一种低温PVD替代熔覆的风电销轴涂层方法与流程

本发明涉及销轴涂层，特别是涉及一种低温pvd替代熔覆的风电销轴涂层方法。

背景技术：

1、风电齿轮箱行星轮滑动轴承销轴是传递扭矩与承载冲击的关键部件，长期运行于重载、边界润滑及盐雾腐蚀的严苛工况下。为改善销轴配合区的减摩、耐磨及抗咬合性能，现有技术多采用激光熔覆铜合金（如cusi12ni2）对其进行表面改性。

2、然而，激光熔覆属于高温工艺，在实际应用中存在以下固有缺陷：熔覆层易产生气孔、裂纹等冶金缺陷，且涂层与基材的结合力不稳定；高温过程易导致40cr基材热变形及组织变化，影响销轴的尺寸精度与疲劳性能；铜合金本身硬度较低，在转运装配途中易因磕碰划伤而造成产品报废；熔覆层的高温软化倾向及耐磨、抗咬合性能不足，难以适配陆上及海上风电的长寿命设计要求。

3、为突破上述铜基表面改性的性能上限，采用低温物理气相沉积（pvd）技术在销轴表面制备类金刚石碳（dlc）或碳化钨碳（wcc）等超硬涂层成为重要的技术替代方向。该技术可在低于200℃的条件下实施，能够显著提升表面硬度、降低摩擦系数，并从根本上避免基材热变形。

4、然而，将上述低温pvd工艺应用于风电大长径比销轴时，为保证配合区在服役过程中的耐磨寿命，pvd沉积的涂层厚度通常需达到特定目标值，该厚度往往致使配合区的配合尺寸超出预设装配公差范围，形成过盈沉积。由于dlc及wcc涂层的硬度远高于常规刀具材料，传统的机械加工手段（如磨削、切削）在去除过盈量时极易导致涂层崩裂、剥落或基材损伤，无法直接套用现有的熔覆层机加修复工艺。

5、且受大长径比销轴的曲面/内孔结构及等离子体场分布特性影响，pvd沉积涂层在空间上存在厚度不均匀性；而采用非机械能量场（如电化学或磁场）对过盈沉积进行去除时，能量场本身在销轴表面的作用强度亦存在空间差异。现有技术缺乏对上述工艺不确定度的系统性补偿手段，导致非机械去除过程中各位置去除进程不同步，难以实现配合区全场同步恢复至预设装配公差范围。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低温pvd替代熔覆的风电销轴涂层方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低温pvd替代熔覆的风电销轴涂层方法，包括以下步骤：

3、对40cr风电销轴进行基材预处理，以获得适于pvd沉积的活性表面；

4、通过低温pvd气相沉积在所述销轴的至少一个配合区表面形成dlc或wcc超硬涂层，所述配合区的涂层厚度致使该配合区的配合尺寸超出预设装配公差范围，形成过盈沉积；

5、基于所述超硬涂层与所述40cr基材之间因材料属性差异导致的物理化学响应差异，对所述过盈沉积区域施加非机械能量场，进行选择性材料去除；

6、控制所述选择性材料去除的进程，直至所述配合区的尺寸恢复至预设装配公差范围；

7、其中，所述非机械能量场被配置为优先作用于所述过盈沉积区域，且所述超硬涂层的表面完整性不劣于沉积态。

8、优选的，所述基材预处理包括去除所述销轴表面的氧化层和有机污染层，使所述40cr基材暴露洁净金属表面，以在后续所述选择性材料去除过程中，稳定呈现所述超硬涂层与所述40cr基材之间的物理化学响应差异。

9、优选的，在所述低温pvd气相沉积过程中，通过局部遮蔽、工件与靶材相对位姿调控或等离子体密度场调控中的至少一种手段，控制所述超硬涂层在所述销轴表面的厚度分布，使所述过盈沉积集中于所述配合区，而所述销轴的非配合区不形成过盈沉积或仅形成薄涂层沉积。

10、优选的，在施加所述非机械能量场之前，根据所述销轴与风电齿轮箱中行星轮内孔、保持架及隔环的装配关系，将所述销轴外表面划分为低摩擦配合区和非必要涂层区，所述选择性材料去除仅针对所述低摩擦配合区的过盈沉积实施。

11、优选的，所述非机械能量场为电化学能量场，所述超硬涂层为wcc涂层，所述选择性材料去除在电解液中基于所述wcc涂层与所述40cr基材的电化学响应差异，对所述过盈沉积区域施加选择性电化学作用，以实现所述过盈沉积区域的材料去除。

