本文通过数值模拟与试验分析相结合的方式研究了涂层的铺展与结晶行为。采用计算流体动力学的方法探究镍熔滴在等离子喷涂条件下的传热规律,为研究TiCN涂层的结晶行为提供理论支持。通过研究不同因素对TiCN涂层的结晶状态的影响,进一步优化反应等离子喷涂方式制备TiCN涂层的工艺条件。建立单个熔滴铺展的计算模型,研究了基体材料对熔滴铺展传热作用的影响。结果表明:熔滴撞击基体前后的短暂时间内,基体材料对熔滴的传热暂无影响。随着熔滴铺展过程的进行,热导率越大的基体在竖直方向的传热距离增加,撞击点位置处温度下降的速度最快,其晶核的快速结晶使得粒子实际铺展直径变小。通过模拟不同条件下的熔滴撞击基体后铺展变形的行为,研究熔滴撞击温度与速度对铺展的影响。在一定温度范围内,随液滴温度的升高,铺展过程中熔滴传递给基体的热量增加,导致基体的温度相对升高;当达到基体的熔点后,基体的融化将影响熔滴的铺展。随着熔滴撞击速度的增加,沿着基体表面方向的传热距离增加,粒子铺展的有效接触面积增加。试验对比TiCN与镍熔滴在不同基体上的铺展规律,结合TiCN涂层与基体结合面位置处的结晶形貌分析,其粒子的铺展直径大小规律及涂层中柱状晶与枝晶的生长形态均与传热规律基本符合。研究了不同元素对TiCN涂层结晶行为影响。结果表示,TiCN涂层与基体接触面位置相对于涂层表面的结晶晶粒细小,且碳含量的增加导致晶粒粗大,平行于基体方向的散热机会增加,生成树枝晶的数量增加;随Cr、Cu含量的增加,TiCN涂层中晶粒细小现象明显;对于含Ni的TiCN涂层,不同温度的热处理工艺不会改变TiCN复合涂层的结晶形貌。XRD结果表明,Cu的加入不会改变TiCN涂层的主相物质Ti C_0.7N_0.3,XPS分析结果中涂层中存在Ti-C,Ti-N,Ti-O,C-N,N-O,Cu-O键,证实存在Ti N_0.3O相及Cu₂O相,EPMA分析确定了铜的存在且影响TiCN的结晶过程。对Cu/TiCN涂层的性能测试结果表明,Cu可以细化TiCN涂层中的晶粒,且涂层裂纹扩展功可达45.8 J/m²,增大了涂层的韧性,但在涂层的硬度、耐磨损性能上没有起到积极的作用。