本文采用纳米微结构材料（ZrO₂纳米棒、碳纳米管）诱导阴极等离子体放电,通过阴极等离子体电解沉积（Cathodic Plasma Electrolytic Deposition,CPED）技术在Al-Si合金表面制备改性的热防护涂层。研究ZrO₂纳米棒、碳纳米管及氯铂酸对CPED陶瓷层组织形貌、物相、断裂韧性、抗弯强度、隔热性能和热冲击性能的影响,探究组织及性能演变规律,并探讨其参与CPED过程的成膜机理;研究预制阻挡膜对CPED成膜过程、微观形貌、物相和隔热性能的影响及等离子体放电行为和机理。通过SEM和XRD分别对陶瓷层的形貌特征及物相组成进行表征;采用涡流测厚仪、电子万能试验机、自制隔热测试装置及热冲击设备分别对陶瓷层的厚度、断裂韧性、隔热性能和抗热冲击性能进行评价;运用高速视频摄像机获取等离子体火花放电状态,通过ANSYS软件模拟放电通道内及附近区域的温度场分布,研究等离子体放电机理。通过ANSYS软件模拟计算发现,CPED制备涂层过程中等离子体放电通道内部的温度明显高于PEO（Plasma Electrolytic Oxidation,PEO）制备涂层过程中等离子体放电通道内的温度,但均超过5500℃。CPED等离子放电比PEO等离子体放电产生更高的能量、反应更为剧烈。通过对预制膜厚度的研究发现,预制膜厚度为9μm时,陶瓷涂层的放电通道数目更多、涂层更为均匀,较快出现高温稳定相Zr3Y4O12,可以更好地促进等离子体放电,隔热性能更好。与传统电解液相比,ZrO₂纳米棒、碳纳米管及氯铂酸的加入可以降低起弧电压,促进阴极等离子体微弧放电,提高陶瓷涂层表面放电通道数目;由XRD图谱分析可知,涂层主要物相有α-Al2O3、SiO₂、t-ZrO₂和Zr3Y4O12;随着氯铂酸浓度的增大,Pt的衍射峰增强,涂层中Pt颗粒的含量增加。随着引入的ZrO₂纳米棒水热时间的增长,CPED陶瓷涂层隔热性能提高;随着电解液中加入碳纳米管浓度的增加,CPED陶瓷层的隔热温度先升高再降低;而随着加入氯铂酸浓度的增大,涂层隔热温度先呈现上升的趋势,达到0.16g/L浓度时隔热温度基本保持不变。500次热冲击性能测试结果表明,CPED陶瓷涂层均具备较好的热冲击性能。与普通的锆钇盐体系相比,引入ZrO₂纳米棒、碳纳米管、氯铂酸,可以提高陶瓷涂层的韧性。随着引入的氧化锆纳米棒水热时间的增长,涂层的断裂韧性先增大后减小,引入水热24h条件下的氧化锆纳米棒得到的CPED陶瓷涂层的断裂韧性更优;随着碳纳米管浓度的增加,CPED陶瓷涂层的断裂韧性提高;随着氯铂酸浓度的增加,CPED陶瓷涂层的断裂韧性更高。ZrO₂纳米棒、碳纳米管主要通过桥联、裂纹偏转（或分岔）和拔出等机理增韧陶瓷涂层;而Pt颗粒则是通过塑性变形吸收裂纹扩展的能量,钝化裂纹尖端,増大了裂纹尖端曲率半径,阻止了裂纹的继续扩展,同时也可通过桥联、裂纹偏转增韧陶瓷涂层。