聚变能是可望最终解决人类能源危机的潜在能源,经过聚变领域科学家几十年的努力,许多物理问题和工程问题得以解决。而它作为一个极其复杂的系统工程,仍有许多问题亟待解决,其中材料问题是聚变堆建造和最终运行的关键问题之一。　　 作为国际上一种主流的包层概念,液态锂铅包层面临着氚渗透和泄露、锂铅腐蚀、磁流体动力学MHD效应等问题。在聚变堆包层结构材料表面加覆陶瓷涂层是解决上述问题的有效方法之一。为了改善涂层性能,缓解金属基体和陶瓷涂层热应力集中问题,本文采用功能梯度材料的概念,以使金属基体与陶瓷涂层之间缓慢过渡,并最终达到缓和应力集中和确保涂层功能的目的。　　 利用有限元方法基于ANSYS平台对CLAM钢基体FeAl/Al2O3功能梯度涂层残余应力进行了数值模拟计算。考察了梯度层层数N、成分分布指数P对残余应力的影响。分析结果表明:当N=6、P=2～3时,可以很明显减少FeAl/Al2O3功能梯度涂层残余应力大小和缓解应力集中情况。　　 利用真空等离子体喷涂(VPS)两路送粉法成功制备了FeAl/Al2O3功能梯度涂层。SEM观察表明涂层层间结合良好,XRD测试表明真空等离子体喷涂Al2O3涂层主要含稳定的α相,其次为亚稳结构的γ相。结合强度测试和热震性实验均表明具有梯度结构的热应力缓和型涂层较之传统结构涂层具有更为优异的机械性能。300小时流动锂铅(550℃,0.16m/s)初步腐蚀实验表明VPS梯度涂层在高温流动锂铅中没有观察到明显腐蚀,锂铅也未渗透到涂层中去。　　 针对喷涂工艺固有的孔隙问题,利用CrO3溶液多次浸渍及热处理工艺对VPS氧化铝涂层进行了致密化,测试分析表明Cr2O3有效地填充了涂层中残留的孔洞,显著降低了VPS氧化铝涂层的孔隙率,提高了涂层显微硬度。　　 本论文通过模拟与实验相结合的方法表明了功能梯度涂层具有改善传统涂层机械性能的优势,对Al2O3涂层在聚变工程中应用具有一定的理论参考意义和指导作用。