为了充分延长零部件的服役寿命,再制造工程技术已经在现代工业维修中发挥着重要的作用。再制造工程中,首先要对服役后的废旧零件进行评估,然后运用包括热喷涂在内的先进表面工程技术恢复并提升废旧零部件的使用性能。但是,对再制造零部件结构完整性和服役寿命进行科学的评估及预测,是再制造工程中的一个重要组成部分。本文针对等离子喷涂层结构完整性技术及寿命预测进行了若干基础研究,为提高涂层性能提供一些可行的设计方案,这些研究为再制造工程的发展提供了重要的科学依据。主要研究包括如下三个方面内容:受残余应力影响的涂层热力完整性、与过程工艺相关的等离子喷涂涂层微观结构完整性、与外加载荷条件相关的等离子喷涂涂层持久性能。系统地研究了涂层残余应力对涂层热力完整性的影响。基于力与力矩平衡原理,建立了多层涂层、梯度涂层残余应力的理论模型,获得了残余应力闭合解。深入研究了涂层材料性能和几何尺寸对涂层残余应力分布的影响。基于涂层的残余应力分布,提出了多种优化设计方案。分析了大量现存单层涂层残余应力近似解所导致的误差,并给长期沿用的Stoney方程增加了一个修正系数。研究了涂层塑性变形、蠕变和涂层结构不连续性对涂层残余应力再分布及涂层热力完整性的影响。发现如果涂层内部的残余应力为同一状态时,涂层内部的塑性区厚度与温差成正比;采用蠕变释放率来分析了涂层发生蠕变变形时,涂层内部残余应力分布规律。涂层结构残余应力释放率可以表征为蠕变应变与涂层结构失配热应变的比值。然后,基于材料强度理论,分析了边缘效应对涂层结构残余应力及界面应力分布的影响,并获得了涂层内部及界面残余应力的闭合解;确定了涂层表面裂纹萌生的临界应变条件;基于界面剥离应力的分布规律,建立了涂层抗分层失效设计准则。系统研究了喷涂工艺对超音速等离子喷涂Ni-Cr-B-Si-C合金涂层微观结构及力学性能的影响,试图建立喷涂工艺-结构-性能关系图谱。采用概率统计方法分析了不同喷涂工艺条件下,涂层孔隙率、微观硬度、杨氏模量、残余应力等性能的变化。发现涂层的孔隙率及微观力学性能(包括杨氏模量和微观硬度)是服从Weibull概率分布的。涂层内部的微观结构形貌和缺陷含量,影响着实验结果的分散程度。随着氢气流量、功率的增加或送粉量的降低,涂层孔隙率下降。涂层的孔隙率与涂层的微观力学性能没有特定的关系,即不能通过涂层的孔隙率反映涂层微观力学性能。但从整体趋势来看,涂层微观硬度和杨氏模量随着涂层孔隙率的增加而降低。通过大量实验数据拟合,获得了涂层硬度、杨氏模量的名义值与涂层孔隙率的名义值的非线性关系曲线。实验证明了涂层弹性模量与微观硬度的之间的相互关系,即弹性模量与微观硬度的平方根成正比。采用接触疲劳加速实验,研究了接触应力作用下,超音速等离子喷涂CrC-NiCr金属陶瓷涂层的持久性能,提出了超音速等离子喷涂金属陶瓷涂层接触应力-疲劳寿命耦合关系的函数方程。接触应力较高时,平行涂层试样疲劳寿命分散程度较大。分析了涂层微观结构对涂层失效机制的影响。另外,实验结果表明,接触应力的大小与涂层的失效机制间没有特定的联系。当载荷较低时,表面磨损和剥落为涂层的主要失效机制;当载荷较高时,分层可能是引发涂层失效的关键机制。实验研究了激光重熔等离子喷涂Ni-Cr-B-Si-C涂层的接触疲劳失效行为。可以发现:激光重熔涂层的接触疲劳失效主要由于表面剥落而引起。这些剥落坑由于裂纹在次表面的连接而导致。基于接触区域表面和次表面分析,提出了一种失效过程模型。