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为了深入探究超音速火焰喷涂(High Velocity Oxy-Fuel,简称HVOF)优良的涂层结合性能机理,采用数值模拟和试验分析相结合的方法,系统的研究了HVOF喷涂过程中粉末粒子与基体碰撞后的沉积行为,通过对HVOF喷涂Ni粒子在三种基体上(铝合金A6061、铜合金Cu和不锈钢SS304)的碰撞行为进行数值仿真模拟,探究粒子速度、粒子温度、基体预热和基体材料形变能力对粒子沉积行为的影响。利用实验的手段分别在未预热和预热300℃的三种基体上HVOF喷涂Ni粉末,结合扫描电子显微镜对粒子与基体微观结合状况进行观察分析,并从能量角度探讨导致粒子高结合强度的原因,寻求预测粒子高结合率的参量和方法,通过对单个粒子沉积行为的研究,从能量角度理解粒子沉积过程并试图指导HVOF喷涂工艺,所获得的主要研究成果如下:首先,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件建立了不同条件下HVOF喷涂粒子与基体碰撞模型,研究表明随着粒子速度的增加,粒子与基体的塑性变形量均增大,等效塑性应变(PEEQ)主要集中在粒子与基体接触界面两侧,最大等效塑性应变(Max-PEEQ)主要集中在接触界面边缘区域而不是垂直碰撞点处。随着粒子温度的增加,粒子等效塑性应变区增大,但基体形变量变化不明显。基体预热有助于提高粒子的沉积率和结合率,Ni/A6061组合沉积率最高,但Ni/Cu组合粒子结合率最大。其次,粒子碰撞过程中存在着能量转化,粒子的动能逐渐转化为粒子与基体的形变耗散能。对于Ni/A6061,Ni/Cu和Ni/SS304碰撞组合,随着粒子速度的增加,粒子初始动能EK,粒子耗散能EP和基体耗散能Esub均单调增加,能量分配系数K定义为粒子耗散能EP与基体耗散能Esub的比值,K值先快速降低后趋于平缓。当粒子速度超过400m/s时,Ni/A6061,Ni/Cu和Ni/SS304碰撞组合的能量分配系数K值近似为4,0.4和0.1。最后,粒子与基体的紧密结合需要两者变形的协调,单一的粒子或基体过度变形均不利于两者的有效结合。粒子与基体的有效结合需要适当的能量分配系数K,可以通过数值模拟的方法获得粒子与基体碰撞界面处的能量分配系数K值来定性的作为粒子与基体之间能否有效结合的预测指标。