在聚变堆结构材料表面制备阻氚涂层是降低氚渗透造成的材料损伤以及放射性危害,维持氘氚燃料自持循环的有效途径之一。钒合金具有优良的高温力学性能和低活化特性,是聚变堆中候选的结构材料,但氢同位素在其中的渗透率远高于其他候选结构材料（RAFM钢、SiCf/SiC复合材料）,并易形成氢化物。采用“基体渗铝+氧化”制备的以富Al合金为过渡层、Al2O3膜为外层的铝化物阻氚涂层体系具有化学性能稳定、自修复能力强、与结构材料结合良好等优点,是中国、欧盟和印度公认的较优阻氚涂层之一。然而,目前关于钒合金表面铝化物阻氚涂层的研究较少,且涂层性能与钢基体表面铝化物涂层的性能差距不小,这与V-Al合金层的形成及其表面较难形成性能优异的Al2O3膜有关。为此,本文采用第一性原理方法与热力学原理的结合,研究渗铝过程中合金元素对富Al合金层成分和微观结构的影响机制,以及钒合金表面富Al合金层的选择性氧化行为及合金元素的影响机制,揭示合金元素在钒合金表面铝化物涂层形成过程中的作用机制。主要研究成果如下:1.揭示了 V合金表面富Al合金层形成过程中合金元素的作用机制,发现Ti降低Al在V中的扩散速度,而Cr无明显影响。在V基体中,Ti原子与空位有很强的相互吸引作用,倾向于占据空位的1nn位和Al原子的2nn位;Cr原子与空位有微弱的相互排斥作用,倾向于占据空位的2nn位和Al原子的1nn位。Ti原子在近邻时减弱了 Al与空位的结合,从而增加Al的扩散势垒,降低Al的扩散速度;Cr原子对于Al与空位的结合和Al的扩散没有明显的影响。由于Ti降低Al在V中的扩散速度,因此在热处理的过程中Ti将阻碍Al向基体内扩散,使Al更多地参与到表面A13V的形核与长大,从而对富Al合金层的成分、相组成和微观结构产生影响。实验也证实虽然纯金属V及V-5Cr-5Ti合金表面富Al合金层均为外层A13V、中间层A18V5和内层V（Al）固溶体组成的多层结构,但V-5Cr-5Ti合金表面A13V层的晶粒细小且更厚,而V（Al）层较薄,合金层与基体之间的界面更加平滑,且基体中Al的扩散深度较浅且浓度更低。2.揭示了金属V表面的初始氧化机制以及合金元素的影响。O原子在V（110）表面吸附时,随覆盖度（?）增加,O原子的吸附稳定性降低。与O原子在表面吸附时相比,（?）≥0.75 ML时,O原子在表面和次表面共同吸附时更加稳定,O原子倾向于在次表面吸附,进而开始氧化。合金元素Al和Ti易于在V（110）表面偏析,在表面掺杂后向外弛豫;Cr元素倾向于不在V（110）表面偏析,在表面掺杂后向内弛豫。Al和Ti在表面掺杂后,（?）≥0.5 ML时,O原子在表面和次表面共同吸附更加稳定,故Al和Ti使V（110）初始表面氧化提前进行;而Cr对于V（110）表面的初始氧化影响不大。3.获得了 V合金表面氧化图,据此提出了 V合金发生选择性氧化的热力学趋势。O覆盖度较高时Al进一步向V（110）表面偏析,从而造成Al的选择性氧化;类似地,O的吸附有利于Ti在V（110）表面的进一步偏析,造成Ti的选择性氧化;O的吸附不会引起Cr元素在表面偏析,故不会发生Cr的选择性氧化。根据表面氧化图可以预测V-Al基合金的选择性氧化行为,为钒合金表面铝化物阻氚涂层的制备提供指导。4.探讨了 A13V表面的初始氧化行为以及合金元素的影响机制。终止于Al原子的（110）-Al表面是最稳定的表面。随覆盖度增加,O原子的吸附稳定性增加。从DOS分析和O与表面各原子的间距可以推断,该表面在氧化的初始阶段发生Al的氧化和V的内氧化,氧化后有可能形成具有保护性的Al2O3膜。Ti和Cr均倾向于占据表面第2层V原子位,且2种合金元素都促进O原子在该表面的吸附,但2者的作用机制不同。Ti与O相互作用较强,从而降低了 Al与O的相互作用,在氧化过程中Ti与Al有可能同时氧化,从而形成Al和Ti的混合氧化物。Cr对于Al和O的相互作用有微弱的增强作用,使得O的吸附更加稳定,可能会促进Al的氧化,从而形成保护性的Al2O3。上述研究结果可以为钒合金表面铝化物阻氚涂层制备的方案设计和工艺优化提供理论指导,并且对于钒合金的氧化行为以及钒合金表面形成保护性氧化膜的研究也有借鉴意义。