具有涂层耗尽区的磨损零件和生产该磨损零件的方法与流程

本公开涉及磨损零件。

背景技术：

术语“磨损零件”指零件，例如机械组件，其经受反复运动，与其他零件重复地相对接合，且/或其他方式通常遭受一段时间后要求磨损零件被替换的过程。磨损零件的示例可以包括这些说明的、不排他的示例，如紧固件、轴衬、轴承承载件、套管和销钉。例如，在航空工业中，磨损零件可以包括与起落装置系统、襟翼和致动器系统或者包括随着时间通常需要替换的零件的任意其他系统相关的零件。飞行器、汽车、宇宙飞船、火车、机床、机器人、制造机器、钻探设备、泵送设备、能量生成设备、减震器系统以及许多许多其他的机械系统也利用需要替换的磨损零件。

磨损零件或者至少磨损零件的磨损表面经常被涂覆有或者至少部分被涂覆有镀铬层以作为硬的保护层从而延长磨损零件的使用寿命。使用在磨损零件上的镀铬层附加地或者替代性地可以被称为硬铬、工业铬和/或工程铬。使用在磨损零件上的镀铬层通常厚度范围为近似1到5密耳，其可以被称为标准镀铬层。有时，可以使用厚度在近似0.3到1密耳范围内的镀铬层，并且其可以称为稀密度镀铬层。

磨损零件的镀铬层通常在零件的被涂覆部分、区域或特征和未涂覆层部分、区域或者特征之间包括过渡或渐缩段（taper）。因此镀铬层可以描述为限定涂层轮廓，其包括均匀厚度的镀层区域以及镀层从均匀厚度区域渐缩到零的一个或更多个区域。厚度渐缩的这些区域可以附加地或者替代性地被称为耗尽（run-out）区域或者减重（run-off）区域，和/或镀层可以描述为已经被耗尽或者减重。需要厚度渐缩的这些区域，以便限制应力增强区域、限制边缘磨损并且大体增加零件的疲劳寿命。

由于与包括磨损零件的机械组件相关的容限以及有时的临界容限（critical tolerance）的原因，经常需要替换磨损零件以具有尽可能精密匹配的涂层轮廓，如果不能精确匹配，则要替换零件的涂层轮廓。替换零件和被替换的零件之间的涂层和耗尽区的厚度差小于0.5甚至小于0.1密耳在许多应用中是重要的。

技术实现要素：

公开了具有耗尽区的磨损零件以及生产该磨损零件的方法。也公开了用来生产具有耗尽区的磨损零件的系统和控制结构。根据本公开的一些磨损零件包括具有所需或预定涂层轮廓的涂层。对于具有所需或预定涂层轮廓的零件，根据本公开的一些磨损零件是替换零件。根据本公开的一些磨损零件包括用沉积过程被施加的涂层。根据本公开的方法包括在磨损零件表面上沉积涂层，以便该涂层具有所需或预定涂层轮廓。也公开了设计与沉积过程一起使用以生产具有所需或预定涂层轮廓的磨损零件的定制掩模夹具的方法。

附图说明

图1是根据本公开示意地说明包括磨损零件、控制结构和沉积机器的系统的图解。

图2是描述根据本公开的磨损零件的说明性、非限制性示例的示意侧视图。

图3是描述根据本公开的控制结构和磨损零件的说明性、非限制性示例的示意侧视图，以及在与控制结构和磨损零件相关联的等离子增强的化学气相沉积过程期间产生的电场的示意描述。

图4是示意地描述根据本公开的说明性、非限制性方法的流程图。

图5显示了可以对应于根据本公开的磨损零件的基体的横截面轮廓的示意描述，以及为了测试的目的而构造的掩模夹具的说明性非限制性示例。

图6以图表表示了轮廓测定数据以及因此以图表表示被施加涂层的最终涂层轮廓。

具体实施方式

这里公开了生产具有所需或预定涂层轮廓的磨损零件的方法以及相关的系统、控制结构、磨损零件、软件和其他方法。图1示意地说明了与根据本公开的方法相关的系统10。如示意说明地，系统10可以包括一个或更多个磨损零件12、控制结构14和沉积机器16。

