碳化锆具有高熔点、高硬度、高弹性模量、低电阻率以及良好的耐辐射性等优点。等离子喷涂制备的单相碳化锆涂层存在沉积效率低、孔隙率高、硬度低以及抗高温氧化性差等问题。本文首先利用喷雾造粒法分别制备ZrC-ZrSi2、ZrC-ZrSi2-Al2O3、Zr-SiC和ZrO2-SiC-Al四种体系复合粉,随后利用等离子喷涂制备碳化锆复合涂层,对比研究了四种体系碳化锆复合涂层的组织结构与性能;揭示了Zr-SiC和ZrO2-SiC-Al体系涂层在等离子喷涂过程中的反应机理以及复合涂层的形成机制,并研究了原料ZrO2的含量变化对ZrO2-SiC-Al反应体系制备复合涂层的组织结构和性能的影响。等离子喷涂ZrC-ZrSi2体系复合粉在喷涂过程中原料物相发生变化,所得涂层主相为ZrC和ZrSi2,涂层孔洞较多。等离子喷涂ZrC-ZrSi2-Al2O3体系复合粉在喷涂过程中原料物相未发生改变,所得涂层致密度低。等离子喷涂Zr-SiC体系复合粉制备出了以ZrC为主相此外还包括ZrSi2和SiC的碳化锆复合涂层,等离子喷涂ZrO2-SiC-Al体系复合粉制备出了以ZrC为主相此外还包括ZrO2、Al2O3和ZrSi2的碳化锆复合涂层,对比四种体系碳化锆复合涂层发现,ZrO2-SiC-Al体系所得涂层层状结构明显,组织更均匀致密,涂层质量优于其他三种体系涂层。等离子喷涂ZrC-ZrSi2和ZrC-ZrSi2-Al2O3体系复合粉制备涂层的过程主要包括熔化和沉积两个阶段。等离子喷涂Zr-SiC体系复合粉制备涂层的形成机制为固相扩散、反应、熔融和沉积。Zr与SiC发生固相扩散反应生成ZrC和ZrSi2,反应放热和等离子焰流的热量叠加促使颗粒熔化,熔融液滴撞击基体形成涂层。ZrO2-SiC-Al体系复合粉制备涂层的形成机制为熔化、扩散、液固反应和沉积。首先Al受热熔化包裹住ZrO2和SiC颗粒,然后熔化的Al与ZrO2颗粒发生固-液扩散反应生成Al2O3、Al2Zr和活性Zr原子,Al2Zr和活性Zr原子与SiC反应生成ZrC和ZrSi2和,最后在高速等离子焰流的作用下,熔滴撞击到基体表面形成致密的涂层。通过研究原料ZrO2含量对ZrO2-SiC-Al体系制备涂层组织结构和性能的影响发现,原料粉质量比为ZrO2:SiC:Al=66.5:14:19.5时,所得涂层质量最好,具有最低的孔隙率和最高的硬度与等离子喷涂ZrC-ZrSi2、Zr-SiC、ZrC-ZrSi2-Al2O3体系复合粉所得ZrC复合涂层相比,等离子喷涂ZrO2-SiC-Al体系所得ZrC复合涂层韧性、抗划痕性能、摩擦磨损性能以及耐烧蚀性能最好。这归因于ZrO2-SiC-Al复合粉在喷涂过程中反应充分,且熔化更好,所得的涂层层状结构更明显,组织更为均匀致密。