氧空位浓度的UO2-xNy。其中,随UN含量的增多,反应产物中氧空位浓度减少,对应的U4f特征峰向低结合能端偏移。随着N含量的增加,铀氮化物中U4f特征峰向高能端展宽,并发生一定化学位移;其中,UN的U4f7/2峰位于377.5eV处,而UN1.85位于377.7eV。UN中U5d3/2峰呈双峰结构,分别位于93.1eV和94.3eV处,前者峰强度略低于后者;但UN1.85的U5d3/2主峰位于94.5eV处,且峰强度远高于93.1处信号。氧化过程中,铀氮化物UNx（x>1）中的N逐级被O取代,生成铀氮氧三元化合物:不同反应阶段生成不同氮、氧含量的三元化合物,各产物均有对应的U4f、O1s和N1s特征峰。铀高氮化物的氧化行为主要表现为O取代氮化物中的N,且遵循逐级氧化规律,并在样品表面依次生成O浓度递增的UNxOy。而在持续氧化过程中,低氧含量的UNxOy会被进一步氧化,生成O含量更高、N含量更低的铀氮氧三元化合物。每一阶段的UNxOy具有相应的组分、晶体结构和特征的电子结构,其对应的U4f、O1s和N1s特征峰位置各不相同。其中,UN1.85表面氧化产物中包括UO2、UO2+x和U4O9等。深度剖析结果表明,表面氧化物呈层状分布,N含量从外向内呈梯度递增分布;UN1.85在自然环境下存放两年后生成的氧化层厚度与2000LO2原位反应氧化层厚度相似,说明铀高氮化合物在自然环境中具有良好的抗腐蚀性能。另外,U4f7/2特征信号位于379.9eV处的UNxOy具有较好的稳定性。氧化层中N浓度梯度分布形成的化学势垒是铀富氮化合物具有良好抗腐蚀性能的主要原因之一。此外,利用等离子体氮化的方式在金属铀表面获得了高氮化物改性层,并对改性层组分及结构进行系统分析,通过对界面层不同位置的腐蚀行为研究,获得界面层不同位置的腐蚀行为,并探讨了氮化改性层界面失效的机制。等离子体氮化改性层的主要成分为UN2-x,另有一定量的氧以UNxOy（378.9eV）形式存在。通过深度剖析,获得等离子体改性层及界面层的组分分布为:UO2+x+UNx1Oy1（379.9eV）/UNx2Oy2（378.9eV）+UN2-x/UO2-xNy+UNx1（x2）Oy1（y2）+UN2-x+U/U。一般来说,在某一确定的氮化物体系中,其氧化产物UNxOy对应的U4f特征峰位随N含量的减少而向高结合能端偏移,N1s、O1s峰则向低结合能端偏移。由于氮化样品表面氧化层的影响,氮化改性层界面处含有一含氧层,同时含有大量氧空位缺陷,对应的U4f7/2峰位于381.3eV处,以UO2-xNy形式存在。氧化过程中,UO2-xNy中氧空位逐渐被O原子占据,N原子逐渐被O取代,生成UO2,而后将进一步氧化生成铀的高价氧化物,如U4O9或U3O8。界面处铀高价氧化物（U4O9或U3O8）的生成将导致界面因晶格失配、内应力等原因而失效。因此,样品氮化前,表面氧化层的去除是非常重要的步骤。通过本论文工作,我们系统研究了超高真空条件下系列铀氮化物的氧化行为,通过电子结构研究澄清了各铀氮化物的氧化产物,尤其是UN的氧化产物;对比了不同铀氮化物在相应存储环境中的表面形貌变化,观测到铀氮化物表面腐蚀过程中的奇异现象,验证了铀高氮化物的逐级氧化行为及良好抗氧化腐蚀的特性。根据非化学计量比铀氮化物UNx（x<1）氧化行为,揭示了两种组分（U和UN）共同参与氧化反应的行为,及UN含量变化对氧化产物的影响;获得了等离子氮化改性层组分及界面层结构信息,以及改性层及界面层在氧气环境中的反应行为,获得不同氮、氧含量的中间氧化产物的电子结构信息,探讨其改性层失效机制。研究结果对深入理解铀氮（氧）化物的表面化学行为及反应机制有重要的促进作用,同时也对金属铀表面氮化改性技术研究有重要参考意义。