根据本公开的磨损零件12包括任何合适的磨损零件，其所需或预定特定的涂层轮廓。例如，磨损零件12可以包括（但不限制于）紧固件、轴衬、轴承承载件、套管和/或销钉中的一种或更多种。例如，用在航空工业中的磨损零件12可以包括与起落装置系统、襟翼和致动器系统或者包括随着时间通常需要替换的零件的系统相关的零件。然而，根据本公开的磨损零件12不限制于用在航空工业中的磨损零件，并且磨损零件12可以用在与如下这些说明性非限制性示例相关的组件中，例如飞行器、汽车、宇宙飞船、火车、机床、机器人、制造机器、钻探设备、泵送设备、能量生成设备、减震器系统和任何其他合适的机械组件。

磨损零件12可以包括涂层或镀层18，其是利用沉积过程被涂覆的。在许多实施例（虽然不必须）中，涂层或者镀层18可以是在磨损零件12上的保护层。在涂覆涂层18之前和之后可以描述磨损零件12。此外，参考图2，磨损零件可以被描述为，具有包括在其上施加、粘附或者其他方式结合有涂层18的至少一个表面22的主体20。虽然不必须，但是一些磨损零件12可以包括多层涂层，例如图2中以双点划线所示意说明的。在图2中示意的描述说明了涂层18的三个可选层34；然而，作为磨损零件12上的涂层18，可以沉积一、二、三或者四层或者更多层。如所说明的，可以用于涂层18中一个或更多层的材料的非限制性示例包括针对粘附特性、应力控制特性、耐久特性和/或延展特性被选择的材料。一些涂层可以描述为用于加强延展性和/或耐久特性的多层薄膜。涂层的其他类型和涂层的可选层也是在本公开的保护范围内的。

可以制造成磨损零件主体20的材料的说明性非限制性示例包括（但不限制于）钢、高强度钢、不锈钢、铝、铝合金、钛、钛合金、镍、镍合金、钼和钼合金以及非金属材料，例如热塑塑料。涂层18的材料的说明性非限制性示例包括（但不限制于）氮化物基磨损涂层材料和类金刚石。除了氮化物基磨损涂层材料和类金刚石之外，利用沉积过程能够被沉积到主体20上的任何材料均可以用于涂层18。合适的沉积过程的说明性非限制性示例包括（但不限制于）化学气相沉积（CVD）过程，例如（但不限制于）等离子体增强化学气相沉积（PECVD）。可以被沉积作为涂层18的材料的说明性非限制性示例包括（但不限制于）二氧化硅（来自于二氯甲硅烷、硅烷、四乙氧基甲硅烷、循环有机硅烷）、氮化硅（硅烷+氨或者氮）、硅氮氧化合物、金刚砂、碳纳米管&巴克明斯特富勒烯、硅锗、钼、钽、钛、镍、钨、磷化铟、三甲基铝（TMA或者TMAI）、三乙基铝（TEA或者TEAI）、三甲基镓（TMG或者TMGa）、三乙基镓（TEG或者TEGa）、三甲基铟（TMI或者TMIn）、三乙基铟（TEI或者TEIn）、二异丙基甲基铟（DIPMeIn）、乙基二甲基铟（EDMIn）、异丁基锗烷（IBGe）、二甲氨基锗三氯化物（DiMAGeC）、四甲基锗烷（TMGe）、四乙基锗烷（TEGe）、苯肼、二甲基肼（DMHy）、叔丁基胺（TBAm）、氨NH3、磷化氢PH3、磷酸三丁酯（TBP）、双膦基乙烷（BPE）、砷化三氢AsH3、叔丁基胂（TBAs）、一乙基胂（MEAs）、三甲基胂（TMAs）、三甲基锑（TMSb）、三乙基锑（TESb）、三异丙基锑（TIPSb）、锑化三氢SbH3、二甲基镉（DMCd）、二乙基镉（DECd）、甲基烯丙基镉（MACd）、二甲基碲化物（DMTe）、二乙基碲化物（DETe）、二异丙基碲化物（DIPTe）、二甲基硒化物（DMSe）、二乙基硒化物（DESe）、二异丙基硒化物（DIPSe）、锌、二甲基锌、二乙基锌（DEZ）、AlGaAs、AlGaInP、AlGaN、AlGaP、GaAsP、GaAs、GaN、GaP、InAlAs、InAlP、InSb、InGaN、GaInAlAs、GaInAlN、GaInAsN、GaInAsP、GaInAs、GaInP、InN、InP、InAs、硒化锌（ZnSe）、HgCdTe、ZnO、硫化锌（ZnS）、Si、Ge、应变硅和GeSbTe。