12、优选的，所述非机械能量场为磁场，所述选择性材料去除利用所述40cr基材与所述超硬涂层的磁导率差异，和/或利用外加磁性磨料对所述超硬涂层的选择性研磨作用，通过磁力驱动实现对所述过盈沉积区域的选择性材料去除。

13、优选的，所述选择性材料去除包括第一去除阶段和第二去除阶段；获取所述过盈沉积的当前剩余量；当所述当前剩余量大于第一阈值时，以第一去除参数执行所述第一去除阶段；当所述当前剩余量小于或等于所述第一阈值时，切换至第二去除参数执行所述第二去除阶段；所述第一去除参数对应的材料去除速率为第一速率v1，所述第二去除参数对应的材料去除速率为第二速率v2，所述v1高于所述v2。

14、优选的，所述第一阈值被配置为临界过盈厚度；所述不小于、与之和；其中，为所述超硬涂层的厚度均匀性偏差极差，为所述非机械能量场作用均匀性偏差所对应的等效厚度当量，为所述第二去除阶段的最小可控去除厚度；所述、所述与所述均为沿所述配合区法向的厚度量纲参数；所述被配置为使所述第一去除阶段结束时，所述配合区表面各位置的剩余过盈量均落入所述预设装配公差范围上限以上的精修区间内，且所述精修区间的下限不小于所述。

15、优选的，在所述第二去除阶段中，周期性抽检所述配合区的表面完整性参数；所述第二阈值为允许劣化增量；当所述表面完整性参数的实时劣化增量达到所述时，中断所述第二去除阶段或降低所述第二去除参数；待所述表面完整性参数的劣化趋势被遏制并稳定后，以更低的去除参数继续执行所述第二去除阶段，直至所述配合区的尺寸恢复至所述预设装配公差范围。

16、优选的，所述基材预处理、所述低温pvd气相沉积及所述选择性材料去除构成协同工艺序列；所述基材预处理所获得的表面粗糙度和洁净度被配置为所述超硬涂层沉积质量的保障条件，而所述超硬涂层的沉积质量又被配置为所述选择性材料去除过程中所述超硬涂层与所述40cr基材之间界面稳定性的保障条件。

17、本发明的技术效果和优点：

18、（1）本发明通过低温pvd气相沉积结合基于涂层与基材物理化学响应差异的非机械选择性去除，在避免40cr基材热变形的使过盈沉积区域的配合尺寸能够恢复至预设装配公差范围，且避免了传统机械加工导致的超硬涂层崩裂、剥落及基材损伤，实现了从熔覆工艺向低温pvd工艺替代后的尺寸精度自洽恢复；

19、（2）本发明通过将第一阈值配置为覆盖涂层厚度均匀性偏差极差、非机械能量场作用均匀性偏差所对应的等效厚度当量，以及第二去除阶段最小可控去除厚度的综合影响，补偿了配合区不同空间位置因涂层厚度差异与能量场作用强度差异共同导致的去除进程不一致性。这使得第一去除阶段结束时，配合区表面各位置的剩余过盈量均落入预设装配公差范围上限以上的精修区间内，且精修区间下限不小于第二去除阶段的最小可控去除厚度，从而实现了配合区全场同步的精密尺寸恢复，避免了局部过度去除或去除不足；

20、（3）本发明在第二去除阶段中，通过周期性抽检表面完整性参数并以允许劣化增量作为第二阈值进行反馈控制，当表面完整性参数的劣化趋势达到阈值时中断或降低去除参数，待劣化趋势被遏制并稳定后以更低去除参数继续执行。该动态反馈机制在精修过程中实时保护涂层表面完整性，使最终恢复后的配合区表面完整性不劣于沉积态，避免了非机械去除过程中因参数失控导致的微裂纹、剥落或粗糙度劣化；

21、（4）本发明通过基材预处理、低温pvd气相沉积及选择性材料去除的协同工艺序列，使预处理所获得的表面粗糙度和洁净度保障涂层沉积质量，而涂层沉积质量又保障去除过程中涂层与基材之间的界面稳定性；通过局部遮蔽、工件与靶材相对位姿调控或等离子体密度场调控，使过盈沉积集中于低摩擦配合区，而非配合区不形成过盈沉积或仅形成薄涂层沉积。这减少了非必要涂层区的材料消耗和后续处理负担，降低了装配干涉风险，并保障了整个工艺链的稳定性与一致性。