采用热喷涂技术在金属基体上沉积陶瓷涂层,已在诸多领域得到了应用。但是,陶瓷与金属材料物理性质的差异大,使涂层在制备及使用过程中产生较大的残余热应力,导致涂层的结合强度差,抗热震性能低,孔隙率高等缺陷,限制了涂层的应用范围。本文利用金属-陶瓷梯度涂层可以缓和涂层的内应力,提高涂层的结合强度、抗热震性等性能的基本原理,利用等离子喷涂法制备了Cu-Al₂O₃梯度涂层,利用SEM、金相显微镜等手段分析了梯度涂层的成分分布和微观形貌,并对涂层的结合强度、抗热震性能、孔隙率、硬度和耐磨粒磨损性能进行了测定,研究了Cu-Al₂O₃梯度涂层物理性能的特性。同时,利用ANSYS软件初步分析了涂层中残余应力分布状况,为今后涂层的设计和制备提供了理论依据。通过试验的分析和研究,结果表明:Cu-Al₂O₃梯度涂层为典型的层状结构,与基体的结合方式主要是机械嵌合。从基体至涂层表面,沿涂层厚度方向,Al₂O₃含量逐渐增多,Cu的含量逐渐减少,涂层各成分间并不存在明显的成分突变和由此产生的宏观层间界面,梯度涂层的组织表现出宏观的不均匀性和微观连续性的分布特征。Cu-Al₂O₃梯度涂层比双层涂层具有较高的结合强度和抗热震性能,其值分别约为双层涂层的2倍和4倍。随Al₂O₃含量的增加,梯度涂层的孔隙率逐渐降低,表面纯陶瓷层孔隙率最高,为8.74%。涂层的硬度随Al₂O₃硬质相的增加而增高,纯陶瓷层硬度最高。涂层的硬度、微观结构、内部孔隙和涂层中颗粒之间的结合状况都对涂层的耐磨性有影响。次外层（Al₂O₃含量为80%,Cu含量为20%）的耐磨性最高。当涂层中Al₂O₃陶瓷硬质相较少时,涂层磨损方式以切削和犁沟为主;当Al₂O₃硬质相含量较多时,涂层的磨损方式转变为以硬质相的破碎和脱落为主。双层涂层和梯度涂层界面边缘处都存在较大的应力集中。与双层涂层相比,梯度涂层中过渡层的应用缓和了涂层中的应力突变,因而其具有更好的结合强度和抗热震性能。