热障涂层因具有极低的热导率、高温抗氧化、抗腐蚀及耐磨损等性能，能为涡轮发动机的高温部件提供热防护，从而提高工作效率，延长服役寿命。陶瓷层内较大的孔隙率，陶瓷层和粘结层的热物理参数不匹配、界面形貌的波动以及界面间热生长氧化物（Thermal growthoxidation，TGO）形成是导致热障涂层失效的主要原因，因而对影响涂层失效的因素和失效机理进行研究分析就变得极为重要。本文研究内容和研究结果如下：首先，通过模拟熔滴的热喷涂过程来优化喷涂参数，提高涂层的铺展结合性能。使用FLUENT对喷涂过程中单颗熔滴的形态变化、凝固层的形成、内部流场分别分析，探讨了熔滴铺展的规律，分析了熔滴速率对结合半径的影响，随后使用ANSYS分析了热喷涂后的残余应力，考虑基体预热温度和熔滴喷射速率的影响。结果表明，随着熔滴喷射速率的增大，铺展半径增大、熔滴表面的平整度有所下降，同时陶瓷层的孔隙率随之提升。提高基体预热温度能有效地降低结合界面应力，而喷射速率对结合界面应力水平影响甚微。其次，比较分析了典型双层涂层和梯度涂层内应力的特点，同时分析了梯度涂层成分分布指数n对热应力的影响。在最佳梯度成分分布指数n=1的基础上，考虑梯度层厚度来对热应力进行优化，得出梯度层厚度为d=0.55um时，涂层结合性能最好。同时考虑了梯度层与基体层间的TGO对热应力的作用，并通过在梯度涂层内部界面预先制备一层很薄的Al₂O₃来改善涂层内部的应力，结果显示其改善效果突出。另外，研究分析了涂层结合界面的不同界面形貌、形貌波形幅值及不同幅值下TGO厚度对涂层应力的影响。由结果可知，界面曲率变化决定其应力变化。界面粗糙化一方面增大应力水平，同时也增大了机械紧锁，对结合性能的影响需具体分析。波形幅值及TGO厚度的增大均能显著提升界面应力，但对其应力分布有较大的不同。