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W-Cu复合材料具有强度高、导电和导热性好等特点，广泛应用在电气工业、电子封装及军事工业等领域。由于W和Cu在固态下互不相溶，故在W-Cu复合材料制备时一般需将两者粉末混合后在较高温度下烧结。传统的粉末冶金等工艺在制备形状复杂的薄壁结构零件中存在着诸多问题，新型工艺也由于成本高、效率低等原因而进展缓慢。本研究采用冷喷涂制备了纯铜及W-Cu复合涂层，并对涂层进行不同温度的真空热处理，研究了热处理前后涂层组织结构的变化。通过准静态及动态下对涂层加载的方式，测试了涂层的准静态及动态力学性能，并探讨了热处理对涂层力学性能的影响。在此基础上，利用MATLAB及ABAQUS有限元软件确定出基于涂层真实微观组织的建模方法，采用计算细观力学方法研究了涂层微观结构与力学性能之间的关系。研究结果表明喷涂气体种类是影响涂层沉积效率、组织结构及性能的主要因素，氦气制备涂层其沉积效率、致密度及W颗粒含量等要高于氮气喷涂涂层；铜涂层热处理后涂层中的铜颗粒界面出现部分融合，同时涂层内部观察到等轴晶粒，W-Cu复合涂层内部的孔隙逐渐消失，从而其致密度逐渐提高。Cu涂层的力学性能显示，喷涂态涂层内存在显著的加工硬化，氦气喷涂涂层的屈服强度高于氮气喷涂涂层；经400°C热处理1h后，涂层内的加工硬化得以消除，其动态力学性能与块材之间差异主要源于冷喷涂涂层典型的多界面结构。随热处理温度的升高，W-Cu复合涂层在准静态及动态加载下的屈服强度升高，动态加载下涂层屈服强度及最大应变值均明显高于准静态加载。通过MATLAB编程结合ABAQUS软件建立了基于复合涂层真实微观结构的建模方法，所获得的涂层符合真实涂层中两相含量和分布的统计结果。模拟结果显示，W-Cu复合涂层中，作为增强相的W颗粒内有明显的应力集中，部分W颗粒内部有较高的拉应力；采用周期性边界条件模拟获得的应力-应变曲线与400°C热处理涂层实测力学性能符合较好，准静态及动态加载下屈服强度模拟结果与实测结果的误差分别为12.5%和3%，最大应力值模拟结果与实测相比分别相差约16%和5%；图片尺寸对模拟结果影响不大。