高炉风口由纯铜制造,它是高炉上比较重要且损坏频率较高的部件,它长期在恶劣的环境下工作,长期承受着高温炉气的冲刷,高速煤粉的磨蚀和炉料的撞击。目前国内生产的风口的寿命较低,平均使用寿命仅有两个月左右。频繁地更换风口使高炉运行的稳定性降低、产量减少、工人的劳动强度增大。因此研究如何提高风口使用寿命有很大的实际意义。本文以高炉风口应用为背景,进行了梯度涂层的设计,并采用等离子喷涂法制备了ZrO2-NiCrAlY梯度涂层;对所制备的涂层进行了组织和结构分析、结合强度测试、抗热震性能测试、温度场模拟、温度场理论计算和热应力模拟。试验结果表明:陶瓷层中存在一定量的孔隙和微裂纹,孔隙的形貌主要为近球形和长条形。NiCrAlY涂层具有明显的层状结构,存在一定量的孔隙。达到稳态时,纯铜风口最高温度为337℃(610K),最低温度为38℃(311K),梯度涂层风口最高温度为364℃(637K),最低温度为38℃(311K)。风口前端总是承受最高温的区域,紫铜风口的高温直接作用在紫铜上,而涂层风口的高温部位却在涂层的内部,有效降低了基体紫铜的温度。双层涂层和梯度涂层界面结合处都存在较大的应力集中。与双层涂层相比,梯度涂层中过渡层的应用缓和了涂层中的应力突变。涂层的结合以机械结合为主,梯度涂层具有较高的结合强度,梯度涂层内部是基体-涂层体系中最薄弱的环节。ZrO2-NiCrAlY梯度涂层的800℃抗热震性优于ZrO2/NiCrAlY双层涂层。600℃热处理试验后,基体与涂层之间出现了扩散层。