热障涂层（thermal barrier coating,TBCs）因其较低的热导率及良好的高温稳定性,在保护高温合金、提高其工作温度方面有着优秀的表现,因而被广泛地应用于热机中,对提高工作效率、降低使用损耗率,减少航空航天发动机的涡轮叶片的磨损速度等起着积极作用。然而由于其工作环境及其恶劣而本身形貌及微观结构又十分复杂,使得涂层的失效难以被精准预测,对使用安全造成了极大危害。故而对热障涂层失效机理的研究有助于航空事业的健康发展,同时也对热障涂层材料及结构的进一步优化提高有所助益。本文使用大气等离子喷涂（APS）系统在镍基合金上制备了喷涂态粘结层,经过恒温氧化,研究了热生长氧化物（TGO）的生长过程及组分演变;在喷涂态粘结层上制备了 30 μm与200 μm厚陶瓷层两种热障涂层试样,研究了氧扩散对涂层内TGO生长的影响;针对200 μm厚陶瓷层试样,研究了在恒温氧化时长相同的情况下加热频次不同对热障涂层失效情况的影响;利用光学显微镜和附着力测试仪等分析手段,分析了涂层内的微观结构,探讨其应力变化与涂层失效之间的关系。研究结果表明:（1）喷涂态粘结层经5 min高温氧化后,TGO主要成分为Al2O3并成针状生长,形核率远大于生长率;随着高温氧化的进行,其生长逐渐由针状向粒径均匀的块状转变在表明形成致密的氧化物,其主要成分为Cr、Co氧化物。（2）热障涂层的氧化过程分为三个阶段,第一阶段为氧化初期,陶瓷层与粘结层界面未形成连续氧化膜,不能阻止氧的进入,与Al进行选择性氧化,增重明显,TGO生长速度最快。第二阶段为氧化中期,氧化增重稳定,TGO生长变缓且出现分层现象,陶瓷层与粘结层形成致密氧化膜,氧化速率受扩散速度影响。在氧化的中后期,选择性氧化结束,Al元素浓度达不到氧化要求,活性较低的Ni、Cr、Co已经扩散并开始氧化,在Al形成黑色TGO后,其余元素与Al一起氧化形成灰色的TGO层。第三阶段为平稳期,氧化增重停滞,TGO中灰色层快速增长到一定厚度时整体生长缓慢,陶瓷层内部横纵向裂纹开始连接贯通,涂层局部剥落失效。虽然整体氧化增重趋势大致相同,但30 μm陶瓷层试样的TGO生长速度和总增量明显高于200 μm陶瓷层试样。（3）经热循环频次对热障涂层失效的影响研究发现,经历热循环次数越多,涂层试样失效时经历的高温氧化时间越短。与5min热循环试样相比,数小时至数十小时热循环试样的残余应力值较小,而残余应力是造成裂纹源萌生和扩展的原因。在较长时间高温氧化下,热循环频次高造成的热不匹配现象对裂纹的萌生和扩展起到一定促进作用。而裂纹的萌生和扩展对氧的运输有利,对TGO生长起到一定加速作用。在热循环中由于热障涂层各层材料不同,温度剧烈变化引起了各层材料间的热不匹配,进而促进了微裂纹的生成、生长与连通,加速TGO增长,最终导致涂层加速失效。（4）经热障涂层残余应力分析发现,涂层应力并非随高温氧化时间的增长而增长,而是先下降再回升,于50 h时出现一个应力峰,最后下降。涂层各层附着力实验发现,附着力与应力的变化趋势相近,说明残余应力对热障涂层各层的附着力有一定影响。