采用大气等离子喷涂（APS）在镍基高温合金表面制备了 MCrAlY涂层（M为Ni、Co等元素）和8wt.%氧化钇部分稳定的氧化锆涂层。利用扫描电子显微镜（SEM）和X-射线衍射（XRD）等分析手段,研究了热循环过程中TGO形貌及涂层界面微结构演化规律;依据Empyrean X-射线衍射（XRD）和拉曼光谱（RFS）等对热障涂层内部残余应力的测试,探讨了热循环作用下热障涂层的失效机制,并建立了失效模型。此外,使用水浸超声无损检测技术通过对不同热循环次数的热障涂层进行了检测,分析其内部孔洞、微裂纹等缺陷位置分布以及缺陷含量变化。结果表明:由于涂层与基体之间存在元素的相互扩散以及优先选择性内氧化,导致MCrAlY涂层1050℃高温恒温氧化后,在陶瓷涂层与粘结层之间形成了热生长氧化物层（TGO）。TGO由以α-Al2O3为主要组分的致密氧化层和以Cr2O3与CoO为主要组分的非致密混合氧化层构成。氧化初期,陶瓷层内发生m-ZrO2→t-ZrO2相变。氧化中期,陶瓷层内小空洞受应力作用相互连接形成大尺寸空洞。氧化后期,由于Al2O3、Cr2O3与NiO反应形成Ni（Al,Cr）2O4等尖晶石相金属间化合物,不断增多的尖晶石硬脆相成为灰色TGO层的主要组分。由于喷涂时粘结层材料颗粒比陶瓷层材料颗粒先冷却收缩,使原始试片陶瓷层表面受-120 MPa左右的压应力,与陶瓷层相接触的粘结层受130 MPa左右拉应力。热循环过程中,陶瓷层发生相变,引起拉应力减小,10次热循环后,由拉应力转为压应力;热循环100次时压应力达到最大值;热循环150次后由压应力转变为拉应力。之后由于陶瓷层与TGO层热不匹配占主导效果使拉应力逐渐增大,当拉应力值超过TGO的抗拉强度后在灰色TGO尖晶石硬脆相处产生微裂纹。微裂纹在拉应力作用下,沿着陶瓷层与TGO层界面横向或垂直该界面纵向扩展,最终导致热障涂层的整体失效。涂层在热循环过程的失效表现为:TGO层厚度逐渐生长、灰色层中尖晶石相含量上升,拉应力的逐渐增加的综合作用进而导致界面裂纹的形成,生长以及涂层剥离过程。水浸超声无损检测技术首次被应用到热障涂层内部缺陷检测方面。通过超声反馈信号图,能够看出热障涂层内部的缺陷主要分布其边缘位置与中心区域,其检测结果与扫描电子显微镜检测下热障涂层组织变化相吻合。