金属材料在表现出优异的性能的同时,也存在使用过程中容易受到气、水及某些化学介质的腐蚀、因相互运动而产生磨损、因工作温度过高而发生氧化等缺点。金属基陶瓷涂层融合了金属材料和陶瓷材料优点,既能满足韧性高和成型性好的要求,又能适应隔热、耐高温、抗磨损、耐腐蚀的工况要求。发展金属基陶瓷涂层等表面保护和表面强化技术,对提高产品在高温、高速、高压和恶劣的工况条件下的耐磨和耐腐蚀性具有重要的工程意义。在冶金、热电工业行业,许多设备和管道的服役状况非常恶劣。为解决这些问题,国内外学者提出了制备搪瓷涂层和微晶玻璃涂层的思路,为提高其抗冲蚀磨损进行了有价值的探索。但是,由于涂层韧性差的问题未得到解决,这些措施具有很大的局限性。本文基于Li2O-ZnO-Al2O3-SiO2(LZAS)系微晶玻璃的热膨胀系数范围很宽(36-20×10-6K-1)和软化温度较低的特点,根据功能梯度材料的原理,提出了用Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层解决微晶玻璃涂层低韧性问题的新思路,本文为解决金属基微晶玻璃涂层强韧化问题提供了科学依据,对发展金属基陶瓷涂层等表面保护和强化技术具有重要意义。本文采用烧结法制备了LZAS系微晶玻璃,采用热分析、X射线衍射、扫描电镜和收缩率等手段研究了LZAS系微晶玻璃的热处理制度和烧结特性。研究表明：核化温度和核化时间严重影响LZAS微晶玻璃的结晶度,对析出物相种类影响较小；晶化温度对LZAS微晶玻璃析出晶体的种类、晶粒的大小和晶体尺寸的均匀性有重要影响。在较低的晶化温度下,γⅡ-LZS为主晶相,γ0-LZS和方石英为次晶相,在较高的晶化温度下,p-石英固溶体和γ0-LZS是主晶相,方石英是次晶相。随着晶化温度的升高,发生从γ0-LZS到γ0-LZS,方石英到β-石英固溶体的相转变；两步法和一步法热处理对析出晶相的种类和材料的微观结构影响不大,但经历两步法热处理析出晶体的数量更多；LZAS系微晶玻璃的烧结属于析晶粘滞性流动烧结。在烧结过程中析晶和烧结是相伴的过程,在烧结的前一阶段以烧结致密化为主,在烧结的后一阶段以析晶为主,这有利于减少析出晶体对玻璃液相流动的阻碍,有利于提高烧结致密度。为提高LZAS微晶玻璃的韧性,本文采用烧结法制备了Y-TZP/LZAS微晶玻璃复合材料,采用X射线衍射、扫描电镜研究了3Y-TZP添加量对材料的相组成、显微结构的影响。研究表明：添加3Y-TZP会提高玻璃相的粘度,延缓复合材料的致密化进程,Y-TZP/LZAS复合材料的烧结机制属于粘性流动占主导地位的液相烧结；复合材料在烧结过程中,LZAS微晶玻璃和3Y-TZP是相互独立的两部分,两者之间不发生化学反应；随着3Y-TZP含量的增加,Y-TZP/LZAS复合材料的硬度、弯曲强度和断裂韧性值总体表现为增大。当3Y-TZP含量为15%时,材料的弯曲强度和断裂韧性都达到最大值。当3Y-TZP含量达到20%时,由于材料的致密度下降,材料的弯曲强度和断裂韧性有所下降：复合材料的增韧机制包括裂纹钉扎、裂纹偏转和相变增韧。本文在建立Y-TZP/LZAS微晶玻璃梯度涂层的物理模型、组成分布模型和物理性能参数模型的基础上,采用有限元方法对梯度涂层的热应力和接触应力进行了数值模拟,得出了涂层组成分布指数、梯度层厚度和梯度层数等涂层制备的重要参数。即：涂层最佳成分梯度指数m=1；涂层最佳层数为3-5层；涂层最佳厚度为1～1.5mm；涂层中各层的3Y-TZP最佳体积组分差5-8%。本文采用涂搪法成功地在Q235钢基体上制备了Y-TZP/LZAS功能梯度涂层(Y-TZP/LZAS FGM)。通过温度-粘度曲线和润湿性实验确定了梯度涂层的涂烧制度,采用XRD和SEM手段对涂层的物相和微观结构进行了分析。研究表明：梯度涂层各层之间的界面结合紧密,无裂纹缺陷。梯度涂层与Q235钢依靠玻璃中的Si02与铁的氧化物发生界面反应形成牢固的结合,反应产物为Fe2Si04和FeSiO3。随着3Y-TZP含量的逐层增加,梯度涂层的显微硬度和断裂韧性沿涂层厚度方向逐渐增大。X射线衍射法检测结果证实了梯度涂层表面形成了压应力。在涂层表面残余压应力、3Y-TZP相变及3Y-TZP颗粒增韧的共同作用下,Y-TZP/LZAS功能梯度涂层的韧性得到了提高。梯度涂层与Q235的结合强度达16.3MPa。梯度涂层在300℃下热循环30余次,表现出较好的抗热震性能。