本文以纳米金刚石制备场致发射阴极材料为背景,采用液相等离子喷涂制备纳米结构的金刚石涂层,优化了涂层的制备工艺;分析了金刚石涂层与基体间的残余应力;观察了纳米金刚石涂层的微观组织形貌;探索了纳米金刚石/HA复合涂层和纳米金刚石/钛复合涂层的微观组织与性能。本文研究的主要结论如下:采用干式喷砂法对钛片表面进行预处理以增强涂层与基体的结合强度。选用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为纳米金刚石液料的分散剂,并采用超声振荡方法使纳米金刚石液料保持均匀和稳定。对等离子体射流温度场进行模拟的结果表明,随着氢气含量的增加,等离子射流的温度场分布存在明显的变化,氢气与氩气摩尔比含量为1:4的等离子体射流的热损失较小,该条件下,当气体的流速为200m/s时,等离子体射流的温度较高。通过对纳米金刚石涂层与钛片基体的残余应力进行数值模拟后发现:纳米金刚石涂层的主应力为拉应力,薄涂层的最大主应力是由涂层表面的最大主应力决定,且薄涂层表面的最大主应力具有先增大后减小的特点。厚涂层的最大主应力是由涂层与基体界面的最大主应力决定,且涂层界面的最大主应力随着涂层厚度的增加而增加;涂层的最大剪切力随着涂层厚度的增加由涂层表面转移到涂层界面,其最大剪切力先减少后保持稳定;涂层整体、涂层界面和涂层表面的最大主应力与最大剪应力随着涂层温度的升高而呈线性递减的趋势;纳米金刚石涂层的主应力集中在涂层与基体的界面上且在界面的边沿处,而涂层的剪应力分布在涂层的表面。纳米金刚石在钛基体表面的沉积过程主要是以扁平粒子的形式相互搭接且紧密排列组成涂层,扁平粒子呈现出表面相对粗糙、表面相对光滑以及表面破碎三种不同类型的扁平粒子形貌;扁平粒子的扁平化程度不同使得涂层表面具有一定起伏,造成扁平粒子间的搭接部位处孔隙密集,但涂层整体保持良好的纳米粒度,涂层的厚度为几微米;通过XRD、拉曼光谱和选取电子衍射分析测得涂层的主要成分为金刚石结构,极好地保存了金刚石的纳米尺寸、颗粒度和晶型结构。纳米金刚石/HA复合涂层呈现纳米结构特征,纳米金刚石颗粒有效填充了涂层的孔隙,提高了涂层的性能;复合涂层的显微硬度和结合强度均随着纳米金刚石含量的增加而递增。纳米金刚石/钛复合涂层具有分层结构,纳米金刚石涂层完全覆盖在粗糙的钛涂层表面,涂层中微小颗粒相互团聚形成团聚体且涂层整体存在许多较微小的孔洞,涂层呈现出纳米结构特征,表面较为致密,其耐腐蚀性能得到极大的提高。