超声速等离子喷涂氧化锆粒子时的加热熔化特性分析
赵伟涛，吴九汇，白宇，韩志海
西安交通大学学报
引：超声速等离子体喷涂(SAPS)是目前制备细密柱晶结构热障涂层的最新技术Ⅲ．用SAPS技术喷涂粒径为15～45um的氧化钇稳定二氧化锆(YSZ)球形粒子粉末时，粒子在等离子射流中的飞行速度约为400～450m／s，是在普通大气等离子射流中速度(130～220m／s)的2～3倍．由于SPAS技术使射流速度大幅度提高，能够获得细密柱晶片层组织，因此有着广泛的应用前景嘲．细密柱晶片层组织的获得受粒子熔化状态和撞击基体瞬间的速度的影响．研究表明，在良好的熔化状态和较高粒子速度的条件下，粒子的扁平化过程进行得较充分，扁平化程度高．
在粒子与等离子体射流的换热过程中伴随着熔化现象，粒子内部存在着潜热的吸收[5]和液一固相界面的推移．由于相变传热过程中存在一个随时间变化的相界面，使得传热区域被界面分成2个具有不同相态的部分，而且在相界面存在潜热的吸收或释放，造成界面两侧热流不连续，因而此类问题在数学上呈现强非线性，解的叠加原理不能使用．本文以球形YSZ粒子在超声速等离子体射流中的加热熔化问题为研究对象，结合格林函数法和移动热源法，对相变过程进行了解析求解，计算了相变界面随时间的推进情况，模拟了粒子在等离子体射流中的加热熔化行为．
摘要：应用格林函数法求解超声速等离子喷涂(SAPS)过程中氧化钇稳定二氧化锆(YSZ)粒子的加热熔化时间问题，得到了一个解析解；对SAPS过程中粒子熔化时间和熔化界面推移情况进行了数值模拟，所得结果与实验结果相符．熔化过程的模拟结果显示：粒子的初始温度对熔化速率有一定的影响，喷涂前预热粒子可以加快它的熔化；减小粒子半径可以缩短粒子的熔化时间，提高粒子的扁平化程度．在SAPS过程中，通过过筛控制粒子半径有助于获得结构精细、致密的典型细密柱晶组织．
关键词：超声速等离子喷涂；氧化钇稳定二氧化锆粒子；格林函数；熔化时间
试验方法略
结论
粒子的熔化状态是影响SAPS热障涂层性能的重要因素，良好的熔化状态可以获得更好的细密柱晶片层组织．本文采用格林函数法求解粒子飞行过程中的加热和熔化过程，获得了一个解析解，从而很好地解决了SAPS过程中粒子熔化时间和熔化界面推移的数值模拟问题，得了与实验接近的结果．通过数值模拟分析粒子初始温度和半径对粒子熔化时间的影响．结果表明：在SAPS过程巾，对YSZ粒子进行预热可以加快粒子的熔化过程(本实验中未对粒子进行预热)；YSZ粒子半径对熔化时间和粒子的扁平化程度影响很大，可以采用过筛的方法来控制粒子的半径．从而形成结构精细、致密的典型细密柱晶组织．
参考文献略
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