热障涂层（Thermal Barrier Coatings, TBCs）弹性模量的有效表征对其机械性能的预测和评价至关重要。等离子喷涂的TBCs 宏观弹性常表现为各向异性，尚未从“结构+性能”角度给出合理解释，而且涂层/基体多层结构导致TBCs弹性模量测量难度较大。本研究发展一种采用水浸超声背反射法、基于Christoffel方程反演热障涂层弹性模量的技术，该技术从多层结构中解耦超声波在Al2O3涂层内纵横波相速度的声时算法，结合模拟退火算法反演5个独立弹性模量，并借助先进材料分析技术从微观结构角度分析引起弹性各向异性的原因。超声实验采用标称频率5 MHz的水浸聚焦探头、三维步进控制系统及自主研发的测角装置对等离子喷涂Al2O3涂层试样进行纵横波声速测量，借助激光共聚显微镜与扫描电子显微镜实现微观结构观测。超声实验反演的5个独立弹性模量C11、C13、C33、C44、C66分别为138.25 GPa、29.09 GPa，244.63 GPa、37.44 GPa、49.94 GPa。垂向弹性模量C33大于切向弹性模量C11，体现出明显各向异性，实测声速与反演声速相对误差不超过1.33%；激光共聚显微镜观测发现涂层横截面内孔隙呈扁平状，长轴主要平行于合金基底，孔隙结构与弹性之间显示出“逆”弹性各向异性；扫描电子显微镜高分辨观测发现涂层横截面还内存在大量微裂纹，且大都垂直于合金基底，表明垂向微裂纹是引起弹性各向异性的主要原因。

热障涂层；弹性模量；各向异性；水浸超声；微观结构