摘要：目的 冷喷涂过程中粒子撞击基体时的速度是决定喷涂效果与涂层质量的最重要的条件之一，当喷涂气体条件与粉末选定以后，喷嘴内流道关键尺寸是影响粒子加速的重要因素，虽然喷嘴下游长度与扩张比（出口截面积与喉部截面积比）是喷嘴两个最重要的参量，但目前对冷喷涂喷嘴优化设计的研究仍有深入空间，比如喷嘴下游形状，预期也会有重要的影响。方法 考虑到目前加工曲面内壁喷嘴的难度极大，本文利用计算流体动力学软件ANSYS/Fluent进行数值模拟研究，与传统锥形下游相比较，本文固定喷嘴喉部尺寸、出口尺寸、下游长度，设计一个钟形下游喷嘴与一个喇叭形下游喷嘴，研究三种不同下游形状的喷嘴对粒子加速行为的影响；同时改变下游长度，选取一个较短喷嘴与一个较长喷嘴，研究下游长度与形状的综合影响，喷涂距离均为30 mm。结果 冷喷涂过程中，气体速度在流过喉部后逐渐增加，直至出口；对于钟形下游喷嘴，其气流速度在过喉部后迅速增加到较高数值，随后变化缓慢；对于喇叭形下游喷嘴，其气流速度在过喉部后先增加缓慢，直至截面积开始快速增加时，气流速度迅速增加；过喉部后的喷嘴下游形状对粒子冲击基板时的速度有一定影响。且随着喷嘴下游长度和粉末粒度的变化而改变，对于Cu粉末，在使用下游100 mm的短喷嘴情况下，当粉末粒径为10~20 μm时，传统锥形下游喷嘴的粒子加速效果最好；当粉末粒径为20 μm以上时，喇叭形下游喷嘴的粒子加速效果最好。在使用下游220 mm的长喷嘴情况下，当粉末粒径为10~30 μm时，钟形下游喷嘴的粒子加速效果最好；当粉末粒径为30 μm以上时，传统锥形下游喷嘴的粒子加速效果最好。对于Al粉末，在使用下游220 mm的长喷嘴情况下，当粉末粒径为10~50 μm时，钟形下游喷嘴的粒子加速效果最好，喇叭形下游喷嘴最差。结论 冷喷涂喷嘴下游形状对气体与粒子加速有显著的影响，下游形状是喷嘴优化设计值得深入研究的重要因素之一。
 

冷喷涂；喷嘴下游形状；数值模拟；粒子速度