如参考图2所见，涂层18可以包括过渡区域24，在此涂层的厚度是不同的，并且在一些实施例中涂层的厚度从大体均匀区域26变化。在一些示例中，过渡区域24可以从厚度大体均匀的区域26渐缩、倾斜或者减小。在一些示例中，过渡区域24可以从厚度大体均匀的区域26的厚度渐缩到零。在一些实施例中，厚度大体均匀的区域26附加地或者替代性地被描述为涂层18的厚度最大区域。例如，在过渡区域从厚度大体均匀的区域26渐缩的实施例中，过渡区域24可以附加地或者替代性地被称为耗尽、减重、耗尽区域、减重区域和/或厚度减少的区域。共同地，过渡区域24和厚度大体均匀的区域26可以被描述为限定磨损零件12的涂层轮廓28，或者替代性被描述为涂层18的涂层轮廓28，其中例如涂层轮廓28代表区域24和区域26相对于彼此及相对于磨损零件的主体20的特定厚度、外形、斜度和/或位置。在一些应用中，过渡区域24可能是重要的，以便减少与部分磨损零件12相关联的疲劳特性和应力集中。

在一些实施例中，虽然不必须，但是涂层18的过渡区域24可以邻近磨损零件12的主体20的边缘30。附加地或者替代性地，在一些实施例中，过渡区域24可以被描述为位于磨损零件12的主体20的边缘30上或内。在图2中的实线中，过渡区域24被示意地说明为从厚度大体均匀的区域26到磨损零件主体20的边缘30跨越整个边缘区域32。然而，如图2中虚线所示意说明的，过渡区域24可以终止在与磨损零件主体20的边缘30间隔开的点处。在这样的实施例中，过渡区域24仍然可以被描述为是邻近边缘30，例如，因为其相对于厚度大体均匀的区域26邻近边缘30。其他构造是在本公开的保护范围内，包括过渡区域24相对于厚度大体均匀的区域26不邻近磨损零件主体的边缘30的磨损零件12的实施例。

与厚度大体均匀的区域26相关的厚度的说明性、非限制性示例包括范围在大约0.3到5密耳的厚度，包括范围在大约0.3到1密耳和范围在大约0.8到3密耳的厚度，并且包括大于0.3、0.5、0.75、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或者5密耳的厚度。小于、大于和落入这里例举的各种值的厚度在本公开的保护范围内。

在本公开的创造主题之前，PECVD过程用于沉积厚度小于0.3密耳的涂层。因为这样薄的涂层通常不产生与涂层的边缘相关的应力集中，所以通常不需要限定与小于0.3密耳相关的预定耗尽轮廓。

在可选地包括超过一层的涂层（例如具有不同材料层的涂层）的示例中，在过渡区域24内的层的纵横比可以被维持，虽然这种限制不是所有实施例所必须的。如这里所讨论，沉积过程可以有助于维持与可选多层涂层相关的纵横比。

在根据本公开的磨损零件的一些应用中，磨损零件12可以是替换零件，磨损零件12具有对应与要被替换的零件有关的所需或者预定的涂层轮廓28的构造。换句话说，根据本公开的磨损零件12可以是特定设计、构造、制造、生产和/或被涂覆以具有涂层轮廓28的替换零件，其中该涂层轮廓28与被替换的零件的涂层轮廓相对应、相同和/或几乎相同。在一些示例中，磨损零件12的涂层可以是与被替换的零件的涂层不同的材料。

可以由磨损零件替换的零件的示例包括具有带特定涂层或镀层、轮廓的涂层或者镀层的零件。例如，镀铬层包括厚度对应于标准镀铬层（1到5密耳厚度）或者稀密度镀铬层（0.3到1密耳厚度）的硬镀、工业铬和/或工程铬镀层，该镀铬层可以对应于被替换的零件。与要被替换的零件相关的涂层的额外说明性非限制性示例包括（但不限制于）对环境影响具有潜力的涂层，例如包括环境保护局（EPA）检视列表上的材料（例如，镍）的涂层。可以由磨损零件12替换的零件的其他示例包括在本公开的保护范围内，包括没有镀层或者涂层的零件以及具有包括除这里列出材料之外的材料的镀层或者涂层的零件。

