Ir是一种熔点高且氧渗透率极低的贵金属材料,已应用于航天器推进系统高温部件的热防护,在超高温（＞1800℃）条件下较传统Si系超高温陶瓷有独特优势。但受制于Ir在非平衡环境下极高的热响应,其在高超声速飞行器热防护领域的应用受到了限制。针对此问题,本文通过表面合金化改性制备出Ir-X合金层,有效降低了Ir涂层的催化系数,并提高了涂层发射率,改善了涂层非平衡环境下的烧蚀性能。围绕这一目标,论文从改性元素筛选、涂层制备工艺优化、涂层静态氧化行为和非平衡烧蚀行为几个方面开展研究,据此构建涂层体系、制备工艺、组织结构与非平衡环境下使用性能、组织演化和失效机制之间的关系,为超高温热防护材料的研制提供了一种新的研究思路。综合考虑材料的热物理和热匹配等性能的前提下,在石墨基体上通过粉末固渗等工艺制备出Ir-Al、Ir-Hf、Ir-Zr、Ir-Y和Ir-Ta五种改性Ir-X涂层,并在等离子风洞中对其进行了初步烧蚀考核。结果表明Ir-Y和Ir-Ta体系风洞烧蚀性能差,低于3.5 MW·m-2的状态下即发生破坏,Ir-Al涂层在3.75 MW·m-2时破坏,而Ir-Hf和Ir-Zr涂层在等离子风洞中分别能够承受4.23 MW·m-2和4.5 MW·m-2的热流密度,具有较好的应用前景。针对Ir-Hf、Ir-Zr两种涂层体系,首先通过研究温度、浓度、时间等工艺变量对组织形貌的影响,获得经工艺优化的Ir-Hf和Ir-Zr涂层。其中Ir-Hf涂层截面的主要物相从外到内为Ir Hf2、Ir Hf和Ir3Hf,厚度～10μm,而Ir-Zr涂层截面主要物相从外到内为Ir Zr2、Ir Zr、Ir2Zr和Ir3Zr,厚度可达15-20μm。随后,通过化学热力学计算,分析了涂层的生成机制,计算结果表明渗Hf和渗Zr过程有所区别:对于渗Hf过程,气相中Hf Cl3含量较高,能够在Ir表面反应生成高Hf含量金属间化合物相,表面优先生成Ir Hf2相和纯Hf相;而渗Zr时气相中Zr Cl4含量远高于Zr Cl3,而前者优先生成Ir3Zr等低Zr含量相。对涂层进行了抗热震性能、划痕测试和纳米压痕测试,结果表明Ir-Zr和Ir-Hf均具有较好的抗热震性能,Ir-Zr亚层物相的模量呈现梯度过渡趋势,有利于提升组织的力学匹配性。此外,Ir-Hf涂层的表层强度和韧性高于Ir-Zr。研究了Ir-Hf和Ir-Zr涂层在常压和低压环境下的高温静态氧化行为。常压下静态氧化实验表明,两种涂层在1800℃和2100℃氧化时,均无法形成保护性良好的氧化层,抗氧化性整体较差。氧化后的截面则出现了Ir和氧化物颗粒镶嵌分布的内氧化形貌。而当压力降低时,两种涂层的抗氧化性能均获得了明显提升,其中Ir-Zr涂层在5 k Pa以下,Ir-Hf涂层在1 k Pa时氧化的截面外部形貌局部出现了连续的氧化层,表明高Hf（Zr）相在低压条件下倾向于发生外氧化生成连续氧化物层。这种外层连续氧化物、内层镶嵌分布的截面组织有利于在提升抗氧化性能的同时提升涂层与基体之前的结合,使Ir-Zr涂层拥有较好的低压高温抗氧化性能。此外,热力学计算和验证实验还表明高X含量的金属间化合物在氧化时会逐渐转化为低X含量金属间化合物,从而进一步提升了截面组织的梯度过渡特征。Ir-Hf和Ir-Zr涂层的等离子风洞考核结果表明,Ir-Hf涂层和Ir-Zr涂层的极限可承受热流分别为～6.6 MW·m-2和～5.5 MW·m-2,破坏前的驻点温度分别为2200℃和2170℃。通过组织分析,破坏根本原因均为Ir和氧化物界面附近发生低于Ir熔点的共熔现象,导致熔体流动,进而破坏其上方的氧化层,最终导致Ir层超温熔化。Ir-Hf涂层氧化后由于Hf O2韧性较好,在Ir熔化后Hf O2层起到阻滞Ir的流动和阻止破口扩大的作用,因此极限可承受热流较高;而Ir-Zr涂层氧化后Zr O2的力学性能较差,易发生碎裂,导致更多Ir的暴露和温度的进一步升高,且无法阻滞Ir液滴的流动,因此极限可承受热流相对较低。研究了Hf、Zr、Al、Ir等元素及其化合物的催化性能和高温辐射性能,结果表明材料的催化系数大致遵循贵金属＞过渡金属＞主族金属,且金属＞金属间化合物＞金属氧化物的规律,因此Ir-Hf和Ir-Zr涂层的表面催化系数显著低于纯Ir;另外,对几类Ir-X涂层高温辐射性能的测试结果表明,2000℃左右时,Ir-Hf涂层的发射率可达0.85,Ir-Zr涂层接近0.8,均具有较高的发射率,且相比于纯氧化物,Ir-X涂层的发射率更高。