Al基非晶合金密度低且力学性能优异,已引起了广泛关注。但其较差的非晶形成能力、较窄的过冷液相区以及较低的变形能力,限制了其应用。相比常用的甩带法或者真空铸造法等工艺,冷喷涂技术可实现颗粒的固态沉积且能避免颗粒发生晶化,故在制备Al基非晶合金方面具有潜在优势。为软化颗粒并同时提高颗粒速度,在冷喷涂过程中需施加合适的预热温度。由于晶体与非晶合金的变形机理差异显著,因此需要深入研究预热对晶体颗粒和非晶合金颗粒沉积行为的影响。本论文采用冷喷涂技术制备Al基非晶涂层,研究工艺参数尤其是预热温度对涂层微观组织的影响,结合计算流体力学模拟结果,阐明了涂层的晶化机制,同时探究Al基非晶合金颗粒的沉积机理。采用合适的工艺参数制备块体Al基非晶,对其形成机理进行研究,并分别采用热等静压和制备Al基非晶复合材料的方式对喷涂态块体Al基非晶的性能进行优化。采用有限元模拟的方法研究预热温度对单个晶体颗粒和单个非晶合金颗粒沉积的影响,阐述预热温度与临界速度和变形过程的关系。最后利用Python语言建立多颗粒模型,研究预热温度对涂层形成的影响。得到的主要结论如下:(1)涂层的单道厚度和α-Al含量随着预热温度的升高而逐渐提升,制备Al基非晶涂层合适的预热范围是593 K-633 K。当预热温度到达713K时,有除α-Al外的其他晶化相产生;涂层的显微硬度随预热温度的升高而逐渐降低,但孔隙率均处在3%-4%范围内。颗粒在喷枪内部飞行时发生了晶化,根据计算流体力学模拟结果,把颗粒在喷枪内的飞行划分为快速加热区、温和加热区以及快速冷却区,根据Kissinger公式分析结果确定颗粒晶化在温和加热区内发生。计算流体力学模拟结果表明Al基非晶合金颗粒在碰撞瞬间的温度低于玻璃态转变温度,颗粒发生非均匀变形。由于Al基非晶的过冷液相区较窄且非晶形成能力较差,所以雷诺数理论并不能完全用来解释其沉积机理。(2)利用冷喷涂技术制备了块体Al基非晶,但喷涂态的压缩强度远低于常规工艺制备的Al基非晶,原因在于颗粒间结合较弱,导致裂纹萌生和扩展。对其形成机理的研究表明,颗粒与基体接触界面处并没有明显射流产生,颗粒发生了非均匀变形;对颗粒与已沉积涂层间相互作用的研究表明,当颗粒边缘存在着α-Al相时,可以促进颗粒变形并降低孔隙率,在此基础上提出了颗粒相互作用的三种类型。用有限元模拟的方式表明韧性晶化相可阻碍剪切应力在颗粒边缘的集中,并促进界面处颗粒射流的产生。(3)用热等静压技术对喷涂态块体Al基非晶进行后处理,在较高温度下孔隙率有明显下降,但严重的晶化导致力学性能无明显提升。选取不同Al合金粉末(Al,A16061和A17075)与Al基非晶粉末按不同质量配比进行混合,并分别制备了块体Al基非晶复合材料,当与A17075粉末混合时,制备的块体Al基非晶复合材料的压缩强度最高,但仍低于常规技术制备的块体Al基非晶。(4)采用有限元方法研究了预热温度对单个晶体颗粒和单个非晶合金颗粒沉积的影响。对于同种晶体材料组合,模拟结果显示颗粒临界速度与界面处产生射流所需的最低预热温度之间存在线性关系,并与报道结果吻合较好;预热温度不影响颗粒内部温度分布,颗粒的等效塑性应变值在一定范围内随着预热温度的升高而提升。对于非同种晶体材料组合,施加合适的预热温度可以使硬颗粒变软,从而在界面处产生射流,且对应的等效塑性应变值也随之增加;模拟得到的临界速度与报道结果仍有差距,可用混合声速理论来解释。非晶合金单颗粒沉积的模拟结果显示,颗粒在过冷液相区内发生非均匀变形,只有当颗粒温度超出晶化开始温度约150 K时才能发生均匀变形。非晶合金颗粒的变形程度与基体种类有关,与硬基体碰撞时能产生更充足变形。对比晶体颗粒和非晶合金颗粒的沉积过程,研究结果表明:预热对颗粒的变形行为、机制及工艺参数的确定等方面都有影响。(5)基于Python语言建立了可细化网格尺寸的多颗粒欧拉模型。对于晶体颗粒而言,提高颗粒速度及预热温度都可提高颗粒的变形程度,从而降低涂层内的孔隙;涂层内残余应力的模拟结果与报道结果更接近。对于非晶合金颗粒而言,当颗粒发生均匀变形时所形成的涂层更致密,非晶合金颗粒的变形程度和涂层的致密度随着基体硬度的增加而增加,且界面处涂层的应力状态也从拉应力转变为压应力。