镁合金具有许多优异的性能而得到广泛地应用，如何提高其耐蚀性、硬度、耐磨性和抗高温氧化等性能具有非常重要的现实意义，等离子喷涂陶瓷涂层可以有效地解决这些问题。本文利用大气等离子喷涂（APS）技术在AZ91D镁合金表面喷涂NiCoCrAlY粘结层，然后分别制备了不同比例的80wt%Al₂O₃+20wt%Zr₂O（AZ20）、50wt%Al₂O₃+50wt%Zr₂O（AZ50）、20wt%Al₂O₃+80wt%Zr₂O（AZ80）双层结构的复合陶瓷涂层以及NiCoCrAlY-AZ50梯度陶瓷涂层。利用SEM、EDS、XRD等分析方法和性能测试手段研究了涂层的微观组织结构和性能。利用正交试验设计优化了AZ50复合陶瓷涂层的喷涂工艺参数。试验表明：影响AZ50涂层结合强度的工艺参数的主次关系为：电源功率>送粉量>主气流量>喷涂距离。涂层结合强度最佳的工艺参数为：电源功率40kW，送粉量13g/min，喷涂距离70mm，主气流量55psi。优化后涂层的结合强度高达32.56MPa。影响AZ50涂层沉积效率的工艺参数的主次关系为：电源功率>喷涂距离>送粉量>主气流量。涂层沉积效率最优的工艺参数为：电源功率40kW，送粉量13g/min，喷涂距离70mm，主气流量50psi。AZ系复合陶瓷涂层的结合强度随着Zr₂O含量和涂层厚度的增加而减小。涂层的拉伸断面均发生在陶瓷层与NiCoCrAlY粘结层的结合处。AZ系复合陶瓷涂层（双层结构）呈典型的层片状结构，并含有少量的气孔、微裂纹、未熔粒子等缺陷，基体与涂层之间呈机械结合。涂层主要由α-Al₂O₃，γ-Al₂O₃，t-Zr₂O，t’-Zr₂O和c-Zr₂O组成。随着AZ系复合涂层中Zr₂O含量的增加，涂层中的微裂纹、气孔和疏松组织增多，涂层中的α-Al₂O₃和γ-Al₂O₃的衍射峰强度逐渐变弱。AZ系复合陶瓷涂层（双层结构）的显微硬度存在相当大的分散性，并显著地服从正态分布和Weibull分布。涂层的摩擦系数随着线性速度的增加而增加，随着载荷的增加而减少。涂层的磨损机制为粘着磨损。涂层热震失效包括裂纹的形成、扩展及最终剥落三个阶段，与涂层中的热应力和粘结层的氧化有关。随着AZ系复合陶瓷涂层中Zr₂O含量的增加，涂层的结合强度、显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性下降，而抗热震性能提高。等离子喷涂AZ系复合陶瓷涂层可以有效地提高镁合金基体的硬度、耐磨性和耐蚀性，经封孔处理后，涂层的耐蚀性更佳。NiCoCrAlY-AZ50梯度涂层与双层结构的AZ50涂层相比，具有更好的耐蚀性、结合强度和抗热震性能。