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采用热喷涂方式在普通金属表面制备具有耐磨、耐腐蚀和耐高温等性能的涂层，具有工程价值高和经济效益好等优点。但热喷涂涂层与基体之间、涂层内部层与层之间主要以机械结合为主，且涂层与基体的弹性模量、热胀系数等参数不同，在热应力、疲劳应力及冲击载荷的作用下易剥落、龟裂，制约了涂层的应用。针对这一问题，本文提出采用碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）增强热喷涂涂层，CNTs具有优异的力学和物理性能，被认为是复合材料理想的增强相。然而，CNTs在有氧环境中的热稳定性能较差，在热喷涂过程中容易烧蚀。为了将CNTs添加至涂层中，本文采用自主搭建的等离子增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD）设备合成了CNTs，并对CNTs进行镀镍包覆处理，进而将CNTs与喷涂粉末球磨后制备了Ni60/Al2O3/CNTs粉末，再通过火焰喷涂制备了不同CNTs含量的热喷涂涂层。并对制备过程中各影响因素进行了系统地分析，研究了不同CNTs含量对涂层的结合强度、摩擦学性能影响，并探讨了CNTs强化机制。 首先采用PECVD法在纳米镍表面合成了CNTs，研究了PECVD法合成 CNTs的多种影响因素（包括催化剂含量、合成温度、反应气氛和时间）。结果表明:以纳米镍粉作为催化剂，在600℃的合成温度下，以CH4作为碳源，可以合成均匀分散的，高纯度、管径均匀的CNTs，所得 CNTs适合用于制备喷涂粉末材料。 对合成的CNTs进行纯化，再进行化学镀镍处理，并对镀镍参数进行系统的研究（包括镀液成分、镀镍温度、镀镍量）。结果表明:镀液组成为六水合硫酸镍（NiSO4·6H2O，68 g/L)，柠檬酸钠(Na3C6H5O7，57 g/L)，次磷酸氢钠（NaH2PO2，40 g/L)，十二烷基磺酸钠(NaC12H25SO4，1.5 g/L)。镀镍过程中添加氨水维持镀液pH值在8，镀液温度控制在50±2℃。镀镍量以1g CNTs对应1000 ml镀液。 将经过镀镍处理的CNTs添加至Ni60/Al2O3粉末中，经过机械球磨制备了4种不同CNTs含量的粉末。为了减少球磨对镀镍CNTs的影响，对球磨参数进行了系统地研究（包括球磨速度、介质、时间、球料比）。实验参数为:球料比为5:1，球磨前添加少量无水乙醇，转速为180 r/min，球磨时间2h。 采用亚音速火焰喷枪在45＃钢表面制备了4种不同CNTs含量的热喷涂涂层，并对涂层的结合强度及摩擦学性能进行了研究。结果表明:CNTs镀镍包覆能较好地保护CNTs在高温条件下不被烧蚀。制备了不同CNTs含量的Ni60/Al2O3/CNTs涂层；CNTs添加量为3.0wt％时，涂层结合强度为24.6±2.9 MPa，涂层表面半熔融区及孔隙(Partially Melted and Porosity，PM)所占百分比为2.08%，较未添加CNTs涂层结合强度提高72%，PM降低了69.9%。但随着CNTs含量增加到4.5wt%，涂层的结合强度下降至14.1±2.7 MPa，PM增加至6.37%。对不同含量CNTs涂层进行硬度测试，摩擦磨损测试，研究CNTs对涂层摩擦学性能的影响表明:CNTs添加量为3.0wt%时，涂层平均硬度达到1175.5 HV，磨损量为2.1 mg，较未添加CNTs涂层平均硬度提高了171.4%，磨损量减少72%。但随着CNTs含量增加到4.5wt%，涂层的硬度下降至910.2 HV，磨损量增加至2.4 mg。分析涂层的微观组织及破坏形式表明CNTs增强热喷涂涂层的主要形式为桥接、拔出和裂纹偏转，同时具有提高喷涂粒子的熔化程度降低涂层内部PM的作用，增加了涂层片层间的冶金结合。