现代工业生产中，许多部件应用于高速条件下，如工业应用极广泛的轴、辊、制动盘等。较高的摩擦速度会导致零部件严重磨损，降低生产效率，而对其进行表面处理有望解决这一难题。本文以微米级Al₂O₃-13%TiO₂、造粒后的纳米Al₂O₃-13%TiO₂及La₂O₃利用等离子喷涂技术，通过控制喷涂工艺参数（电流、电压、H2和Ar流量等），在20钢基体上制备了具有Ni/Al底层的常规Al₂O₃-13%TiO₂涂层（AT）、纳米Al₂O₃-13%TiO₂涂层（NAT）、纳米Al₂O₃-13%TiO₂-1%La₂O₃涂层（NAT-1）、纳米Al₂O₃-13%TiO₂-3%La₂O₃涂层（NAT-3）、纳米Al₂O₃-13%TiO₂-5%La₂O₃涂层（NAT-5）。采用XRD、SEM、EDS等手段表征了涂层的组织结构及物相组成，利用不同的摩擦试验机测试了涂层的摩擦磨损性能。对涂层组织结构的SEM观察显示，等离子喷涂涂层呈典型的层状结构，涂层中存在着熔融区、部分熔融区、未熔区及微裂纹、孔隙等，层间以机械结合为主。在本文试验条件下，NAT-1涂层组织最为均匀，致密性最好，涂层孔隙率低至9.19%。对涂层的力学性能测试结果显示，NAT-1涂层显微硬度可达841.3HV0.1，并且，随着涂层孔隙率的降低和增大，涂层显微硬度呈增大和降低的趋势。纳米涂层的断裂韧性优于AT涂层，NAT-3涂层裂纹扩展力最高的为7.89J/m2。NAT-1涂层抗拉结合强度最高的为15.97MPa。在等离子喷涂过程中发生由α-Al₂O₃相向亚稳态γ-Al₂O₃相的转变，常规涂层中反应生成了Al₂TiO5。纳米涂层由于La₂O₃的催化作用生成了Al3Ti合金，纳米涂层中存在着少量冶金结合。NAT-1、NAT-3涂层中存在LaTiO₃.4化合物，可对纳米涂层起到固溶强化及晶粒细化的作用，过量的La₂O₃则干扰纳米涂层的组织性能。摩擦磨损试验结果表明，在低速和高速摩擦磨损条件下，纳米涂层的摩擦磨损性能均优于20钢基体及AT涂层。随着滑动速度的增大，涂层摩擦系数均明显降低，La₂O₃的加入优化了涂层性能，进而降低摩擦系数。在低速摩擦磨损条件下，随着转速的增大，涂层的磨损率增大，La₂O₃的加入量超过3%时，涂层摩擦磨损性能急剧下降，低于3%添加量则磨损性能良好。在高速摩擦磨损条件下，涂层磨损率下降，添加1%La₂O₃的NAT-1涂层的磨损率最低，波动较小。GCr15材料转移至涂层表面，与涂层磨屑共同形成的转移膜有保护涂层的作用。低速及高速摩擦条件下，摩擦副的磨损机制以GCr15材料的粘着磨损和涂层的裂纹扩展导致的疲劳剥落磨损为主。高速摩擦时，涂层表面转移层存在轻微的磨粒磨损。La₂O₃的添加量影响涂层孔隙率、硬度及断裂韧性，是影响纳米陶瓷涂层摩擦磨损性能的重要因素。