金属基陶瓷涂层是指加涂在金属表面上的陶瓷保护层或表面膜的总称,然而陶瓷与金属材料在物理性能上的较大差异以及陶瓷材料质脆的本质属性,致使陶瓷涂层与金属基体间的界面结合强度较低,严重制约了涂层材料的广泛应用。功能梯度材料（FGM）是一种组成与性能均呈连续变化的非均质材料,能有效地缓解材料内部的热应力。因此借鉴功能梯度材料的设计理念与制备方法,在钢基体制备Fe/Al₂O₃梯度涂层材料,使材料的成分在涂层厚度方向上成梯度变化,缓解因热失配引起的内应力,以提高涂层材料结合性能。本文研究了Fe/Al₂O₃复合材料的烧结工艺。采用石墨埋烧的方法,通过设计正交试验研究了不同的成型压力、烧结助剂CMS掺量、烧结温度与保温时间对复合材料性能的影响,从而得出Fe/Al₂O₃复合材料的最佳烧结工艺为:成型压力125MPa,CMS掺量4%,烧结温度1450℃,保温时间90min。研究了不同组分的Fe/Al₂O₃复合材料的性能以及金属Ni对复合材料性能的影响。随氧化铝质量分数的增加,Fe/Al₂O₃复合材料的弯曲强度与断裂韧性先增大后减小;当氧化铝含量为70wt%时,复合材料的弯曲强度与断裂韧性分别达到602.49MPa和9.33MPa·m1/2;Fe/Al₂O₃复合材料的韦氏硬度随氧化铝含量先减小后增大;而氧化铝含量越多,复合材料的耐磨性与耐腐蚀性则越好。Fe/Al₂O₃复合材料的增韧方式主要有:壳体效应、裂纹偏折和弯曲以及延性颗粒增韧。裂纹偏折和弯曲使裂纹的扩展由线到面,由面到立体,增加了复合材料内部的微裂纹缺陷已达到增韧目的;烧结过程中Fe颗粒周围形成一种壳体,材料破坏时首先要破坏这层壳体,然后沿壳体与Fe颗粒间的微裂纹发生裂纹的偏转而消耗能量,缓解外部应力,已达到增加复合材料韧性的目的。Ni元素的引入,使得氧化铝陶瓷晶粒细化以及复合材料的致密度下降,因而引起了Fe/Al₂O₃复合材料的力学性能的降低,但Ni的引入使得复合材料的耐腐蚀性能大幅度提高。利用喷涂法在Q235钢基体上制备了Fe/Al₂O₃梯度涂层材料。研究了烧结温度对Fe/Al₂O₃梯度涂层材料的结合强度的影响,发现涂层与钢基体间的界面结合强度随烧结温度的升高先增大后减小,当烧结温度为1220℃时,梯度涂层的结合强度较高,达到25.3MPa;涂层表面组织比较均匀,无裂纹,且有类似于树枝状的组织生成;涂层的成分在涂层厚度方向上呈梯度变化,有效地缓解了内部应力;梯度涂层材料的破坏不是在涂层与钢基体界面整齐地层状剥离,也不是单独在梯度涂层内或在钢基体内,而是发生在靠近涂层与钢基体结合界面扩散化合而形成的过渡层。对Fe/Al₂O₃梯度涂层进行XRD分析发现,梯度涂层主要由α-Al₂O₃、AlFeO₃、NiFe₂O₄与Al₅Fe₂物相组成;而Fe/Al₂O₃梯度涂层与钢基体之间的结合主要靠吸附作用与扩散化合作用两种方式起作用。