冷喷涂是近些年新发展起来的一种喷涂工艺。在冷喷涂中，高速（超音速）气流带动粉末颗粒以固态撞击到基体表面，由于撞击过程中产生的高压力、大塑性变形等因素，粉末沉积到基体表面，与基体形成结合，逐渐累积形成涂层。由于其具有喷涂过程粉末不氧化、制备的涂层具有（残余）压应力、可以制备复合涂层和厚涂层等优势而受到了广泛的关注。然而，冷喷涂的结合机制仍没有完全搞清楚。　　本文采用理论推导与有限元模拟结合的方法建立了表述颗粒粘着能与回弹能的数学模型，利用模型研究了冷喷涂中单个颗粒Cu撞击Cu基体时克服回弹所需的最小平均结合强度(Minimal Average Bonding Strength to Suppress Rebounding，MABSSR)，并讨论了MABSSR与颗粒沉积的关系。在模型计算过程中，首先考察了在使用有限元方法模拟冷喷涂需要注意的一些方面。其次借助Cohesivezone model(CZM)对MABSSR做了近似的理论推导以分析其影响因素;进一步地，使用调试好的有限元设置，在不同的初速度和不同的界面摩擦系数下，模拟了冷喷涂Cu单颗粒与Cu基体的碰撞，并根据理论分析得到的MABSSR的表达式，预测了不同摩擦系数下MABSSR随初速度的变化趋势。结果显示，MABSSR随初速度的关系是非线性的，在260m/s和350m/s观察到了两个转折点。当初速度高于350m/s时，如果摩擦系数较高，则MABSSR呈现显著的下降;如果摩擦系数较小，MABSSR首先只有很小的变化，然后再趋向于上升。根据表面的接触状态尝试对MABSSR的实际趋势进行了估计，然而由于缺乏较高滑动速度时Cu/Cu间的摩擦系数，认为MABSSR的实际趋势仍是难于决定的。通过考虑碰撞中界面上所暴露的新鲜金属的百分比，本文还讨论了MABSSR和临界沉积速度间的关系，即，如果现实中冷喷涂Cu颗粒撞击Cu基体过程中的摩擦系数不是太小的话，冷喷涂Cu/Cu的沉积可以理解为在某个高于350m/s初速度时，下降中或不再显著增加的MABSSR被正在增长的碰撞中能够形成的结合强度（Real Bonding Strength Created During the Impact，RBSCDI）所超过，因而从这个初速度起，颗粒可能大量沉积到基体上，而Schmidt的实验结果间接支持了上述猜想。　　在上面的方法以外，通过LS-DYNA中tiebreak接触算法，本文还建立了一种可以通过单纯有限元方法模拟界面间的结合对回弹的抵抗的混合接触模型。使用这种模型，在摩擦系数0.1下获得了和上面的方法总体相似的趋势。对于超出前面方法适用范围的情况，可能可以分析使用混合接触模型的可行性并尝试通过混合接触模型来预测MABSSR的变化趋势。　　此外，结合本课题组的工作，本论文还开展了对微粒轰击(Fine ParticlesBombardment，FPB)改善40Cr滚动接触疲劳性能的初步研究。实验结果显示，在本文的实验条件下，经过微粒轰击处理的样品，其疲劳寿命比空白样品提高了一个数量级。对疲劳失效样品的观察发现，点蚀坑中存在大量的裂纹分叉。根据裂纹分叉的方向，认为疲劳裂纹起源于样品的表面。在微粒轰击处理后的样品及其疲劳试验后的磨痕表面观察到的嵌入的Al2O3碎片有可能是其疲劳裂纹的起源。