采用金属表面防护涂层,是延长航天航空发动机、蒸汽轮机等高温工业设备使用寿命最有效的方法之一。研发高温下具有优良力学性能和抗氧化、腐蚀性能的涂层,使设备零部件在高温状态下免于氧化、腐蚀等失效,保证长时间稳定运行具有十分重要的意义。本文研究了一种新型的Al2O3和Cr2O3氧化物复合增强陶瓷涂层,通过对其成分和显微组织控制,探明氧化物陶瓷涂层显微组织对其高温状态下力学、氧化、腐蚀性能的影响规律和作用机制,为该涂层在实际工程中的安全应用提供理论依据。本研究以商用氧化物陶瓷粉末和合金粉末为原材料,使用等离子喷涂技术制备出不同配比的NiCoCrAlYTa-Al2O3/Cr2O3涂层,借助光学显微镜、扫描电子电镜和透射电子电镜研究了涂层的显微组织,探讨了涂层在高温状态下的力学、抗氧化及抗腐蚀行为。研究表明,通过调整Al2O3和Cr2O3在NiCoCrAlYTa-Al2O3/Cr2O3涂层中的质量分数,得到由Cr2O3,(Ni,Co)Al和Al2O3结晶相,以及部分通过涂层快速冷却生成的非晶或纳米晶组成的涂层组织。非晶或纳米晶相有利于提高涂层的力学性能。涂层金相组织呈平行于涂层与基体界面的层状,涂层以熔化或半熔化的颗粒、以及微裂纹和灰黑色物质组成。研究发现,涂层孔隙率与显微硬度呈负相关关系。当Al2O3与Cr2O3质量比为3:2时,涂层孔隙率最低,显微硬度值最高,这与两种氧化物陶瓷固溶度,颗粒尺寸形状、数量有关。通过研究涂层的热震性能发现,700℃、900℃、1100℃下,随着热震温度的上升,涂层的热震循环次数呈现下降趋势,温度对涂层热震循环次数有着决定性的影响。单一添加Cr2O3的涂层表现出优于其它涂层的抗热震性能,这说明涂层中的Cr2O3有助于提高高温下涂层的抗热震性能。这一方面是由于Cr2O3的热膨胀系数更接近于NiCoCrAlYTa和奥氏体不锈钢的热膨胀系数;另一方面是由于Cr2O3和NiCoCrAlYTa的粉末颗粒均呈球体,涂层中以细小气孔为主,形态多为均匀分布的球形,具有极大地缓解热震过程中热应力的作用。通过研究涂层的高温磨损性能发现,单一添加A1203的涂层耐高温磨损性能低于其它涂层,这是由于该涂层显微硬度、致密度均较低。高温磨损的初始阶段,涂层表现出较好的耐磨损性能,涂层以轻微塑性变形为主要磨损机制;磨损中期,涂层表面出现了形状不规则的凹坑,此时,涂层的磨损机制主要表现为微观断裂和疲劳磨损;磨损后期,涂层表面的许多凹坑已经被磨屑填充,且表面已经无明显的裂纹,并发现Fe已经发生了从摩擦副到涂层表面的转移。此阶段的涂层磨损机制为粘着磨损。通过研究涂层在700℃、900℃和1100℃下的氧化行为发现,700℃下NiCoCrAlYTa-Cr2O3涂层的抗氧化性能优于其它涂层的抗氧化性能;900 ℃下NiCoCrAlYTa-Cr2O3涂层的抗氧化性能较差,其它涂层的抗氧化性能相接近;1100℃下各涂层的抗氧化性能无明显差异。氧化过程伴随着Cr2O3、Al2O3的生成以及θ-A12O3向致密的六方α-A1203的转变。涂层高温腐蚀实验揭示,700℃下15小时内,涂层的腐蚀动力学曲线均呈现快速的上升;20小时后,各涂层的腐蚀动力学曲线呈平稳上升趋势。900℃下NiCoCrAlYTa-Cr2O3涂层的抗腐蚀能力最差;1100℃时,该温度已经接近涂层的承受能力上限,涂层在25小时内均发生严重破损。由于Al2O3中金属离子和氧离子的扩散系数比在Cr2O3中的扩散系数小几个数量级,Al2O3保护膜在高温状态下的性能优于Cr2O3保护膜。但由于等离子喷涂涂层具有低密度,含有大量孔洞和裂纹缺陷的特点,腐蚀介质通过涂层中的缺陷进入涂层内部,加速了涂层的结构失效和消耗了大量的Al。随着腐蚀过程的进行,涂层中的A1含量不能维持A1203保护膜的生长,仅以Cr2O3替代Al2O3保护膜保护涂层。