热应力是影响可磨耗封严涂层服役性能及使用寿命的重要因素。本文针对600℃及以上工况需求的新型多孔结构封严厚涂层,以Cu7Al/PHB涂层为研究对象,开展了涂层结构-热应力-性能的关系研究。首先,利用Python语言对有限元分析软件ABAQUS进行了二次开发,基于二维仿真模型模拟分析了热震条件下涂层结构对冷却瞬时热应力的影响,完成了涂层的结构设计。其次,针对优选的结构参数,采用大气等离子喷涂制备了Cu7Al/PHB封严涂层,研究了涂层结构对涂层性能的影响,明确了涂层结构与涂层性能的关系。针对结构优化后的涂层,利用ABAQUS建立了叶片-机匣二维有限元模型,对刮削条件下的涂层热应力进行了数值仿真,采用可磨耗试验机进行了高温高速可磨耗试验,试验结果验证了Cu7Al/PHB封严涂层结构设计的合理性。热震条件下的热应力仿真结果表明,孔隙是影响热应力分布的重要因素。当面层为致密涂层时,热应力主要集中在涂层-基体界面及涂层侧面;当面层为多孔涂层时,热应力分布具有随机性,大多集中于孔隙周围。涂层结构与峰值应力的演变关系结果表明:与Cu7Al粘结层相比,Ni Al粘结层可减缓涂层内部的拉应力,有助于抑制裂纹的形成与扩展;当Ni Al粘结层厚度为0.02mm～0.2mm时,涂层侧面峰值拉应力随粘结层厚度的增大而增大,从20.77MPa增大到24.09MPa;Cu7Al面层孔隙率越大,涂层的应变容限越大,当面层孔隙率为15vol.%～20vol.%时,涂层-基体界面的峰值压应力显著降低,减小了18.76MPa;当面层孔隙直径为0.04mm～0.10mm时,随着孔隙尺寸的增大,涂层-基体界面峰值拉应力呈增大趋势,从22.25MPa增大到32.14MPa。基于热应力仿真结果,采用大气等离子喷涂制备了不同结构参数涂层试样,性能测试结果表明:与Cu7Al粘结层相比,粘结层为Ni Al时封严涂层的结合强度和抗热震性能较好;面层厚度对结合强度和抗热震性能影响较大,当面层厚度为0.6mm～1.0mm时,二者均随面层厚度的增大而变差;面层孔隙率是影响表面粗糙度、硬度、结合强度及抗热震性能的重要因素,当面层孔隙率为0～20vol.%时,随着面层孔隙率的增大,涂层表面粗糙度增大,硬度和结合强度降低,抗热震性能得到显著提高,热循环次数从10次增大到42次。综合考虑涂层的性能,确定适宜的Cu7Al/PHB封严涂层的结构为:粘结层为0.1mm的Ni Al涂层,Cu7Al面层厚度为0.6mm、孔隙率为20vol.%、孔隙直径为0.06mm。基于刮削工况对结构优化后的Cu7Al/PHB封严涂层开展了热应力仿真及可磨耗试验,研究结果表明:涂层表面光洁度及刮削次数是影响涂层热应力的重要因素,涂层热应力随摩擦系数和叶片侵入深度的增大而增大,随叶片侵入速度的增大而减小。进给速度为10μm/s、50μm/s和100μm/s时涂层的可磨耗IDR值均小于20%,该结构体系Cu Al封严涂层具有良好的可磨耗性能,体现了涂层结构设计的合理性。