本论文采用等离子喷涂工艺在310S耐热钢表面制备了高温防护涂层,表面陶瓷层分别为8YSZ涂层、ZrB₂-SiC涂层、MoSi₂-Al₂O₃涂层和Al₂O₃-TiO₂涂层,中间粘结层为NiCrAlY层。通过对涂层进行热腐蚀实验、高温氧化实验和热震试验的结果进行比较并结合X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和电子能谱（EDS）等表征手段,系统地研究物相和微观组织对各种涂层耐热腐蚀、抗高温氧化和抗热震性能的影响规律。主要研究结果如下:（1）等离子喷涂8YSZ涂层主要由四方t-ZrO₂相组成,还有Y₂O₃相。实验结果表明,等离子喷涂制备的8YSZ涂层在700℃Na₂SO₄+NaCl熔盐热腐蚀中,涂层仍保持四方相t-ZrO₂,有着良好的抗热腐蚀性能。但在900℃热腐蚀时,Na₂SO₄分解后会与Y₂O₃反应,破坏8YSZ的稳定性,导致四方相向单斜相的转变,分解的氧向粘结层扩散,会与金属元素反应,生成的尖晶石会从裂纹处析出,达到一定程度,会导致涂层的脱落。8YSZ涂层在1100℃高温氧化中,在陶瓷面层与金属粘结层之间会生成TGO氧化膜。（2）ZrB₂-SiC涂层主相由ZrB2和SiC相组成,还有t-ZrO₂、m-ZrO₂和SiO₂相的生成。实验结果表明,在700℃Na₂SO₄+NaCl熔盐热腐蚀中,ZrB2-SiC涂层由于其中ZrO₂的相变,导致涂层体积变化,部分涂层破裂、脱落;而在900℃热腐蚀时,Na₂SO₄分解后,会与ZrO₂反应生成Na2ZrO3,于涂层裂纹处析出,达到一定程度,会导致涂层的脱落,同时氧会向粘结层扩散,会与金属元素反应,生成的尖晶石会从裂纹处析出,达到一定程度,会导致涂层的脱落。ZrB₂-SiC涂层在1100℃高温氧化中,在陶瓷面层与金属粘结层之间生成以氧化铝为主的TGO氧化膜。这是由于氧通过陶瓷表层的裂纹与孔隙与金属粘结层发生的反应。（3）MoSi₂-Al₂O₃涂层相组织主要为t-MoSi₂、h-MoSi₂、Al₂O₃和少量Mo₅Si₃相。700℃热腐蚀实验进行一次循环后,MoSi₂-Al₂O₃涂层整体脱落,主要原因是涂层与基体之间的热膨胀系数差异过大以及低温下断裂韧性低。（4）对Al₂O₃-TiO₂涂层相组织由α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃和TiO₂相组成。进行了耐热腐蚀实验和抗高温氧化实验,结果表明,在700℃Na₂SO₄+NaCl熔盐热腐蚀中,Al₂O₃-TiO₂涂层表面无明显的腐蚀产物生成,保持着良好的抗热腐蚀性能。但在900℃热腐蚀时,腐蚀产物会在涂层的孔隙、裂纹处生长出,随着裂纹处腐蚀产物的增多,会导致陶瓷层和粘结层之间出现宽裂缝,最终会导致涂层破裂、脱落。Al₂O₃-TiO₂涂层在1100℃高温氧化中,在陶瓷面层与金属粘结层之间生成TGO氧化膜,这是由于氧通过陶瓷表层的裂纹与孔隙与金属粘结层发生反应产生的。（5）对这四种涂层进行了热震实验,结果表明,四种高温防护涂层的抗热震性能（涂层失效次数）从高到低依次为:8YSZ涂层、Al₂O₃-TiO₂涂层、ZrB₂-SiC涂层、MoSi₂-Al₂O₃涂层。高温防护涂层热震失效的主要原因是,由于金属基体与陶瓷表层的热膨胀系数差异过大,在反复加热、冷却过程中,循环热应力会导致涂层内裂纹的产生和扩展,会致使涂层脱落,同时氧通过裂纹透过涂层与粘结层金属生成的氧化物,也会促使涂层脱落。