硬涂层阻尼技术能够提高构件的阻尼能力、抗振动疲劳能力,已经逐渐应用到航空发动机、燃气轮机等高端机械装备的关键件上。典型的高阻尼硬涂层包含大量的内部层状界面以及空隙等,其断面形貌表现出复杂的界面和微观结构,这些微观结构直接决定了结构的力学、机械性能。近些年来,国际上针对涂层制备对涂层结构产生的影响以及如何影响开展了大量研究,但是缺乏对涂层的微观结构与其力学性能及阻尼特性之间关系的研究。因此,在微观尺度上研究硬涂层的结构与其宏观性能之间的关系,有利于从更深层次了解阻尼涂层作用机制,对硬涂层的结构及性能的主动设计及优化具有重要意义。本文以典型的陶瓷基硬涂层结构为研究对象,基于其微观结构图,采用图像处理的方法建立其ABAQUS二维有限元模型,通过计算其弹性模量及损耗因子,研究了涂层微观结构与其弹性模量及阻尼特性的相互关系。本文主要工作内容包括:(1)利用大气等离子喷涂方法制备两组不同电弧功率下的8YSZ陶瓷基硬涂层,对比观察其微观形貌,结果表明:较高的电弧功率能得到孔隙率相对较低的涂层样件。(2)在不同温度下,采用DMA测试方法对本文制备的两组涂层样件进行试验分析,获得其储能模量及损耗因子随温度的变化曲线,结果表明:涂层储能模量随温度的升高呈下降趋势,损耗因子随温度的升高呈先增加后下降趋势。且室温下,实测得到孔隙率较低的涂层样件a1的弹性模量为173.331GPa,损耗因子为0.003;孔隙率较高的涂层样件a2的弹性模量为159.865GPa,损耗因子为0.0069。即涂层孔隙率越高,储能模量越低,损耗因子越高。(3)采用图像法对涂层微观结构金相图进行灰度处理,再提取其微观结构轮廓并进行矢量化处理,进而建立其微观结构二维有限元模型,基于均匀化方法求解其弹性模量,分别与本文制备的两组涂层样件及文献中样件的试验结果进行对比,误差分别为3%和7%,验证方法的有效性。(4)通过对比选择合适的微观结构特征参数将涂层复杂模型简化为含圆孔及线裂纹的二维模型,求解其弹性模量,并与试验结果对比,验证了简化模型的计算精度。基于此简化模型,对涂层微观结构与其弹性模量的关系进行研究,同时研究了涂层弹性模量的应变依赖性,结果表明:涂层的弹性模量随着孔隙率的增大呈下降趋势,随着裂纹密度的增大呈下降趋势,随着孔隙大小均匀性的增大变化趋势不明显,且随着应变输入的增大呈下降趋势。(5)通过图像处理建立涂层含微观裂纹的二维模型,设置裂纹面的摩擦接触,进而计算模型加载过程中裂纹面开闭的摩擦作用导致的能量耗散,再采用摩擦耗能及损耗因子表征涂层的阻尼性能,并就模型加载、裂纹面摩擦系数及加载频率对涂层阻尼性能的影响进行研究。结果表明:涂层的摩擦耗能及损耗因子随涂层截面水平方向加载的增加呈上升趋势,随裂纹面摩擦系数的增加呈先上升后下降趋势,而随频率变化不明显。