随着航空工业的发展，对航空发动机的使用温度要求越来越高，其热端部件(主要是燃气室内壁及涡轮叶片)的服役环境越来越苛刻。目前，航空发动机涡轮叶片材料主要为镍基高温合金，对该类材料的研究已经十分深入，但也达到了其使用极限。因此，热障涂层(TBCs)的开发及应用越来越受到人们的重视。研究表明，使用厚度在100~500µm范围内的氧化钇部分稳定的二氧化锆(YSZ)热障涂层，结合叶片内部的冷却系统，可以使高温合金的表面温度下降100~300℃，确保高温合金可在高于其熔点温度(约为1300℃)下使用，并且极大地提高了航空发动机的热效率。此外，热障涂层还可以有效地减轻合金基体因高温氧化、腐蚀或者磨损带来的损伤程度，保证了涡轮叶片的工作稳定性，提高了航空发动机的综合性能。TBCs的制备方法主要有普通大气等离子体喷涂(APS)及电子束辅助物理气相沉积(ElectronBeamPhysicalVaporDeposition，EB-PVD)。与EB-PVD相比，APS沉积涂层具有沉积效率高、涂层热导率低的特点，但其涂层内部层状结构之间会存在裂纹等缺陷，易在服役过程中出现裂纹扩展、涂层剥落等现象。因此，在保证低热导率的前提下，如何提高APS-YSZ服役寿命是目前研究的重点。
超音速等离子喷涂(Supersonicatmosphericpla-smaspray，SAPS)是指在传统非转移型等离子弧基础上，通过对高压、高速等离子气体进一步强力压缩和加速而获得的高能量密度、加长的扩展等离子弧，可获得数倍于音速的超音速等离子体射流来进行喷涂的方法。与普通等离子喷涂(喷涂粒子速度约180~300m/s)相比，超音速等离子射流的高能量密度能够瞬间熔化高熔点喷涂材料，并能迅速加速熔融粒子突破声障至380~900m/s的超音速水平，获得了与传统APS工艺相比，性能更为优异的YSZ涂层。由于等离子喷涂涂层从本质上来讲，是由一系列熔滴经过撞击、扁平铺展、快速凝固后堆垛而形成的，因此熔滴撞击基板前的飞行状态(速度、温度及质量)及基板温度是影响其扁平后形貌的主要因素。为此，本工作采用SAPS及APS两种喷涂工艺以得到大范围的粒子飞行速度及温度，以熔滴撞击基板前、可以定量表征熔滴飞行状态的雷诺数为研究对象，通过单个扁平粒子的实验收集及数学模拟，分析不同雷诺数下YSZ熔滴的铺展和凝固过程，研究雷诺数对熔滴铺展凝固后形貌的影响规律。
结论
1)当欧氏数(Oh)大于0.2时，雷诺数对等离子喷涂熔滴扁平化过程中的形貌有着重要的影响。随着雷诺数的增大，熔滴形貌会从不飞溅过渡到飞溅状态，溶滴发生飞溅的临界雷诺数(Re)约为450±20；
2)模拟结果表明:当雷诺数较小时，熔滴在铺展结束时已完全凝固，不会发生飞溅；当雷诺数较大时，熔滴在铺展结束时只有底层和边缘凝固，中心还具有较大的能量和动量冲出底部优先凝固层形成飞溅；
3)粒径相同时，SAPS工艺获得的扁平粒子的扁平率约为APS工艺的1.3倍，所得到的涂层的孔隙率降低了68.9%。
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