铝合金蜂窝结构由于其高比强度、高比模量和轻量化等特点,被广泛应用于航空、航天和汽车等领域。但铝合金同时也具有较差的耐热性和耐磨性等缺点,导致其应用受到限制。基于此,本文采用阳极氧化技术为铝合金蜂窝构件的表面制备了Al₂O₃防热涂层,并且利用试验方法和数值模拟方法研究了铝基氧化铝陶瓷涂层复合材料在热学和力学载荷下,涂层及其界面的损伤与失效过程。本文的研究工作可以为铝基陶瓷涂层复合材料的实际工程应用提供一定的参考和指导。主要内容如下:首先,利用阳极氧化工艺,为铝基蜂窝材料的内孔和标准拉伸试样的标距表面制备了氧化铝防热涂层。并对氧化铝涂层进行了一系列的表征与性能测试。结果表明:涂层的厚度约为54μm,涂层显微维式硬度为409.0HV。由XRD衍射图在涂层中检测出了γ-Al₂O₃,说明涂层的主要由物相是γ-Al₂O₃。并且O和Al的原子比大于2:1,进一步表明氧化膜由非晶态Al₂O₃和晶态Al₂O₃组成。SEM图观察到铝基涂层材料由铝基体、阻挡层和Al₂O₃涂层组成,在铝基体与涂层之间有3μm厚度左右的阻挡层,这一试验结果与Keller模型吻合很好。其次,系统地研究了蜂窝铝基氧化铝涂层复合材料在热载荷下界面和涂层的损伤和失效。采用试验法和理论估算法分析了热载荷急冷状态下界面处产生的残余应力,以及残余应力对复合材料界面及涂层破坏的影响。之后基于内聚力单元（CMZ）建立二维模型,模拟了热载荷稳态下界面处产生的热应力以及界面的损伤与失效,并通过试验进行了对比,吻合较好。考虑了涂层厚度、热载荷大小、预制涂层垂直裂纹密度这三个因素对界面处应力场和界面损伤失效的影响。试验和模拟结果都发现界面在加热到300℃后冷却,界面未产生平行裂纹,而加热到400℃后冷却后界面出现平行裂纹,模拟结果与试验结果吻合较好。在热载荷作用下,随着涂层预制垂直裂纹密度的增加,界面损伤也随着加重。但当这种预制垂直裂纹密度达到某个值后,界面损伤反而减小并逐渐趋于稳定。研究发现存在某个临界预制裂纹密度值,使得热载荷下界面损伤最小。最后,研究了铝基氧化铝涂层复合材料在拉伸力学载荷下界面和涂层的损伤和失效。基于内聚力单元建立二维模型,模拟了铝基体在拉伸载荷下的界面损伤与失效,并进行了试验验证。考虑了涂层厚度、拉伸载荷大小、预制涂层垂直裂纹密度值这三个因素对涂层及界面损伤失效的影响。模拟结果发现在基体拉伸应变为0.8%左右界面萌生平行裂纹,与基体拉伸试验结果得到的界面发现平行裂纹所对应的基体拉伸应变1%时较为接近。模拟结果发现涂层厚度,预制垂直裂纹值对涂层裂纹萌生的初始位置影响很大。在基体受到拉伸载荷下,当预制的垂直裂纹密度相对较小时,随着涂层厚度增加,涂层垂直裂纹的萌生初始位置都始终在涂层表面,涂层内垂直裂纹的生长方式是从涂层表面往界面生长。当预制的涂层垂直裂纹密度在中间值时,在涂层厚度从小到大时,涂层内垂直裂纹的初始萌生位置分别为涂层表面、涂层中间位置和界面。当预制的垂直裂纹密度较大时,随着涂层厚度的增大,垂直裂纹的萌生位置始终在界面处,试验SEM图中观察到垂直裂纹在基体拉伸载荷的作用下从界面萌生并向涂层表面扩展,模拟结果与试验结果吻合较好。