根据本公开的控制结构14包括可以用来产生磨损零件12的所需或预定涂层轮廓28的任何合适的结构。在图1中，控制结构14被示意地说明为相对于磨损零件12被定位，用这种描述示意地表示在用于施加涂层18的过程期间磨损零件12和控制结构14之间的任何相对定位。例如，虽然示意地说明为仅仅与示意描述的磨损零件12的周边的一部分重叠，但是控制结构14可以位于任何合适的位置，这依赖于控制结构14的构造、依赖于磨损零件12的构造、依赖于与磨损零件12相关的所需或预定涂层轮廓和/或依赖于用来施加涂层18的过程。如图1中示意地说明的，控制结构14和磨损零件12之间的相对位置可以限定区域40，例如这样的区域可以由控制结构和磨损零件之间的空间量来限定或限定控制结构和磨损零件之间的空间量。区域40可以附加地或者替代性地限定与涂层18的过渡区域24的沉积相关的区域。

如这里所讨论的，利用沉积过程，例如利用沉积机器16，可以将涂层18施加到磨损零件12。作为说明性非限制性示例，这样的沉积机器可以是化学气相沉积（CVD）机器，例如（但不限制于）等离子体增强化学气相沉积（PECVD）机器，包括离子辅助PECVD机器。PECVD是通过在基体和沉积室的内表面之间施加电势，在基体上从气态的等离子状态到固态状态沉积材料的过程，其中基体和沉积室的内表面用作电极。因此，冲击基体被沉积的材料的离子和/或基团从而沉积在其上。

为了利用沉积过程产生磨损零件12的所需或预定涂层轮廓28，沉积过程期间感应的电场可以被控制或者操作成邻近其上需要涂层18的表面22。这样的控制或者操作可以由控制结构14实现。因此，控制结构14可以被描述为被特定地配置成相对于磨损零件12或者磨损零件12的主体20或者磨损零件表面22被定位，以限定邻近其上需要较小厚度沉积材料的一部分磨损零件的减弱电场区域38。

图3示意地描述了以掩模夹具42形式的控制结构14的说明性非限制性示例。掩模夹具42附加地或者替代性地可以被称为固定物42或者被称为掩蔽固定物42。如图3所示，掩模夹具相对于磨损零件12被定位，以限定掩模夹具42和涂有涂层18的磨损零件12的表面22之间的体积44。在一些实施例中，掩模夹具42可以被描述为包括垂悬件46，其配置为延伸过磨损零件主体20的边缘区域32，且垂悬件46的位置限定垂悬件46和边缘区域32之间的体积44。

如图3中用电场线50示意地说明的，在PECVD或者其他合适的沉积过程期间，在体积44内感应的电场减小或者减弱。如示意地说明的，电场的减弱量随着进入体积44的深度而增加。在图3中用电场线55的间隔随着进入垂悬件46下方的体积44的深度而增加，来示意地表示电场中这种减弱。因此，区域40可以被描述为掩模夹具和磨损零件表面22之间所限定的体积44内的减弱电场区域38。该减弱电场导致较少的材料沉积在减弱电场的该区域38内的磨损零件表面上，具体地随着进入沉积材料的体积越深则具有越少的材料，从而导致耗尽区。

区域40内电场的减弱是由于电势梯度的减少。具体地，在PECVD过程的背景下，电势在接近基体（例如，磨损零件12）的表面处下降，其用作电极。当相等电势的结构被放置得紧密靠近基体表面，例如在掩模夹具42邻近磨损零件12的边缘区域32的情况下，两个相等电势的表面（即，表面22和垂悬件表面48）限制能够形成的电势梯度。因为电场梯度直接与电势梯度成比例，所以电场也减少。在PECVD系统中，沉积速率依赖于局部场（local field），因为用来覆盖基体的集团是离子，离子由于电场而朝向表面加速。因此，当电场减少时，沉积速率也减少，这导致了减弱电场区域38中的基体上沉积较少。

掩模夹具42因此可以被配置或者其他方式被定制或者特定设计成导致与磨损零件12相关的所需或预定涂层轮廓28。可以选择掩模夹具的尺寸、形状、材料和/或掩模夹具42相对于磨损零件表面22的定位中的一种或更多种来操作或者控制沉积过程期间生产的涂层轮廓28。附加地或者替代性地，可以预先选择掩模夹具42和磨损零件表面22之间的体积44的形状，以限定所需或预定涂层轮廓28。

当需要多层涂层时，相同的掩模夹具42可以用来沉积涂层的每层，而不需除去或者清除掩模夹具42。如所讨论的，这样的过程可以导致层的纵横比维持在过渡区域24和厚度大体均匀区域26之间。

