热障涂层（TBCs）用于降低航空和发电领域热端部件的温度,从而提高热端部件的性能和效率。在工程应用中,热障涂层用来提高效率并延长部件寿命。热障涂层在高温、颗粒冲蚀、腐蚀的工作环境中,其易发生剥落失效,缩短服役寿命。涂层的剥落失效使基底直接裸露于极端服役环境下,造成巨大的安全隐患,因此充分研究和有效预测热障涂层的失效机理和可靠性问题变得尤为重要,国内外对热障涂层在高温氧化、高温冲蚀和CMAS腐蚀环境下进行了大量的研究,但往往只实现了单一环境或者两种环境耦合下热障涂层的模拟,因此本文通过课题组研制的模拟服役装置实现了在高温冲蚀和CMAS复杂耦合环境下的模拟以及两种环境耦合下的模拟,并结合一些检测技术得到其失效行为,进而反馈指导热障涂层制备工艺。主要研究内容包括:1.基于模拟服役设备,实现了热障涂层在高温冲蚀粒子撞击环境下的模拟。结合宏微观形貌分析、扫描电子显微镜等检测技术研究其失效行为,研究发现在粒子的尺寸和动能非常小的情况下,不会形成连续的密实层,柱保持分离,响应是弹性的,在靠近冲击点的柱子表面附近出现局部拉应力区域,由弹丸穿透时柱弯曲引起,这些应力导致柱顶分离。2.基于模拟服役设备,实现了热障涂层在钙镁铝硅酸盐（CMAS）腐蚀环境下的模拟。结合宏微观形貌分析、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、能谱仪（EDS）等检测技术研究其失效行为,研究发现四方相YSZ到单斜相YSZ的相变,相变引起了体积的变化,体积变化产生的涂层应力,造成了涂层在陶瓷层和粘结层的界面剥落失效。3.基于模拟服役设备,实现了热障涂层在高温氧化、高速粒子撞击、钙镁铝硅酸盐复杂耦合环境下的模拟。结合宏微观形貌分析、扫描电子显微镜、X射线衍射、能谱仪等检测技术研究其失效行为,研究发现总的来说,在高温冲蚀和CMAS腐蚀共同作用下,热障涂层受到热、力、化耦合共同作用,CMAS沉积到涂层表面,一方面CMAS熔融后渗入并侵蚀YSZ层内,冲蚀粒子冲击陶瓷层和CMAS冷却凝固后的填充作用,产生较大的内应力,另一方面熔融的CMAS与涂层发生热化学反应,使YSZ产生相变,从稳定的t-Zr O2转变到不稳定m-Zr O2,进而造成体积变化,从而产生内应力;最后,CMAS渗入柱间间隙,降低了涂层应变损伤容限,在热循环过程中三者共同作用从而导致涂层在陶瓷层与粘结层的界面处剥落失效。