本发明公开了一种双元强化热障涂层及其制备方法和应用，涉及涂层防护技术领域。该双元强化热障涂层的制备方法包括在基体的表面沉积YSZ热障涂层，接着在YSZ热障涂层的表面沉积Al‑Y双元薄膜，然后通过真空热处理进行原位反应形成包含有α‑Al2O3和Y3Al5O12的Al‑Y双元薄膜原位反应强化层。本发明通过形成两种强化层，一方面可有效提高涂层的耐腐蚀性能；另一方面，通过原位反应在YSZ表面及间隙处由于互扩散形成钉扎效果，能有效提升冲刷性能。由该方法制备的双元强化热障涂层可以广泛应用于航空、航天、船舶、汽车中作为金属部件涂层。