热障涂层系统包括涂覆在金属基体表面的金属粘结层和陶瓷层，可有效地降低基体表面温度、提高器件的热效率、减少室温气体的排放，已广泛应用于涡轮发动机的高温部件。在服役条件下，高温部件如涡轮叶片不仅经历着热循环同时还遭受交变的机械载荷，即热机械疲劳载荷。因此，对热障涂层材料系统的热机械疲劳研究是非常重要的。　　 本文分别利用大气等离子喷涂和超音速火焰喷涂在镍基铸造高温合金M963表面涂覆NiCrAlY金属涂层，然后对其进行了450-900℃高低两个应变幅下的同相位和反相位热机械疲劳试验。结果表明，两种体系试样在同相位相同应变幅下寿命基本相同；反相位下，高应变幅时等离子喷涂制备的涂层试样寿命较长，低应变幅时超音速火焰喷涂制备的涂层试样寿命长。通过断口和纵截面观察分析表明，同相位下，涂层中很少出现裂纹；反相位下，等离子喷涂的涂层体系中，裂纹一般从表面萌生，而超音速火焰喷涂的涂层体系，裂纹从表面或界面缺陷处萌生；同时发现等离子体系中基体裂纹密度比超音速火焰喷涂的高。　　 研究了粘结层分别采用大气等离子和超音速火焰喷涂、陶瓷层采用大气等离子方式制备的两种热障涂层体系(A/A TBC和A/H TBC)在450-850℃下同相位和反相位热机械疲劳。结果表明，对于A/A TBC体系，相同应变幅下同相位的寿命较长；而A/H TBC体系，相同应变幅下反相位寿命较长。试样的失效方式随相位的变化而改变，同相位下两种体系试样失效方式相同都表现为正断，而反相位两种体系试样断裂时都伴随着表面涂层的开裂和剥落，但是两种体系开裂和剥落的界面不同。应用Suo-Hutchinson模型得到界面断裂韧性，评价了粘结层的制备工艺对陶瓷层与粘结层界面结合强度的影响。通过计算试样在不同相位下的受力状态，分析了系统的寿命关系和涂层开裂行为。　　 对两种热障涂层材料系统进行了1000℃下100 h预氧化，发现仅在A/H TBC系统中陶瓷层与粘结层界面形成了连续的热生长氧化物层。然后对预氧化后热障涂层试样进行450-850℃下反相位热机械疲劳试验。结果表明，预氧化严重降低了试样的疲劳寿命。对失效后试样宏观观察分析得知，试样的失效方式随应变幅的变化而改变，在高应变幅下试样表现为正断；低应变幅下试样在断裂的同时伴随表面涂层的开裂和剥落。对试样纵截面观察表明，两种体系试样涂层剥离都位于陶瓷层内且靠近陶瓷层与粘结层的界面处。