本文对热喷涂纳米结构Al2O3/TiO2涂层的制备工艺、微观组织、性能和强韧机理进行了研究。　　制备热喷涂纳米结构陶瓷涂层的关键技术是可喷涂纳米结构喂料的再造粒工艺。实验中以纳米Al2O3、TiO2为主要成分，添加纳米ZrO2和CeO2作为改性剂。在原料纳米粉体中加入去离子水和粘结剂，通过高能球磨制成浆料。把浆料喷雾干燥得到球形纳米团聚体，然后经过烧结致密化和等离子处理，使其成为可喷涂纳米结构喂料。分析检测发现，所制备的可喷涂喂料内部成分均匀，致密度高，流动性好，是理想的喷涂材料。利用等离子喷涂设备将制备好的纳米团聚体喂料喷涂到金属基体上形成纳米结构涂层。喷涂时要控制好喷涂电流、喷涂电压和送粉率等参数以使所得涂层的性能最佳。　　分析发现，纳米结构涂层中主要有两种组织—熔凝组织和三维网状组织。涂层制备时完全熔化的喂料形成熔凝组织，未熔的喂料形成网状组织。纳米结构涂层中的三维网状组织包括两种形式—普通网状组织和嵌套式网状组织。普通网状组织的网壁厚度小于100nm，网壁内包覆着500nm左右的晶粒。嵌套式网状组织的网壁厚度也在100nm以下，网壁内包覆的晶粒在1μm左右。嵌套式网状组织内还还存在有小网状组织，这种小网状组织的晶粒非常小，都在100nm以下。涂层的熔凝组织内晶粒均匀细小大都在100nm以下。纳米结构涂层和商用美科130涂层的硬度相当，但结合强度是美科130涂层的2.5倍。　　纳米压痕试验发现熔凝组织的硬度和弹性模量不随压头压入涂层的深度增加而发生明显变化，一直保持较高的值。而纳米压头压入较浅时，网状组织表现出很高的硬度和弹性模量，但随着压入深度的增加网状组织的硬度和弹性模量开始下降。两种组织表现出的纳米硬度和弹性模量与各自的结构有关。　　涂层的熔凝组织中存在着残余微裂纹，主裂纹在外力驱动下扩展时将与这些微裂纹发生结合作用，而出现裂纹的转向或分叉。在网状组织内，裂纹沿着网壁扩展，增加了扩展路径。