冷喷涂由于其喷涂温度较低,粒子仍保持固态特性,可以有效避免热喷涂过程中的热影响,同时具有很多其他优势而越来越受到国内外学者的重视。冷喷涂中粒子与基板的碰撞结合过程是冷喷涂技术中的关键问题。粒子与基板的碰撞结合成功与否直接关系到喷涂的成败。结合强度是判断涂层质量的重要依据。由于实际喷涂过程中,粒子与基板的碰撞过程中时间极短,不易观测,导致对喷涂中颗粒与基板结合过程的实验研究难以展开,因此,目前国内外对冷喷涂的结合机理还没有统一的认识。鉴于冷喷涂碰撞结合过程的研究对该领域学术上和工业实际应用上具有重要的意义,而数值模拟方法由于其方便和一定的可视性,成为了研究冷喷涂粒子和基板碰撞的主要方法。本文主要利用了非线性有限元分析软件ABAQUS/explicit,模拟计算了铝合金粒子和镁合金基板间的碰撞,分析了粒子或者基板不同预热温度、粒子不同入射速度、粒子形状(椭球和圆球)、基板表面形状和粒子大小、不同入射角度对碰撞过程的影响,同时还研究了多粒子撞击具有微通道有限空间表面时温度和速度对碰撞过程的影响。模拟结果表明:粒子或者基板在不同预热温度时,其变形程度有所不同,表现在粒子的压缩率、基板上的坑深和最大接触表面积不同。发现粒子和基板的预热温度在一定范围内时,有利于粒子和基板的碰撞结合;粒子的椭球形状以及入射角度对碰撞过程也有很大影响,当粒子沿着其长轴方向撞击基板时,材料的变形程度剧烈,粒子的反弹动能也较小;当粒子沿着其短轴方向撞击基板时,虽然最大接触表面积增加,但最大相对表面积减小,粒子反弹能增加,材料总的变形减弱;当基板表面具有微槽道有限空间时,粒子撞击不同位置时以及不同大小粒子撞击基板时材料的变形也有很大的不同;多粒子撞击具有微槽道有限空间基板表面时,可观察到后续粒子对已沉积粒子具有夯实作用;增加粒子撞击速度以及对材料进行一定的预热有利于粒子间以及粒子和基板间的碰撞结合。