通过观察冷喷涂Ni粒子和Cu合金粒子碰撞基板后的变形形貌研究了气体温度和基板硬度对粒子变形结合行为的影响。采用普通金相、扫描电镜、透射电镜、电子探针和拉伸实验等方法表征了冷喷涂Ni涂层退火前后的组织与力学性能,研究了微锻效应和退火处理对涂层组织与力学性能的影响,分析了Ni涂层微观组织的演化机制,并探讨了冷喷涂金属涂层的结合机理。实验结果表明:随着气体温度的升高,粒子扁平率呈渐缓趋势增加,射流面积增大,粒子的结合率提高。随着基板硬度的增加,粒子的扁平率增加,粒子与基板间的结合机制由纯机械结合向混合机制(金属键合+机械结合)过渡,当基板硬度远高于粒子硬度时,碰撞过程中基板变形量很小,仅粒子发生强塑性变形,难以形成有效结合。冷喷涂Ni粒子内存在剪切失稳薄层、强塑性变形区与低塑性变形区三个变形程度不同的区域,其中粒子与基板的结合质量主要受剪切失稳薄层控制,而变形后粒子的形状主要受塑性变形区控制。冷喷涂Ni涂层局部区域内的微观组织有明显差异:距离粒子界面越近,晶粒的变形程度越严重,晶粒细化也越明显;界面处,微观组织以带状晶和等轴晶为主。两区域对应的组织演变机制分别是高应变率动态再结晶机制和位错运动导致的晶粒细化机制。微锻效应对冷喷涂涂层的质量有重要影响,但作用范围小,属于短程效应。随着退火温度的升高,冷喷涂Ni涂层的硬度逐渐下降,断后延伸率逐渐增加,抗拉强度先增后减,其拉伸断裂行为也由脆性断裂过渡到脆性、延性混合断裂,最后转变为延性断裂。合理的后续退火处理可以大幅提高冷喷涂Ni涂层的抗拉强度,但退火难以消除涂层中大的缺陷,不能显著增加断后延伸率。涂层在高温退火时(如Ni涂层900℃退火),易发生异常晶粒长大、氧化物球化团聚以及各种缺陷向晶界扩散聚集形成孔洞等现象,这均降低了高温退火涂层的抗拉强度。冷喷涂金属涂层的主要结合机制为绝热剪切失稳机制,机械结合机制次之,扩散机制可以忽略。其中剪切失稳机制可归纳如下:当粒子碰撞速度达到或超