压电陶瓷材料因具有优异的机电转换特性而成为各类传感器的基础材料,利用它的压电效应可实现对服役零件的在线实时监测。其中,压电陶瓷涂层已经成为智能传感监测领域的研究热点,目前的研究主要集中在涂层的制备上,缺乏对涂层掺杂机理的深入研究。基于铌酸钾钠材料的优异特性,本文对离子掺杂铌酸钾钠粉体借助超音速等离子喷涂设备进行铌酸钾钠基涂层的制备,并对涂层改性机理进行了研究。本文在45#钢基体表面制备了具备钙钛矿结构的铌酸钾钠基涂层,通过科学正交实验表优化了喷涂工艺参数,测试了涂层的力学性能。采用最优工艺成功制备了纯KNN涂层、A位Li+掺杂KNN涂层（KNLN）和A、B位Li+、Sb5+共掺KNN（KNLNS）涂层,并通过热处理改善了涂层的微观形貌与物相结构。采用XRD、XPS、三维形貌、SEM、纳米压痕仪、电子万能试验机、介电分析仪、铁电测试仪和准静态d33测量仪等测试手段,对三种涂层从物相组成、微观形貌、力学性能和电学性能角度进行了比较分析,系统的研究了 A位掺杂与A、B位共掺对铌酸钾钠涂层综合性能的影响规律。（1）喷涂工艺参数对涂层质量影响的主次顺序依次为:主气流量＞喷涂电压＞喷涂电流＞喷涂距离。优化喷涂工艺:喷涂距离100 mm,喷涂电流420A,喷涂电压100 V,主气流量120 L/min。采用最优工艺制备的三种涂层的结合强度为20 MPa左右,KNN涂层具有最高的平均弹性模量值90.14 GPa,KNLNS涂层具有最高的平均纳米硬度4.44 GPa,载荷深度曲线不重合,说明涂层内部组织形貌不均匀以及存在的部分孔隙与裂纹影响涂层的综合力学性能。（2）制备了 KNN、KNLN、KNLNS涂层,三种涂层均保持与粉体一致的单一钙钛矿相结构。纯KNN涂层为正交相结构,Li+、Sb5+共掺KNN涂层为四方相结构,其中Li+的掺杂成功构建了 O-T相共存的多晶型相界。KNN与KNLNS涂层含有一些未熔化的颗粒,三种涂层与基体的结合处存在微裂纹。这是由于陶瓷与基体的热膨胀系数不匹配所致,热处理可增强特征峰的强度,有效减少涂层的孔隙、裂纹与未熔颗粒,但温度过高会氧化基体使涂层变形,产生较多孔隙与裂纹,600℃热处理时涂层形貌最为致密。（3）随着极化电压的增加,KNLN与KNLNS涂层的电滞回线更加细长,纯KNN涂层更加饱满。1100 V时,KNN涂层虽然剩余极化值高达21.70 μC/cm2,但漏电流大,这是由于KNN涂层内部存在较多孔隙以及涂层与基体处存在较大裂纹,KNLN涂层较KNLNS矫顽场强更小为3.02 μC/cm2,更易极化,畴偏转对外电场的响应速度更快,铁电性能最好。因此,Li+掺杂获得的O-T相共存结构与Li+、Sb5+共掺获得的四方相结构具有比纯KNN涂层更高的铁电性能。（4）三种涂层的介电性能均具有一定的频率依赖性与温度依赖性。在频率变化上,KNLNS涂层由于其较为致密的微观形貌与四方相结构具有最优的介电性能,在介电温谱上表现出两个相转化峰。Li+的掺杂反而具有比KNN涂层（450℃）更低的居里温度（400℃）,这可能由于高温喷涂过程中Li、Na、K等碱性元素的挥发有关。但在居里温度处获得比KNLNS与KNN涂层更高的介电常数375,介电损耗也更低,同时具有更高的压电系数15,说明较为致密的截面形貌与O-T相共存结构使得KNLN涂层具有更高的介电和压电性能。同时,由于超音速等离子喷涂过程中的高温加速过程,碱性元素Li+、Na+和K+的剧烈挥发导致涂层中存在氧空位和部分Nb4+,影响涂层的电学性能。