超音速激光沉积是将激光与冷喷涂结合在一起的一种新型的涂层复合工艺,它即保持了冷喷涂的固态沉积、无稀释、低氧化、高沉积速度等优点；又具有采用激光软化基体和沉积颗粒,促进大范围耐磨抗腐蚀性材料沉积的特点。本课题旨在研究分析超音速激光沉积工艺中,硬质Stellite6合金颗粒与45号钢基体的碰撞结合过程,由于颗粒与基体的碰撞过程极短,颗粒和基体的变形行为不易直接观测,所以本文利用有限元分析软件先对基体在激光作用下的微变化动态过程进行数值模拟,研究基体的温度场分布和应力应变的变化。再利用非线性有限元ANSYS/LS-DYNA模块模拟颗粒在不同激光功率、不同碰撞速度、不同粒径下与基体的碰撞过程,研究它们对颗粒和基体撞击行为的影响,并模拟碰撞过程中领近颗粒的交互作用和后续颗粒垂直碰撞的夯实作用对碰撞结合过程的影响。另外,对实验结果和数值模拟结果进行了对比分析,结果表明:(1)激光加热是一个局部快速加热基体材料至高温,然后快速冷却的过程,随着激光热源的移动,基体材料的温度最高点、应力应变最大处都随着热源中心移动。(2)激光的热作用使基体材料得到软化,屈服强度降低,易于发生塑性变形,进而有利于硬质颗粒的沉积,且随着激光功率的增加,基体材料的变形逐渐增大。(3)只有当颗粒的沉积速度在一定的范围内时,颗粒才能与基体形成有效结合。(4)多颗粒的碰撞过程中,邻近颗粒间会出现相互挤压和交互作用,有利于增大颗粒与基体的接触面积,使颗粒与基体达到有效结合;后续颗粒的碰撞对先前颗粒有夯实作用,可以增大颗粒与基体的结合率和沉积层的致密度。(5)分析基体沉积处凹坑的尺寸,推算出颗粒能有效沉积的宽深比范围为1.2～1.5。(6)通过对比分析实验结果和数值模拟结果得知,基体温度为1000℃、1100℃(模拟激光功率为1.5kW)、沉积速度为450m/s时涂层的沉积效果较好。