在一些实施例中，垂悬件46可以限定垂悬件表面48，其具有对应于磨损零件表面22的边缘区域32的外形。在一些实施例中，当垂悬件表面48被定位在相对于磨损零件表面22处于间隔开的位置中以在涂层18沉积期间使用时，垂悬件表面48可以大体与磨损零件表面22平行。其他构造也在本公开的保护范围内，图3中用点划线和双点划线示意地说明垂悬件表面48的两个说明性非限制性示例，其相对于磨损零件表面22具有斜度。

在一些实施例中，对于所需或预定的涂层轮廓28，相对于磨损零件表面22适当布置掩模夹具42可以导致垂悬件46和磨损零件表面22之间的间隙52处于10到500、10到200、10到100、10到50、50到500、50到200、50到100、100到500、100到200或者200到500密耳的范围内。任何合适的间隙，包括小于、大于和处于例举值的间隙，均在本公开的保护范围内，并且可以用来生产所需或预定的涂层轮廓28。

可以选择垂悬件46的长度以及间隙52，以规定所需或预定的涂层轮廓28。垂悬件46的合适长度的说明性非限制性示例包括（但不限制于）范围为10到1000、10到800、10到600、10到400、10到200、200到1000、200到800、200到600、200到400、400到1000、400到800、400到600、600到1000、600到800和800到1000密耳的长度，以及大于200、400、600、800或者1000密耳的长度。小于、大于以及处于各种例举值的长度均在本公开的保护范围内，并且可以用来生产所需或预定的涂层轮廓28。

在图3中，掩模夹具42示意地说明为与磨损零件12接合，但是这样的构造不是根据本公开的所有方法所必须的，并且在一些构造中，掩模夹具42可以不与沉积过程期间被涂覆的磨损零件12接合。

掩模夹具42可以由任何合适的材料构造成，以便掩模夹具的使用导致所需或预定的涂层轮廓。例如，掩模夹具可以至少部分地且在一些实施例中至少主要地或完全地由导电材料所构造。在一些实施例中，掩模夹具的外表面的至少一部分，例如（但不限制于）对应于至少垂悬件表面48的一部分，可以由导电材料构造，或者包括导电材料。在一些情况下，对于掩模夹具，需要由与磨损零件主体涂有的材料相同的材料构造。在一些实施例中，在沉积过程期间掩模夹具可以用作电极。在一些实施例中，在沉积过程期间，掩模夹具42和磨损零件12可以具有相等的电势。在一些这样的实施例中，沉积过程期间，涂层18的材料也可以被沉积在掩模夹具42上，如图3中54示意地和可选地所说明的。

图4示意地提供了描述根据本公开的方法的说明性、非限制性示例的流程图。在图4中，一些步骤用虚线框说明，这表明这些步骤是可选的或者可以对应于根据本公开的方法的可选形式。也就是说，不是所有根据本公开的方法都需要包括实线框中说明的步骤。图4中说明的方法和步骤不是限制性的，并且其他方法和步骤是在本公开的保护范围内的，包括多于或少于说明的步骤的数目的方法，如这里讨论所理解的。

图4示意地说明了根据所需或预定的涂层轮廓28涂覆磨损零件表面22的方法100。根据本公开的方法100包括如102所说明的，相对于磨损零件12布置控制结构14，并且然后在布置之后，包括如104所说明的，在磨损零件12的磨损零件表面22上沉积材料。

在一些方法100中，例如利用以掩模夹具42形式的控制结构14的方法中，布置102可以包括相对于磨损零件12布置掩模夹具42，以限定在掩模夹具42和磨损零件表面22之间的体积44。在一些这样的方法中，沉积104可以包括利用沉积过程沉积涂层材料，该沉积过程例如（但不限制于）化学气相沉积（CVD）过程，其包括等离子体增强化学气相沉积（PECVD）过程，其中掩模夹具42相对于磨损零件表面的位置限定了减弱电场的区域38，这样过渡区域24沉积在界定体积44的磨损零件表面22的部分上。一些方法100可以包括利用离子辅助PECVD。

另外或者可替代地，一些方法100可以包括如106所说明的，选择适当的控制结构或者掩模夹具42的步骤，以便在磨损零件12上限定所需或预定的涂层轮廓28。

在一些方法100中，例如利用至少部分由导电材料构成的掩模夹具42以便在沉积过程期间掩模夹具42以及磨损零件12用作电极的方法中，如108所说明的，掩模夹具42会需要被清除沉积材料。需要这样的步骤是因为沉积在磨损零件表面22上的材料也会沉积在掩模夹具42上，并且如果要再次使用掩模夹具42，则需要除去沉积的材料，以便如110所说明的，可以重复方法100。另外或者可替代地，使用的掩模夹具42可以被丢掉或者以其他方式不再被使用。

