H13钢是最具有代表性且使用最广泛的热作模具钢，被广泛用来制造热锻模具、热挤压模具和有色金属压铸模具等。H13钢模具在工作状况下，需长时间与高温熔融金属液接触，造成其失效形式主要为热磨损和热疲劳。因此如何改善H13钢的使用性能，提高H13钢的使用寿命成为一个亟需解决的问题。等离子喷涂制备的陶瓷涂层具有优异的耐摩擦磨损、抗氧化、抗热震等优良性能，可以对金属部件提供全方位的有效保护，被广泛应用于各种领域。本课题拟通过等离子喷涂技术在H13热作模具钢表面制备纳米结构Al2O3/TiO2陶瓷涂层，从而改善H13钢的性能，提高其使用寿命。　　 本课题将纳米表面工程技术与等离子喷涂技术相结合，制备纳米结构Al2O3/TiO2陶瓷涂层，并研究等离子喷涂纳米结构涂层的形成机理，分析涂层成分及微观结构对涂层性能的影响，获得H13钢表面制备纳米结构Al2O3/TiO2陶瓷涂层的最佳工艺参数。采用等离子喷涂技术成功在H13钢表面制备纳米结构Al2O3/TiO2陶瓷涂层，通过相关试验数据表明纳米陶瓷涂层改善了H13钢表面硬度、耐摩擦磨损、抗高温氧化等性能，提高了H13热作模具钢的使用寿命。本文的主要工作和成果如下：　　 1．采用大气等离子喷涂技术成功在H13钢表面制备了纳米结构Al2O3/TiO2陶瓷涂层，纳米结构陶瓷涂层中Al2O3由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成，TiO2以红金石相存在，另外涂层中还存在AlN等成分；　　 2．纳米结构Al2O3/TiO2陶瓷涂层组织呈层片状结构，由完全熔化区、部分熔化区和分散的纳米结构颗粒共同组成，TiO2的添加有助于改善涂层的气孔数、孔隙大小及数量，有助于改善涂层的致密度，提高涂层的质量；　　 3．等离子喷涂制备的纳米Al2O3/TiO2陶瓷涂层的显微硬度平均约为1135HV，涂层与基体的结合力约为66.1N，涂层的显微硬度和结合强度随喷涂功率的提高而略有增加，显微硬度随TiO2含量增加而降低，涂层与基体的结合强度随TiO2含量增加而提高；　　 4．适当的喷涂功率有助于改善纳米Al2O3/TiO2陶瓷涂层的耐摩擦磨损、抗氧化和抗热震性能，在喷涂功率为40kw制备的纳米AT20陶瓷涂层具有最佳的抗氧化性能。喷涂功率为35kw制备的涂层具有最佳的抗热震性能，TiO2含量的增加有助于改善涂层的抗氧化及抗热震性能；　　 5. H13热作模具钢表面采用等离子喷涂功率为35kw制备的纳米Al2O3·40wt％TiO2陶瓷涂层可以获得结合强度、耐摩擦磨损、抗氧化及抗热震等综合性能较优的涂层；　　 6．等离子喷涂制备的纳米结构涂层存在大量气孔及组织颗粒为亚微米颗粒，未真正达到纳米级，涂层的表面质量较低实际应用还需要经过后期处理。今后还应对纳米陶瓷涂层的性能机理进行进一步研究，并采用人工神经网络和粒子群算法对等离子喷涂纳米结构涂层的工艺进行进一步优化。