热障涂层（Thermal barrier coatings,TBCS）广泛应用于燃气轮机的动、静叶和航空发动机的涡轮叶片。通过将陶瓷材料涂覆在合金表面,利用陶瓷材料优异的耐高温、低热导率以及耐腐蚀等性能对金属基底进行防护,保障燃气轮机以及航空发动机的热端部件能够可靠运行。本文使用大气等离子喷涂工艺,在Inconel600镍基高温合金表面制备NiCoCrAlY金属粘结层和ZrO₂-8%wtY₂O₃陶瓷层,通过制备涂层金相试样,利用光学显微镜观察分析涂层的截面微观形貌,利用扫描电镜观察分析涂层的表面微观形貌。观察发现涂层表面呈米白色,光滑平整,结构致密,由粉末颗粒熔融堆叠形成,颗粒熔化情况较好,整体呈小颗粒扁平化团聚堆叠形貌,涂层表面存在大量宽度小于1μm的裂纹;涂层的陶瓷层与粘结层、粘结层与金属基体之间的界面处结合都比较好,没有明显的裂纹存在,涂层组织较为致密,可以看出是熔融颗粒扁平化堆叠形成的层状薄片堆积而成,陶瓷层内均匀分布着孔隙。使用维氏显微硬度仪测试涂层的显微硬度,通过热震试验测试涂层的热震性能,通过结合强度试验测试涂层的结合强度,使用X射线应力仪测试涂层表面的残余应力。结果表明通过大气等离子喷涂制备的ZrO₂-8%wtY₂O₃热障涂层具备良好的显微硬度、结合强度以及抗热震性能,并且通过对照试验发现,在试验范围内,涂层的显微硬度随着涂层厚度的增大而减小,涂层的结合强度随着喷涂功率的增大而增大,而涂层表面的残余应力与喷涂电流、氢气流量以及氩气流量密切相关,随着喷涂电流、氢气流量的增大以及氩气流量的减小,涂层表面的残余应力会随之增加。设计正交试验研究热障涂层的陶瓷层厚度和孔隙率与大气等离子喷涂工艺参数之间的关系,研究发现,工艺参数对陶瓷层厚度的影响程度从小到大依次为喷涂距离,氩气流量,电流,氢气流量,在试验范围内,随着电流与氢气流量的增大、氩气流量与喷涂距离的减小,陶瓷层厚度随之增大;工艺参数对陶瓷层孔隙率的影响程度从小到大依次为氩气流量,电流,氢气流量,喷涂距离,在喷涂过程中,当氩气流量从30 slpm/min增加到40 slpm/min时,氢气流量从5 slpm/min增加到10 slpm/min时,孔隙率随之增大;当氩气流量从40 slpm/min增加到50 slpm/min时,氢气流量从10 slpm/min增加到15 slpm/min时,孔隙率随之减小。当喷涂距离从5 mm增加到10 mm时,孔隙率随之减小,当喷涂距离从10 mm增加到15 mm时,孔隙率急剧升高,而随着电流的增大,孔隙率减小。通过ANSYS有限元分析软件,构建热障涂层的有限元模型,模拟涂层的制备过程,分析涂层内残余应力的形成机理和分布情况,结果显示陶瓷层与粘结层的接触界面和粘结层与基体的接触界面应力较为集中,涂层表面的应力集中现象最为严重,当8YSZ热障涂层模型的基体厚度取100μm,粘结层厚度取150μm,陶瓷层厚度取200μm时,涂层表面的最大残余应力达到248 MPa。并且通过对比发现,界面处的残余应力随着涂层厚度的增大而产生变化,涂层表面的残余应力随着涂层厚度的增大而增大。