本文以商用镍基合金粉体、AT（又称Al₂O₃-TiO2）复合粉体和纯Al₂O₃粉体为喂料，采用大气等离子喷涂技术在紫铜表面沉积了Ni底AT/Al₂O₃复合涂层。采用扫描电镜、能谱、X射线衍射等方法对复合涂层的显微结构、成分分布和相组成进行了表征。测量了气孔率、显微硬度、断裂韧性、结合强度、直流击穿电压及层内应力等涂层性能。对比研究4种AT涂层的结构和性能并分析了Al₂O₃应力状态，以此为依据对AT/Al₂O₃涂层结构进行了优化。探讨了Al₂O₃涂层的电击穿行为和AT/Al₂O₃优化涂层的介电性能。结果表明：AT20（Al₂O₃-20wt.%TiO2）涂层具有良好的涂层熔合性和致密性。AT20涂层中γ-Al₂O₃相含量较少，而α-Al₂O₃相和Rutile-TiO2相对含量较高。AT20涂层拉伸强度约为Al₂O₃涂层的1.6倍，硬度约为Al₂O₃涂层的83%，起裂寿命约为Al₂O₃涂层的2倍。AT20涂层作为中间层提高了AT/Al₂O₃复合涂层的综合性能。无支撑Al₂O₃涂层的应力约为168.3MPa，而粘结基体的Al₂O₃涂层表面应力约为28.5MPa。优化后AT20/Al₂O₃涂层结构为Ni粘结层厚度75±5μm，AT20层厚度185±20μm，Al₂O₃层厚度265±15μm。优化AT20/Al₂O₃涂层的结合强度大于15MPa。Al₂O₃涂层直流击穿机理的研究表明：Al₂O₃涂层击穿形貌为典型电晕击穿形貌；绝缘机制为本征绝缘机制，伴随放热现象，且可根据Griffith法则解释涂层中的能量释放过程。增加涂层厚度和封孔处理均能改善Al₂O₃涂层绝缘性能，使用密封剂可大幅降低涂层对环境相对湿度的敏感性。在100Hz、25℃条件下优化AT20/Al₂O₃涂层电阻率为1.18×108·m，相对介电常数为1.25，介电损耗为0.6，封孔后击穿强度为11.72±0.47KV/mm。