高温氧化所导致的材料表面损伤与失效问题是影响机械装备部件服役性能和寿命的重要因素之一。在高温摩擦、高温冲蚀等复杂环境下,氧化与摩擦及冲蚀的复合作用所引起的部件表面损伤与失效更为严重,因此,开展高温服役环境下机械装备部件表面氧化防护研究意义重大。碳化铬金属陶瓷复合涂层是由陶瓷硬质相（Cr3C2）与金属或合金粘结相组成的复合材料,具有高硬度、高熔点等特点,在高温环境下具有良好抗氧化、耐磨、抗冲蚀性能。目前,利用热喷涂技术制备的碳化铬金属陶瓷复合涂层已应用于火力发电、汽车制造、冶金及海洋装备等领域,可实现汽轮机转子与通流部件、密封轴瓦、流化床锅炉管道等关键零部件的表面强化与再制造修复,有利于提升机械装备关键零部件服役性能与服役寿命,对节材、节能、减排等方面具有重要的意义。但是,典型的碳化铬金属陶瓷涂层（Cr3C2-NiCr）一般只适用于815℃以下的工况环境,在更高温度和高温复杂工况下涂层会出现硬质相与粘结相氧化、硬质相脱碳、氧化膜脱落、孔隙和裂纹产生等问题,从而导致涂层高温抗氧化、耐磨、抗冲蚀等性能出现劣化,限制了碳化铬金属陶瓷涂层在更高温度工况下的应用与服役寿命。针对碳化铬金属陶瓷涂层在高温服役过程中出现的氧化、摩擦磨损与冲蚀损伤问题,本文系统开展了涂层制备过程、微/纳颗粒复合改性、高温氧化行为及机理、高温摩擦磨损及冲蚀性能等方面的研究。主要的研究内容如下:（1）针对超音速火焰喷涂（HVOF）制备涂层过程中热输入、温度场与应力场演化复杂的问题,基于高斯分布热力学模型,通过双高斯热源的叠加表征HVOF喷涂熔滴与火焰焰流的热输入,并考虑喷涂中飞行熔滴动能贡献,提出了改进型Cr3C2-NiCr涂层喷涂制备过程的热力耦合有限元模型,结果表明所建立的有限元模型可以有效地预测试样在沉积和冷却阶段的表面温度和变形量;探究了 HVOF喷涂过程中的涂层的温度场和应力场分布演变过程,发现较大的对流换热系数和热通量输入的降低可有效地减少试样最终冷却后的热变形和残余应力;以温度场参量为指标优化了喷涂的工艺参数,获取最优喷涂工艺参数方案为:丙烷流量为70 m~3/h,氧气流量为80 m~3/h,喷涂距离为230 mm。（2）为改善碳化铬金属陶瓷涂层的高温抗氧化性能和提高涂层的服役寿命,采用微/纳颗粒对Cr3C2-NiCr涂层中多元合金粘结相进行改性,研发了具有更佳抗高温氧化性能的 Cr3C2-NiCrCoMo（NCC）和 Cr3C2-NiCrCoMo/nano-CeO2（NCE）涂层配方,与NC涂层相比,在700℃氧化时NCC10和NCC15涂层的恒温氧化增重分别下降了 0.060和 0.089 mg/cm~2,800℃时下降了 0.079 和 0.125 mg/cm~2,900℃时下降了 0.139 和 0.165 mg/cm~2;与NCC涂层相比,在700℃循环氧化后,NCE1和NCE2涂层的氧化增重与其较为接近,800℃时下降了 0.046和 0.071 mg/cm~2,900℃时下降了 0.044和 0.061 mg/cm~2;探究了涂层的氧化热、动力学行为,阐释了掺杂双元尖晶石相（NiCr2O4与CoCr2O4）的NCC涂层氧化膜对离子扩散的抑制作用,发现纳米CeO2的添加促进了氧化物之间的反应和双元尖晶石相的生成,揭示了改性涂层的高温氧化与界面扩散机理。（3）为评估改性碳化铬金属陶瓷涂层的高温摩擦磨损性能和探究高温摩擦下的涂层氧化行为,通过高温摩擦磨损试验分析了 NCE涂层的高温摩擦磨损性能,发现在400℃、600℃和800℃时,相比于NCC涂层,NCE1涂层的磨损量分别下降了 9.70%、10.16%和9.24%,NCE2涂层的磨损量分别下降了 16.94%、20.27%和24.25%;进而探究了涂层的高温摩擦磨损机理,发现在更高的摩擦温度下,涂层表面层的氧化膜取代涂层表层成为摩擦的主要对象,在摩擦过程中产生磨粒磨损和表面疲劳磨损;研究了高温摩擦下涂层中CeO2对涂层微观组织结构的影响,发现纳米CeO2降低了二次沉淀纳米Cr3C2相发生奥斯特瓦尔德熟化的阈值温度,提高了 NCE1和NCE2涂层中微细碳化物颗粒含量（粒径＜1 μm）和涂层显微硬度;分析了纳米CeO2的添加对氧化膜结构与性能的影响机制,阐释了纳米CeO2对氧化物晶粒的细化作用,发现氧化膜的致密性和附着力的提高降低了涂层的摩擦系数和磨损率。（4）为了评估涂层在高温冲蚀下的抗冲蚀性能和明确冲蚀机制、冲蚀与氧化相互作用,基于Bitter的变形磨损理论和课题组前期建立的冲蚀理论模型,利用颗粒的能量守恒定律对单颗粒冲蚀过程中的垂直和水平方向运动进行分析,建立了颗粒冲蚀涂层表面的改进型冲蚀率理论模型;进而利用模型对所开发的Cr3C2-NiCrCoMo/nano-TiC（NCT）涂层的冲蚀率进行计算和验证,发现模型计算结果与试验结果相符程度较高;通过高温循环氧化-冲蚀试验分析了改性涂层的高温抗冲蚀性能,发现相比于NCC涂层,在700℃下,NCT1涂层在30°、60°和90°冲击角度下的冲蚀率分别降低了16.88%、17.95%和 15.82%,在 800℃分别降低了 21.45%、21.15%和 17.49%;探究了高温冲蚀下的氧化行为及机理,阐释了纳米TiC对涂层粘结相的固定作用及其氧化物对涂层氧化膜中离子扩散的影响,从而揭示了涂层氧化与冲蚀的相互作用机制。