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等离子喷涂Al2O3-TiO2复合陶瓷涂层因其具有耐磨、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等优良性能，在航空航天、装备再制造、轻工业和汽车工业等领域有着广泛的应用前景。然而，由于陶瓷涂层差的断裂韧性严重抑制了其应用范围。等离子喷涂纳米复合陶瓷涂层由于保留了纳米结构而大大改善了其韧性，使其具有更广的应用前景。因此，深入开展对等离子喷涂纳米陶瓷涂层的研究，将对挖掘其性能、扩展其使用范围有重要的理论意义和实用价值。本文通过采用超音速等离子喷涂（SPS）和普通大气等离子喷涂（APS）技术制备了纳米Al2O3-13wt.%TiO2复合陶瓷涂层（n-AT13涂层）。采用多种检测手段和分析方法表征了涂层的微观结构、孔隙率、相结构、微观硬度、弹性模量、断裂韧性和摩擦学性能。最终的研究结果表明：（1）纳米复合陶瓷涂层是由完全熔化区和部分熔化区相互堆积而成的双态分布结构。这些微观结构的形成主要受焰流温度、Al2O3和TiO2熔点差异和热导率影响。（2）纳米复合陶瓷涂层孔隙率值、微观力学性能值服从Weibull分布，且微观力学性能值存在双态分布特征；双态分布结构对孔隙率值和微观力学性能值的分布特征有较大的影响。（3）随氩气流量增加，孔隙率名义值和特征值呈现先降低后升高趋势，显微硬度和弹性模量名义值和特征值呈现先增大后减小的趋势，断裂韧性名义值和特征值呈现出先减小后增大的趋势；随喷涂功率增加，孔隙率逐渐减小最终趋于不变，显微硬度、弹性模量值呈现逐渐增大的趋势，断裂韧性则呈现逐渐减小的趋势。（4）回归拟合了喷涂工艺参数-孔隙率-微观力学性能之间的数值关系。（5）干摩擦条件下，SPS涂层的磨损机制是应力诱发裂纹导致的层状开裂和压力焊合和摩擦高温导致的粘着磨损；APS涂层的磨损机制与SPS涂层磨损机制相同，但磨穿涂层时的临界载荷较SPS涂层更小；油润滑条件下，SPS涂层磨损机制是小载荷时应力诱发裂纹导致的层状开裂和大载荷时的粘着磨损。