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热障涂层广泛用于地面燃气轮机和航空发动机的高温合金部件,降低其表面温度,避免受到高温燃气的腐蚀和氧化,进而提高发动机的工作效率和服役寿命。在高温和热循环的环境中长时间服役后,热障涂层陶瓷层会发生剥落,失去保护作用。粘结层的抗氧化性能是影响热障涂层耐久性的最重要因素,而粘结层的抗氧化性能直接决定于其化学成分。因此优化粘结层的化学成分以提高其抗氧化性能是改善热障涂层寿命的重要手段。随着涡轮前进口温度的不断提高,传统的MCrAlY（M:Ni或者Co）粘结层材料已经不能满足要求。NiAl（1:1 at.%）具有高熔点、低密度、低成本和抗氧化性能好等优点,被认为是最有潜力的新型粘结层材料。然而,虽然NiAl在高温下能生成一层连续的氧化层,但其粘附性较差,在热循环过程中容易剥落,因此需要加入第三种元素进行改性。研究表明,在NiAl中掺杂微量的活性元素（Reactive Element,RE）能显著提高氧化层的粘附性。大气等离子喷涂具有操作简单、成本低等优点,被广泛用于热障涂层粘结层的制备,如MCrAlY粘结层。与MCrAlY相比,采用大气等离子喷涂制备NiAl粘结层相对困难,目前报道很少。所以优化工艺参数制备NiAl粘结层并提高其抗氧化性能十分有意义。本文的研究目的是开发一种成本低廉且具有优异抗氧化性能的粘结层材料,从而提高热障涂层的使用温度和寿命。一方面,在NiAl中掺杂微量的活性元素（如Hf）提高其抗氧化性能。另一方面,采用成本低廉的大气等离子喷涂制备NiAl-RE粘结层。为了验证NiAl-RE粘结层的抗氧化性能,本文分别在有无陶瓷层的情况下进行高温氧化测试,并与传统的NiCoCrAlY样品做对比。结果表明NiAl-RE粘结层的抗氧化性能明显优于NiCoCrAlY粘结层,采用NiAl-RE粘结层可以大幅提高热障涂层寿命。然而由于NiAl材料的高温力学性能较差,NiAl-RE粘结层容易发生表面起皱,不利于进一步提高热障涂层的寿命。因此进一步制备了Al2O3弥散强化的NiAl材料,并添加HfO2以改善抗氧化性能。本文的主要研究内容和结论如下:（1）通过真空电弧熔炼的方法制备了活性元素掺杂的NiAl合金,研究了活性元素Lu和Hf以及添加元素Cr对NiAl合金的抗氧化性能的影响。结果表明,Lu和Hf都能降低NiAl合金的氧化速率,但NiAl-Lu的氧化速率是NiAl-Hf的4倍。采用辉光放电光谱法沿氧化层进行元素深度分析,发现S和C不仅在氧化层和合金界面聚集,而且会偏聚在氧化层中靠近界面处。Lu和Hf能有效地抑制这种现象,从而提高界面结合强度。另外,Cr元素能显著弱化Lu的有益作用。（2）通过大气等离子喷涂在两种不同的高温合金基体（DZ125L,不含Hf;DZ125,含Hf）上制备了NiAl和NiAl-Hf粘结层,分析对比了Hf的不同添加模式（粘结层或基体中）对NiAl粘结层抗氧化性能的影响,并与传统的NiCoCrAlY样品作对比。结果表明,NiAl-Hf粘结层的抗氧化性能明显优于NiCoCrAlY样品。Hf元素不管是添加在粘结层中还是在基体中都能显著提高NiAl粘结层的抗氧化能力,但直接添加在粘结层中效果更明显。（3）采用大气等离子喷涂制备了四种不同粘结层成分（NiAl、NiAl-Lu、NiAl-Hf和NiCoCrAlY）的热障涂层系统,研究了粘结层成分对热障涂层的失效模式和最终寿命的影响。与NiCoCrAlY热障涂层相比,纯NiAl样品的热循环寿命要稍低,而NiAl-Lu和NiAl-Hf样品的寿命分别为1.7和2.5倍。热障涂层寿命的提高主要是由于活性元素降低了粘结层的氧化速率和提高了氧化层的粘附性,改变了界面开裂位置。（4）通过机械合金化和放电等离子烧结制备了氧化物弥散增强（Oxide Dispersion Strenghthened,ODS）NiAl块体材料,研究了Al2O3和HfO2添加对其表面起皱和氧化层剥落行为的影响。与熔炼NiAl合金相比,ODS NiAl在氧化过程中表面起皱速率较大,Al2O3的添加反而加速这种现象。纯ODS NiAl形成的氧化层粘附性很差,添加0.5 wt.%HfO2对提高抗剥落能力的作用十分有限,而添加较高含量的Al2O3（如20vol.%）显著提高氧化层的抗剥落能力。这主要是由于Al2O3的添加降低了氧化层和基体之间的热不匹配应力,减小了剥落的驱动力。