随着石油钻探深度的增加,地质结构的复杂程度也增加,随钻测量（Measurement While Drilling,MWD）技术在钻井施工中发挥着不可替代的作用。但由于钻井过程中的工况极其恶劣,钻井液对MWD仪器外筒冲蚀磨损严重,会导致MWD脉冲信号传输失败和仪器外筒使用寿命缩短、更换频繁等问题,严重影响了钻井设备安全和生产效率。本文提出了在MWD仪器铜合金（QBe2）外筒上制备功能梯度材料涂层的新思路,通过大气等离子喷涂技术制备了NiCrAlY/Al2O3-20%TiO2梯度涂层。首先,综合评价了梯度涂层的微观组织和界面结合质量（结合强度测试和热震循环测试）;其次,研究了梯度涂层的摩擦磨损性能（改变试验载荷和摩擦副转速）和冲蚀磨损性能（改变冲蚀角度、冲蚀速度和含砂量）;最后,对MWD仪器外筒梯度涂层进行了现场应用评价。梯度涂层结构从基体至陶瓷工作层依次为:QBe2合金基体、NiCrAlY打底层、梯度过渡层（75%NiCrAlY+25%AT20、50%NiCrAlY+50%AT20、25%NiCrAlY+75%AT20）、AT20陶瓷工作层。随着AT20粉末含量的增加,喷涂功率也逐渐增大,以保证粉末粒子充分熔化。AT20陶瓷工作层的物相.主要由α-Al2O3、γ-Al2O3、Rutile-TiO2和Al2TiO5组成。NiCrAlY/AT20梯度涂层表面呈典型的层片状堆垛结构,涂层在整体上实现了成分的平稳过渡,且涂层各层之间及涂层与基体之间均结合良好。（1）随着AT20粉末含量的增加,NiCrAlY/AT20梯度涂层的显微硬度呈梯度增大,AT20陶瓷工作层的显微硬度为875HV0.05;梯度涂层与QBe2基体之间形成机械结合,结合强度为34.8MPa;在400℃下,热震循环467次后失效,梯度过渡结构大幅度地缓解AT20陶瓷工作层与QBe2基体之间的热膨胀不匹配性;梯度涂层的热稳定性良好,与QBe2基体的界面结合质量良好,进而确保随钻测量仪器外筒应用的可靠性和耐久性。（2）干摩擦条件下,NiCrAlY/AT20梯度涂层的摩擦系数为0.511～0.581,均低于QBe2合金基体的摩擦系数0.736～0.768,且波动幅度较小;AT20陶瓷工作层的磨损量小、磨痕较浅,表现出较好的耐磨性。NiCrAlY/AT20梯度涂层的磨损主要表现为疲劳断裂和磨粒磨损。（3）小角度冲蚀时,梯度涂层的冲蚀磨损表现为切削磨损和颗粒剥落;大角度冲蚀时,梯度涂层的冲蚀磨损表现为颗粒剥落、脆性断裂和塑性破坏;AT20陶瓷工作层的冲蚀磨损表现为小颗粒剥落和微裂纹扩展;NiCrAlY/AT20梯度过渡层的冲蚀磨损表现为颗粒剥落、脆性断裂和塑性破坏,且随着NiCrAlY含量的增加,梯度涂层的塑性破坏越明显。本论文研制的NiCrAlY/Al2O3-20%TiO2梯度涂层已成功应用于MWD仪器外筒,抗冲蚀磨损性能良好,在不影响MWD仪器外筒尺寸和磁性的情况下提高了其表面综合性能,使用寿命从原来的～512小时提高至1400小时,且梯度涂层没有完全脱落,MWD仪器外筒仍可以继续使用,具有较好的经济效益。