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本文针对大庆油田镀铬层螺杆泵转子在三元复合驱采油工程中结垢和磨损严重等问题,提出了采用等离子喷涂技术在螺杆泵转子表面制备纳米AT13/CaF2复合涂层的研究方案,通过SEM、XRD、EDS、磨损试验机、万能拉伸试验机等现代测试手段,对纳米AT13/CaF2复合涂层的组织结构、力学性能、抗结垢性能以及抗磨损性能进行了深入研究,探索了纳米AT13/CaF2复合涂层的减磨机理,并采用ANSYS有限元分析软件对复合涂层的残余应力进行了模拟分析,得出以下主要几条结论：(1)SEM分析表明,纳米AT13/CaF2复合涂层中存在完全熔化区域和未完全熔化区域,在完全熔化区域可能发生纳米粒子的长大,在未完全熔化区域中可见大量纳米粒子；随着固体润滑剂CaF2的增加,纳米AT13/CaF2复合涂层的表面出现较多的细小颗粒。XRD物相分析表明,纳米AT13/CaF2复合涂层物相以α-Al2O3、CaF2和Rutile-TiO2为主,同时还有少量的γ-Al2O3和Al2TiO5。(2)力学性能测试试验结果表明,纳米AT13涂层的显微硬度、抗拉结合强度以及抗热震性能均优于微米AT13涂层,随着固体润滑剂CaF2的增加,纳米AT13/CaF2复合涂层的显微硬度和抗拉结合强度逐渐降低,但抗热震性能逐渐升高,纳米AT13/CaF2复合涂层中的孔隙对提高涂层的抗热震性能有利。(3)采用静滴接触角测定仪测试了纳米AT13/CaF2复合涂层的接触角,测试结果表明,纳米AT13/CaF2复合涂层表面的微纳米结构可以提高涂层表面的接触角,随着CaF2掺杂量的增加,涂层中的孔隙率逐渐增加,液、固表面形成一种复合接触表面,液体在涂层表面上的接触状态属于Cassie状态,导致接触角随孔隙率的增加而逐渐增大；在三元复合驱环境下,进行了纳米AT13/CaF2复合涂层的抗结垢试验模拟,结果表明：纳米AT13/CaF2复合涂层的抗结垢性能与接触角无关,与固体表面的表面能相关,固体表面的表面能越大,吸附能力越强,结垢量越多,涂层表面垢物主要为CaSO4、CaCO3和硫酸钙的结晶水合物。(4)磨损试验结果表明,在相同成分下,纳米AT13/CaF2复合涂层的摩擦系数均随载荷的增加而减小,在同一载荷下,纳米AT13/CaF2复合涂层的摩擦系数随CaF2掺杂量增加而减小；当载荷为200N时,纳米AT13涂层的摩擦系数为0.66,随着固体润滑剂CaF2的增加,纳米AT13/CaF2复合涂层的摩擦系数逐渐降低,范围在0.33～0.63;在磨损过程中,纳米AT13/CaF2复合涂层主要依靠CaF2在涂层与对磨环之间形成固体自润滑膜来降低摩擦系数,从而减小磨损量；当CaF2含量为10%时,纳米AT13-10%CaF2复合涂层的体积磨损量最低,涂层的综合性能最好。(5) ANSYS有限元模拟结果表明：径向应力分布图中,纳米AT13-10%CaF2涂层的最大拉应力出现在涂层外表面处,这种较大的拉应力可能使涂层产生分层剥离,轴向应力和剪切分布图中,纳米AT13-10%CaF2涂层在涂层与基体的界面处存在应力集中；Ni/Al过渡层层能够明显降低涂层内部的最大径向应力。