世界能源消耗与日俱增,核能所占比重逐渐上升。锆合金由于其较为优异的核材料性能以及较强的力学性能和耐腐蚀性等被广泛应用于核裂变领域,常用于制作反应堆的核燃料包壳。众所周知,元素的扩散行为对锆合金的微观结构和相组织的演化具有重要影响,而锆合金相关的物理性能,尤其是力学性能对于核反应堆的安全运行极其重要。因此研究锆合金中的元素扩散性质和力学性能具有重要意义。本文制备Zr-Co、Zr-Cr和Zr-V等二元扩散偶,利用高温长时间退火的方法获得一定厚度的扩散层,再利用电子探针（EPMA）和纳米压痕测试仪器对上述扩散偶扩散行为以及力学性能进行表征和分析研究。本文所得主要结论如下:（1）对于Zr-Co二元扩散体系,在扩散层中,确定生成了五个金属间化合物(Zr₃Co、Zr₂Co、ZrCo、ZrCo₂和Zr₆Co₂₃),只有Zr₂Co₁₁未发现。利用EPMA对扩散层的成分进行了表征,结果表明:五个金属间化合物的厚度随着退火时间的增加呈现线性增长,得到了不同温度下以β-Zr（BCC）和α-Co（FCC）为边界条件的互扩散系数。各相生长机制由初始阶段的孕育期转变为扩散控制机制,其中Zr₂Co相在1223 K时互扩散系数最大,达1.68×10^-15 m²/s,ZrCo相在1148 K互扩散系数最小,为4.32×10^-17 m²/s。（2）利用纳米压痕测试仪对Zr-Co扩散偶中的扩散层进行了测试和分析,结果表明:ZrCo₂,Zr₂Co和Zr₃Co的纳米硬度分别为13.30±0.24 GPa、12.40±0.56 GPa和6.02±0.34 GPa,杨氏模量分别为252.85±6.92 GPa、205.63±18.27 GPa和73.34±2.26 GPa。Zr₆Co₂₃和ZrCo由于其扩散层厚度太薄,不能对其硬度和杨氏模量进行精确测试。（3）对于Zr-Cr、Zr-V二元扩散体系,在扩散层中均出现了相图中唯一一个金属间化合物,即具有C15结构的Laves相ZrCr₂、ZrV₂。由于Zr与Cr、V原子之间较难发生扩散,这两个Laves相的扩散反应十分缓慢,扩散层生长缓慢。结果表明,随着退火温度的升高和退火时间的延长,Laves相扩散层厚度增长速度较小,互扩散系数量级很小。在1273 K、1323 K、1373K和1423 K温度下金属间化合物ZrV₂与ZrCr₂的互扩散系数分别为9.36×10^-19 m²/s、12.8×10^-19 m²/s、16.99×10^-19 m²/s、21.4×10^-19 m²/s,和5.35×10^-18 m²/s、7.86×10^-18 m²/s、10.64×10^-18 m²/s、18.34×10^-18 m²/s。对比发现:Zr-V之间的扩散比Zr-Cr间的扩散慢,ZrV₂的互扩散系数比ZrCr₂低一个数量级。（4）Zr-Cr二元体系中的金属间化合物ZrCr₂的纳米硬度为12.72±1.18 GPa,杨氏模量为185.13±21.54 GPa。而ZrV₂由于其扩散层薄,未能进行力学性能测试。