Fe基非晶涂层在耐磨耐蚀耐辐射等领域中的应用有着非常广阔的前景。而Fe基非晶涂层的优越性能主要体现在非晶涂层的微观结构上。为了喷涂制备高性能Fe基非晶涂层,本文试图对超音速火焰喷枪的燃烧焰流以及粉末的飞行状态进行模拟,以此来了解并改进喷涂非晶涂层低孔隙率的工艺参数,并深入理解喷涂工艺因素对涂层结构与性能影响的喷涂机制,进一步提高非晶涂层的微观结构性能。本文从模拟仿真的方法入手,应用ANSYS Fluent流体仿真软件的物质转化反应模型对超音速火焰喷涂过程进行燃烧模拟;采用Realizable k-ε湍流模型模拟湍流;涡耗散模型模拟湍流-化学反应的反应速度。以Fe49.7Cr18Mn1.9Mo7.4W1.6B15.2C3.8Si2.4非晶粉末作为离散粒子,通过离散相模型计算颗粒在流体中的飞行行为。分析了煤油与氧气燃烧后气态流场中压强、速度、温度、马赫数和组分的变化规律;设置不同氧-燃比以及总流量研究燃烧工艺参数对焰流变化的影响;添加离散相分析不同粒径颗粒的飞行轨迹、驻留时间以及温度等飞行状态,速度变化情况。通过模拟寻找出适合非晶涂层喷涂的粒径大小,并且按照模拟的优化工艺参数,喷涂不同粒径粉末的非晶涂层,测试非晶涂层的氧化度和孔隙率,与离散相模拟结果做对照。模拟结果表明,燃烧室压力和实际情况非常接近,达8.5 atm。模拟喷涂最高的温度达3110 K,喷枪出口处最高温度达到2130 m/s,模拟预测到出口有6个马赫锥。模拟结果显示质量入口处的湍流强度过大或者过小对燃烧的模拟都不够准确,选择10%～20%的湍流强度入口作为模拟喷枪焰流时最符合实际的氧-燃送料压强。当氧-燃比为3.0时,喷涂的火焰特性最好,对粉末的加速加热效果最佳,得出在此氧-燃比条件下喷涂工艺最好。燃烧室的压强随着氧-燃总流量的增大呈直线型增加。喷枪出口处的气流速度随着氧-燃总流量上升而增加。颗粒直径越大,在枪管和空气域中的飞行路程也越长,驻留的时间也越长。离散相模型预测30 μm左右的颗粒喷涂非晶涂层的致密度最好,孔隙率最低。使用JP-8000喷涂15～25 μm、25～35 μm以及35～45μm三种不同粒径的Fe基粉末非晶涂层。实验发现喷涂粉末粒径在25～35 μm的粉末参数下喷涂的非晶涂层孔隙率最低。随着喷涂粉末粒径的增大,喷涂非晶涂层的氧化程度越低。25～35 μm粒径喷涂的非晶涂层在盐雾实验中的防腐蚀性能最好,符合离散相模拟中喷涂粒子的选择范围。