以轻质铝合金代替灰铸铁制造发动机已经成为汽车工业领域一种低成本且有效的节能减排措施。然而常用Al-Si合金在服役过程中极易磨损。采用等离子喷涂技术在铝合金缸体表面制备灰铸铁涂层可以有效提高其减磨性能而显著减轻缸体磨损。在服役过程中涂层的结合强度,即涂层-基体间的结合强度是决定涂层是否脱落失效的关键因素。基于热喷涂涂层的形成特征,涂层的微观结构和性能主要受单个粒子沉积行为的影响,即形成的扁平粒子形貌以及粒子-基体间的结合对涂层的微观结构和性能起着决定性作用。因此,本研究利用大气等离子喷涂技术在抛光铝基体表面沉积单个铸铁粒子,系统研究喷涂功率、喷涂距离以及基体预热温度对单个铸铁粒子形貌、粒子-基体间结合的影响,并利用数值计算方法研究在不同粒子厚度、不同基体初始温度下粒子与基体间的换热过程。基于实验和计算结果,探讨分析扁平铸铁粒子形貌的形成规律以及粒子-基体间的结合机制,最终得出以下结论:提高粒子厚度和基体初始温度都会降低粒子的冷却速率,延长基体的升温时间,并提高粒子-基体间的界面温度。另外,当扁平铸铁粒子厚度大于1μm、且铝基体初始温度在250℃以上时,喷涂过程中基体表面会发生软化变形。对粒子形貌的研究表明:(1)喷涂功率15~25 k W、喷涂距离100~120 mm时,大部分粒子出现射线状或网状飞溅;当喷涂功率增加至30 kW、喷涂距离降低至80 mm时,多数粒子为近似圆盘状。这说明适当增大喷涂功率、降低喷涂距离有助于抑制粒子的飞溅。(2)保持喷涂功率30 k W、喷涂距离120 mm不变,当基体温度为室温时,粒子呈现出环形或者网状的飞溅;然而基体初始温度增加至130℃时,飞溅粒子数目降至18%左右,且大部分粒子为圆盘状;继续升高基体预热温度,飞溅粒子数目又增多且为星形飞溅状,并伴随着粒子中心凹陷现象;基体温度为290℃时飞溅粒子数目达到最多,约占粒子总数的78%左右,并且产生了分层飞溅现象。对粒子-基体结合的研究表明:(1)喷涂功率15~25 k W、喷涂距离100~120 mm时,粒子与基体间结合较弱,导致镶样过程中粒子与基体分离;当喷涂功率增加至30k W、喷涂距离降至80 mm时,粒子与基体间结合明显改善,但仍以机械结合为主。(2)保持喷涂功率30 k W、喷涂距离120 mm不变,基体初始温度为室温时,粒子-基体间结合力较弱,而当基体预热温度升高至130℃以上时,粒子与基体间结合得到改善;基体预热到190℃时,基体表面出现了明显的塑性变形而凹陷,同时粒子与基体间产生冶金结合使结合强度增强;基体预热到240℃以上时,粒子边缘部位出现了“倒钩状”结构,使粒子-基体间的结合强度得到进一步的提升。