冷气体动力喷涂技术(简称冷喷涂)是一种基于空气动力学原理的涂层制备技术。相比于热喷涂,冷喷涂具有抗氧化、高沉积率、残余应力小等优点,得到了国内外学者的极大关注。冷喷涂过程包含颗粒在喷管流场中的加速过程以及颗粒在基板上的碰撞沉积过程,由于其过程的复杂性,对涂层沉积机理的影响因素很多。因此,分析研究颗粒在喷管流场中的加速性能及颗粒在基板表面的沉积机理具有重要的意义,能够为实验研究提供一定的理论依据。本文首先使用Fluent软件对喷管进行数值模拟分析,建立喷管的二维物理模型,分析了喷涂温度、喷涂压力对流场的影响,并考虑了不同的载气种类、不同的颗粒材料、不同的颗粒粒径大小及不同的颗粒入射位置对颗粒加速性能的影响。然后使用有限元分析软件ANSYS模拟了颗粒在基板上的沉积过程,分析了不同的颗粒入射速度,不同的入射角度,不同的颗粒粒径大小,不同的颗粒材料和基板材料对沉积效果及塑性变形的影响,并进行了二次沉积和多颗粒群的沉积机理分析。得到主要结论如下:(1)随着喷涂温度的提高,流场的速度逐渐增加,而喷涂压力对于喷管内流场及温度场的影响较小。(2)He和N2相比较,He作为载气时对颗粒的加速性能更好。粒径大的金属和非金属颗粒不易获得较大的速度,粒径小的颗粒由于惯性小容易被加速,但粒径小到1μm以下时容易受气体的影响,运动不稳定。颗粒的材料无论金属还是非金属,密度较小更容易获得较大的速度。(3)颗粒在喷管入口的入射位置对速度大小影响较小,仅对颗粒碰撞基板时的角度有影响。颗粒入射速度和角度的增加,都有利于颗粒沉积,但颗粒入射角度不宜超过200,材料特性中屈服极限是影响沉积机理的重要因素。(4)微米级的颗粒粒径比纳米级的更容易形成涂层,颗粒粒径为20μm相比于10μm和40μm时,涂层效果更好。(5)颗粒与颗粒之间的水平作用使得颗粒与基板间存在间隙,竖直作用可以起到夯实左右,对基板上凹坑的深度没有影响。多颗粒群沉积加剧了接触区域四周的金属激射现象。