氧化铬具有高硬度、低摩擦系数、耐高温、抗氧化、耐磨损、耐腐蚀等特性,尤其适合作为在中高温、磨损和腐蚀等特殊工作环境中的零部件的表面防护涂层。然而,等离子喷涂氧化铬涂层会出现Cr蒸发、多孔和结合强度低的现象。因此,研究氧化铬基涂层的新型制备工艺,金属/陶瓷第二相掺杂作用机理和涂层摩擦磨损失效机理对其安全应用具有重要意义。本论文从氧化铬涂层微结构优化与掺杂改性两个方面进行了研究。首先,利用大气等离子喷涂耦合干冰微粒喷射技术这一新工艺制备纳米氧化铬涂层,借由干冰微粒喷射技术的热（冷却）—力（冲击）—气（升华）三个特性优化涂层的微观结构。其次,研究了稀土氧化物（CeO₂）或低熔点热稳定性氧化物（Nb₂O₅）掺杂氧化铬涂层的摩擦磨损性能与微观结构变化。此外,进一步探索金属和陶瓷共同掺杂氧化铬基涂层的作用机制。在室温下,对以上氧化铬基涂层利用UMT多功能磨损试验机进行干滑动摩擦磨损实验,结合扫描电镜,激光共聚焦显微镜等手段,通过观察涂层微观结构、磨损表面前后形貌和成分的变化对比,分析其摩擦磨损性能变化。实验结果表明:1)APS耦合干冰微粒喷射技术具有优化涂层微结构的作用,能够有效降低孔隙率、提高硬度,进而使得涂层耐磨性能显著提升,这可以归功于干冰微粒喷射技术的机械轰击与冷却效果。此外,提高喷涂功率可通过液相“自封孔”效应优化纳米氧化铬涂层微结构,提高硬度和耐磨性能。纳米氧化铬涂层的摩擦磨损过程由磨粒磨损和疲劳磨损主导。2)CeO₂掺杂的氧化铬涂层硬度提高、孔隙率降低、耐磨性能明显提高,这是由于CeO₂具有表面活性剂效应,可降低Cr₂O₃熔点,使其产生更多液相,同时,它还可以充当非均相形核的异质核胚并细化晶粒。Nb₂O₅掺杂的氧化铬涂层硬度、孔隙率和耐磨性能同样得到较大改善,可以归功于Nb₂O₅具有极低的熔点与高的热稳定性,可实现“自封孔”效应,能并促进液相烧结过程。该条件下,所制备的氧化铬基涂层的摩擦磨损机理以磨粒磨损和疲劳磨损为主。3)金属和陶瓷共掺杂制备的CMM和CNM涂层呈现出比单一金属或者陶瓷掺杂的C7M和C7N涂层更致密的结构,可能是因为MoO₃和Nb₂O₅的低熔点提供了大量液相,促进了“自封孔”效应,并且通过液相烧结,促进Cr₂O₃自身致密化的进程。同时,Mo增加了涂层的韧性,延缓了喷涂过程中热应力释放导致的狭长孔隙的形成。因此,金属与陶瓷的共掺杂在一定程度上还能够减少层间狭长孔隙的产生,降低孔隙率。虽然CMM与CNM两种金属/陶瓷共掺杂涂层的硬度明显都低于单一金属或陶瓷掺杂的氧化铬涂层,金属与陶瓷共掺杂的CNM涂层的耐磨性明显优于单一金属或陶瓷掺杂的涂层。这是因为金属与陶瓷共掺杂的涂层具有提高润滑膜剥离应力容限,增加片层之间的粘附性和降低孔隙率的作用。润滑膜的形成、龟裂和剥离主导了整个摩擦磨损过程。而润滑膜的产生机制主要在于伴随微切削和微抛光的磨粒磨损机制,而其龟裂和剥离过程依然由疲劳磨损主导。