随着工业的发展,燃气轮机的燃气进口温度和效率不断提高,而现有的高温合金和冷却技术已经无法满足这种需求。热障涂层(TBCs)是目前最先进的高温防护涂层,具有良好的高温性能,使高温燃气和工作金属部件之间产生很大的温降,以延长热机零件使用寿命、提高热机热效率。本课题在镍基高温合金上首先制备了双层结构的TBCs,其粘结层为Ni Co Cr Al Y,陶瓷面层为Zr O2-8w.%Y2O3。TBCs的组织、结构和性能依赖于其制备方法。本课题采用超音速火焰喷涂(HVOF)直接制备粘结层,改善了粘结层的界面粗糙问题,使界面平整,增加了Al元素的扩散通道,有利于在粘结层表面形成一层Al2O3保护膜,防止了粘结层其它元素的进一步氧化。通过试验分别研究了喷涂距离、氧-燃气流量、冷却气体(空气)对粉末熔化情况和涂层的孔隙率的影响规律,对喷涂工艺参数进行了优化。利用等离子喷涂工艺(APS)在表面制备了氧化锆涂层;通过研究喷涂距离、送粉量、主气流量和喷涂电流对涂层结合情况的影响,获得了最优等离子喷涂工艺参数。利用扫描电子显微镜(SEM)深入研究了双层热障涂层的微观组织,并对涂层的孔隙率、结合强度、热导率、隔热性能以及抗热震性能进行了测试。对于金属基体上制备的双层热障涂层,其陶瓷层与金属基体之间的热膨胀系数不匹配。在工作过程中,温度的剧烈变化会使涂层产生突变热应力,从而导致涂层剥落失效。为了减缓涂层中的热应力,功能梯度材料(FGM)的概念被引入到热障涂层中来。按此概念设计的梯度热障涂层,从基体到陶瓷表面,其成分和性能是连续变化的,从而大大降低了两者因热膨胀系数不匹配而生成的热应力,避免了涂层在热震过程中发生剥落。本文采用四因素三水平正交试验研究了喷涂距离、送粉量、主气流量和喷涂电流对梯度热障涂层中过渡层的孔隙率的影响规律,对工艺参数进行了优化,最后对梯度热障涂层的结合强度和抗热震性能进行测试。试验结果表明,与双层热障涂层相比,梯度热障涂层的结合强度和抗热震性能都提高了。过渡层的加入,消除了涂层中成分的突变,降低了涂层在热震过程中的热应力集中,延缓了热震裂纹的产生,使梯度热障涂层的抗热震性能更优。