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因具有突出的核性能,锆合金被广泛用作水冷动力堆的燃料元件包壳及堆芯结构材料等。随着社会和经济的不断发展,为不断满足核电更安全、更可靠、更高效、更经济的发展需求,特别是在日本福岛核事故发生后,世界各国研究人员都在努力地通过各种手段不断提升各类锆合金的表面综合性能,尤其是耐高温腐蚀性能,以期降低相关组件的失效概率,延长服役寿命。累积研究结果表明,强流脉冲电子束（HCPEB）表面辐照及表面合金化在一定条件下是改善金属材料表面硬度、耐磨及耐蚀等性能的简单却又极为有效的方法。然国内外对于HCPEB作用下锆合金表面辐照改性的研究却还很少,表面合金化这一块更几乎是空白。鉴于此,本文分别以Zr-4合金及N18合金为研究对象,利用HCPEB装置分别对二者进行直接表面辐照处理及表面Cu合金化处理。之后,使用各种表征手段对改性前后样品表层的微观结构、硬度应力以及高温高压腐蚀测试后样品表层氧化膜的微观结构进行了详细的表征和分析。最终总结出了表层微观结构与性能间的内在联系。主要研究成果如下:HCPEB表面辐照后,Zr-4及N18合金表层均发生重熔,表层中的Al、Co、Mg等杂质元素随“火山坑”状熔坑的喷发而被不断清除,实现了样品表层的净化。低次数辐照后,重熔层内部主要由大量的孪晶马氏体所组成。随辐照次数增多,马氏体组织不断细化。25次辐照后,两种合金的重熔层平均厚度分别达约4.8μm（Zr-4合金）及6.5μm（N18合金）,内部除形成大量超细乃至纳米尺度的孪晶马氏体外,还出现大量超细晶组织。比较之下,N18合金表层中两种组织的细密度都相对更高。第二相颗粒在两种合金的重熔层及热影响区中均发生了溶解,合金元素Fe、Cr、Nb全部均匀地固溶到了锆基体中。此外,辐照过后,两种合金表层都累积了幅值较高的残余压应力。性能测试结果显示,辐照25次后,两种合金表层硬度及在500°C/10.3 MPa过热蒸汽中的腐蚀抗力相比各自原始样品均得到显著提升。硬度的提升主要得益于表层固溶强化、细晶强化、相变及形变强化的共同作用,而耐蚀性能的提升主要得益于表层中高的残余压应力、过饱和固溶的合金元素、选择性净化效应和大量的晶体缺陷。对比两种合金后发现,N18合金表层硬度及耐蚀性能的提升效果都要优于Zr-4合金,这主要应归功于Nb元素的添加以及其表层更加细密的组织结构。HCPEB作用下表面Cu合金化后,Zr-4及N18合金表层分别形成了平均厚度约2.8μm及3.1μm的合金化层,合金化层内部主要由均匀分布的大片超细β晶粒所组成。特别地,在N18合金的合金化层内部还观察到大片纳米级晶粒。而马氏体组织仅在少量β晶粒内部形成。成功进入到Zr基体中的大部分Cu元素都均匀地过饱和固溶在β-Zr中,其它不能溶解的或随熔坑的喷发被不断清除出样品表层或以ZrCu第二相颗粒的形式弥散分布在基体中。不同于直接辐照25次样品,Cu合金化后,两种合金重熔层下方都出现了特殊的固态马氏体相变层。相同的是,Zr（Fe,Cr）2/Zr（Fe,Cr,Nb）2第二相颗粒同样在整个改性层中发生了溶解。此外,Cu合金化后,两种合金表层同样都累积了一定幅值的残余压应力。性能测试结果表明,合金化后,两种合金表层硬度及在500°C/10.3 MPa过热蒸汽中的腐蚀抗力相比各自直接辐照25次样品得到进一步显著提升。硬度的提升主要得益于Cu合金化后固溶强化效果的进一步增强,ZrCu第二相颗粒的弥散强化作用,以及次表层固态相变层的出现。而过饱和固溶在基体中的Cu元素是合金化样品表层耐高温高压腐蚀性能进一步提升的最关键因素。对比两种合金后发现,归功于表层更高的Cu元素含量,使得Zr-4合金化样品表层硬度值的提升幅度相对更大。而归功于Nb元素的添加以及表层更加细密的组织结构,使得N18合金化样品拥有相对更好的腐蚀抗力提升效果。