另外或者可替代地，如图4中112所示意说明的，掩模夹具42可以使用超过一次而没有被清洁。

清洁过程108的说明性非限制性示例包括（但不限制于）研磨过程，例如喷砂处理、化学过程、蚀刻过程、激光消融和分解过程。

图4中示意说明的设计控制结构14（包括掩模夹具42）的方法120也是在本公开的保护范围内的。例如，如122所说明的，在涂层18被施加到磨损零件12上的沉积步骤104之后，可以选择与使用的第一个掩模夹具不同的新掩模夹具。另外或者可替代地，可以改变第一个掩模夹具。在这样的方法中，选择新的或者改变的掩模夹具可以至少部分基于观察用第一个掩模夹具所产生的涂层轮廓28并且比较该涂层轮廓28和所需涂层轮廓。由于这样的观察，新的或者改变的掩模夹具可以限定在第二个掩模夹具和第二个磨损零件表面之间的体积44，其不同于在第一个掩模夹具和第一个磨损零件表面限定的体积44。

作为示例，可以执行方法120以设计所需掩模夹具以用于制造替换磨损零件，该替换磨损零件具有的涂层轮廓对应于由所述替换零件所替换的零件的涂层轮廓28。

另外或者可替代地，设计定制掩模夹具以用于在磨损零件上产生所需涂层轮廓的方法可以包括用计算机建模根据本公开的方法的一个或更多个步骤，包括方法100或者方法120。此外，软件，例如由计算机可执行指令实施的软件，可以指导计算机执行根据本公开的方法的一个或更多步骤，并且落入本公开的保护范围内。

示例

本示例描述了利用根据本公开的方法在基体上沉积涂层并且得到的涂层具有耗尽区的说明性非限制性示例。

图5显示了可以对应于根据本公开的磨损零件12的基体60的横截面轮廓的示意描述，以及为了测试的目的而构造的掩模夹具62的说明性非限制性示例。基体60和掩模夹具62的尺寸如图5中以英寸说明。基体60和掩模夹具62都是由钛制成的。基体60和掩模夹具62被放置在等离子体增强化学气相沉积（PECVD）机器的室中，并且被施加有厚度近似1密耳的类金刚石涂层。

随着类金刚石的沉积，针对被涂覆的基体60获得轮廓测定数据，从而有效地检测所施加涂层的表面特征。图6以图表表示了轮廓测定数据以及因此以图表表示被施加涂层的最终涂层轮廓。如两个竖直取向的虚线之间的区域所见，最终涂层轮廓包括耗尽区域，其在近似0.1英寸的宽度上厚度渐缩近似1密耳。

下面例举的段落描述了根据本公开的创造主题的说明性、非限制性示例：

A.一种涂覆磨损零件表面的方法，该方法包括：

相对于磨损零件布置掩模夹具，其中所述磨损零件包括要被涂覆的磨损零件表面，并且其中所述布置在所述掩模夹具和所述磨损零件表面之间大体限定一个体积；以及

在所述布置之后，利用化学气相沉积（并且可选地等离子体增强化学气相沉积）将沉积材料沉积到所述磨损零件表面上，其中所述掩模夹具相对于所述磨损零件表面的位置限定了在所述掩模夹具和所述磨损零件表面之间的所述体积内的减弱电场区域，其中上所述沉积材料限定了涂层轮廓，并且可选地其中所述沉积包括在界定所述掩模夹具和所述磨损零件表面之间的所述体积的所述磨损零件表面的一部分上沉积的沉积材料的厚度小于在不界定所述掩模夹具和所述磨损零件表面之间的所述体积的所述磨损零件表面的一部分上沉积的沉积材料的厚度。

