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本文利用高能脉冲阴极微弧沉积方法在两种溶液体系中于铝合金表面制备Zr02陶瓷热障涂层和Zr02-Y203复合陶瓷热障涂层,通过正交试验法分析了不同电参数、不同溶液体系对涂层厚度和隔热温度的影响规律并得出制备涂层最优工艺方案,同时测定了涂层的部分性能；根据研究涂层生长过程与微观组织结构形貌,确定了阴极微弧沉积放电机制,并构造了物理放电模型,最后利用有限元数值模拟软件ANSYS进行了热应力耦合场的模拟计算。研究发现,反应时控制阻挡膜厚度在3μm,极板间距为10mm,利用极差法来分析正交试验数据,得出最优工艺方案为：溶液浓度0.03mol/L、占空比20%、频率600Hz、电流密度10A/dm2。根据最优工艺方案,制备得到氧化锆涂层厚度为19.5μm,隔热温度为47.05℃,起弧电压为160V,硬度791.5HV,表面粗糙度3.241μm,附着力强度32N。添加Y(N03)3后,复合涂层厚度为26.8μm,隔热温度为59.1℃,起弧电压152V,硬度880HV,表面粗糙度3.727μm,附着力强度58N。Zr(NO3)4溶液体系涂层厚度-时间关系曲线方程为：y=-8.74+1.43x-0.0156x2。当溶液中添加Y3+时,涂层的厚度随着Y3+浓度的增加先上升后降低,当Y3+含量为8wt%时,涂层的厚度最高。此时,涂层厚度与时间数学方程为：反应前15min,y1=2.108x+17.90；15min之后,y2=0.0455x2-2.015x+66.9。通过观察阴极微弧沉积膜层微观组织形貌,发现涂层表面较平整,截面存在很多横向孔隙,与基体犬牙状咬合结合；Zr(NO3)4溶液体系涂层的主要成分是ZrO2, Y(NO3)3-Zr(NO3)4溶液体系涂层的主要成分是Zr02和YSZ; Y(NO3)3-Zr(NO3)4溶液体系涂层主要物相为m-Zr02、t-Zr0.92Y0.0801.96口0.04、Y2Si207、Si。Zr(NO3)4溶液体系涂层电子衍射花样的标定结果晶带轴为[444]。通过对涂层生长过程的研究,将阴极微弧电沉积分为火花前阶段、微弧阶段和局部弧光阶段等三个过程,根据涂层生长机制构建出的物理模型分为电解、沉积、放电和烧结四个步骤。研究发现,烧结温度和Y203含量均对Zr02的稳定均有影响,当Y203含量为8wt%时1200℃烧结粉末出现立方相固溶体含量最高。数值模拟温度场计算结果显示涂层厚度与涂层的最高温度以及隔热温度成近似正比关系,当厚度为50μm时,相对应的隔热温度为15℃。热残余应力场计算结果表明涂层厚度50μm的试样受到的热应力最高,涂层厚度200μm时热残余应力最小。