A1.段落A所述的方法，其中所述涂层轮廓是预定（或者所需）涂层轮廓。

A1.1.段落A1所述的方法，其中所述预定涂层轮廓对应于由所述磨损零件所替换的零件。

A1.1.1.段落A1.1所述的方法，其中所述磨损零件包括轴衬、轴承承载件、销钉、紧固件、套管、起落装置硬件、襟翼硬件或者致动器硬件。

A1.1.2.段落A1.1到A1.1.1任一个所述的方法，其中要被替换的磨损零件包括或者曾包括铬和/或具有不良环境影响的材料。

A1.2.段落A1到A1.1.2任一个所述的方法，其中所述预定轮廓涂层包括邻近所述磨损零件表面的边缘的渐缩区域。

A2.段落A到A1.1.2任一个所述的方法，

其中所述掩模夹具包括垂悬件；并且

其中所述布置包括：

相对于要被涂覆的所述磨损零件表面将所述垂悬件布置在间隔开的位置，以便在所述掩模夹具和所述磨损零件表面之间限定所述体积。

A2.1段落A2所述的方法，其中所述垂悬件限定垂悬件表面，其具有对应于所述磨损零件表面的边缘区域的外形。

A2.1.1.段落A2.1.1所述的方法，其中当所述垂悬件位于所述间隔开的位置时，所述垂悬件表面与所述磨损零件表面大体平行。

A3.段落A到A2.1.1任一个所述的方法，其中预先选择在所述掩模夹具和所述磨损零件之间的所述体积的形状，以限定在磨损零件表面上的预定涂层轮廓。

A4.段落A到A3任一个所述的方法，其中所述布置导致处于所述垂悬件和所述磨损零件表面之间的间隙近似为10到500、10到200、10到100、10到50、50到500、50到200、50到100、100到500、100到200或者200到500密耳。

A5.段落A到A4任一个所述的方法，其中所述掩模夹具至少部分由导电材料构造成，并且可选地其中所述掩模夹具的外表面的至少一部分包括所述导电材料。

A5.1（当从属于段落A2时的）段落A5所述的方法，其中所述垂悬件至少部分是由所述导电材料造成。

A6.段落A到A5.1任一个所述的方法，其中所述掩模夹具和所述磨损零件至少部分由相同材料构成。

A7.段落A到A6任一个所述的方法，其中在所述沉积期间所述掩模夹具用作电极。

A8.段落A到A7任一个所述的方法，其中在所述沉积期间所述磨损零件和所述掩模夹具具有相等电势。

A9.段落A到A8任一个所述的方法，进一步包括：

所述沉积之后，从所述掩模夹具除去所述沉积材料。

A9.1段落A9所述的方法，其中所述除去包括研磨过程、喷砂、化学过程、蚀刻过程、激光消融过程或者分解过程。

A10.段落A到A9.1所述的方法，进一步包括：

重复所述沉积以沉积第二个材料层。

A11.段落A到A10任一个所述的方法，其中所述沉积包括沉积多层涂层。

A12.段落A到A11任一个所述的方法，进一步包括：

用第二个磨损零件重复所述布置和所述沉积。

A13.段落A到A12任一个所述的方法，其中所述掩模夹具是第一个掩模夹具，并且所述磨损零件是第一个磨损零件，该方法进一步包括：

在所述沉积之后，改变所述第一个掩模夹具以限定第二个掩模夹具，或者选择与所述第一个掩模夹具不同地被构造的第二个掩模夹具；以及

用第二个磨损零件和所述第二个掩模夹具重复所述布置和所述沉积，其中所述第二个磨损零件具有与所述第一个磨损零件相同的构造，并且其中在所述第二个掩模夹具和所述第二个磨损零件表面之间的体积不同于在所述第一个掩模夹具和所述第一个磨损零件表面之间的体积。

A13.1.段落A13所述的方法，其中所述改变或者选择是至少部分基于观察所述沉积后所述第一个磨损零件的涂层轮廓且之后比较该涂层轮廓和所需涂层轮廓。

A13.2.段落A13到A13.1任一个所述的方法，其中执行该方法以设计用于制造替换零件的所需掩模夹具，其中该替换零件具有的涂层轮廓对应于被替换的零件和/或所需涂层轮廓（当从属于段落A13.1时）。

A13.3.一种由于段落A13到A13.2任一个所述方法产生的掩模夹具。

A14.段落A到A13.3任一个所述的方法，其中所述掩模夹具是为了和所述磨损零件一起使用而被特定构造的定制掩模夹具。

A15.段落A到A14任一个所述的方法，其中所述沉积导致在不界定所述掩模夹具和所述磨损零件表面之间的所述体积的所述磨损零件表面的部分上的沉积材料的厚度大于0.3、0.5、0.75、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或者5密耳。

A16.段落A到A14任一个所述的方法，其中所述沉积导致在不界定所述掩模夹具和所述磨损零件表面之间的所述体积的所述磨损零件表面的部分上的沉积材料的厚度处于大约0.3和1密耳之间、大约0.3和5密耳之间或者大约1和5密耳之间。

A17.段落A到A16任一个所述的方法，其中磨损零件是针对具有与所述沉积后的所述磨损零件对应的构造的零件的替换零件。

A17.1.段落A17所述的方法，其中所述沉积材料不同于被替换的零件的涂层材料。

A17.2.段落A17到A17.1任一个所述的方法，其中被替换的零件的涂层材料包括铬和/或具有不良环境影响的材料。

A18.段落A到A17.2任一个所述的方法，其中所述沉积材料包括基于氮化物的磨损涂层材料。

A19.段落A到A18任一个所述的方法，其中所述沉积材料包括类金刚石。

A20.段落A到A19任一个所述的方法，其中所述磨损零件是由钢、高强度钢、不锈钢、铝、钛、镍、钼或者热塑塑料构成的。

A21.一种利用等离子体增强化学气相沉积过程，设计用于在磨损零件上产生所需涂层轮廓的定制掩模夹具的方法，该方法包括：

用计算机建模段落A到A20任一个所述的方法。

A21.1.包括当执行时指导计算机执行段落A21所述的方法的计算机可执行指令的计算机可读存储介质。

A22.一种利用段落A到A20任一个所述的方法生产的被涂覆磨损零件。

A23.一种包括段落A22所述磨损零件的机械组件，其中该机械组件优选地是飞行器、汽车、宇宙飞船、火车、机床、机器人、生产机器、钻探设备、能量产生设备或者减震器设备。

B.一种涂覆磨损零件表面的方法，其包括：

利用等离子体增强化学气相沉积将沉积材料沉积到所述磨损零件表面；以及

控制所述沉积以在所述磨损零件表面上限定所需涂层轮廓，其中所述所需涂层轮廓包括所述沉积材料的大体上均匀厚度区域以及邻近所述磨损零件表面的一个或更多边缘的所述沉积材料的一个或更多个厚度渐缩区域。

B1.段落B所述的方法，进一步包括段落A到A22任一个的主题。

C.一种涂覆磨损零件表面的方法，其包括：

利用等离子体增强化学气相沉积将沉积材料沉积到所述磨损零件表面，在这期间邻近所述磨损零件表面感应出电场；以及

控制所述电场以生产与所述磨损零件相关的所需涂层轮廓。

C1.段落C所述的方法，进一步包括段落A到B1任一个所述的主题。

D.一种与沉积过程一起使用的控制结构，并且该沉积过程可选地是化学气相沉积过程，且进一步可选地是等离子体增强化学气相沉积过程，其用于涂覆磨损零件的磨损零件表面以具有预定涂层轮廓，其中所述控制结构被特定构造成相对于所述磨损零件被布置，以限定邻近所述磨损零件的一部分的减弱的电场区域，其在沉积过程期间需要较小厚度的沉积材料。

D1.段落D所述的控制结构，包括掩模夹具，其中所述掩模夹具包括垂悬件，其被特定构造成相对于所述磨损零件被布置，以在所述垂悬件和所述磨损零件表面之间限定一体积，其中该体积被特定成形成在沉积过程期间在该体积内感应减弱的电场区域。

D2.段落D到D1所述的控制结构，其中所述磨损零件包括轴衬、轴承承载件、销钉、紧固件、套管、起落装置硬件、襟翼硬件或者致动器硬件。

D3.与磨损零件结合的段落D到D2所述的控制结构。

D4.与沉积机器结合的段落D到D3所述的控制结构，该沉积机器可选地是化学气相沉积机器，进一步可选地是等离子体增强化学气相沉积机器。

E.一种磨损零件，其包括：

具有表面的主体；和

在表面上的涂层，其中该涂层限定涂层轮廓，并且其中该涂层是使用沉积过程被施加的，该沉积过程可选地是化学气相沉积过程，进一步可选地是等离子体增强化学气相沉积过程。

E1.段落E所述的磨损零件，其中该涂层具有厚度最大区域以及厚度减少区域。

E1.1.段落E1所述的磨损零件，其中厚度减少区域邻近该表面的边缘。

E1.2.段落E1到E1.1任一个所述的磨损零件，其中该厚度减少区域相对于该厚度最大区域倾斜。

E1.3.段落E1到E1.2任一个所述的磨损零件，其中该厚度减少区域背离该厚度最大区域倾斜。

E1.4.段落E1到E1.3任一个所述的磨损零件，其中最大厚度大于0.3、0.5、0.75、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或者5密耳。

E1.5.段落E1到E1.3任一个所述的磨损零件，其中最大厚度在大约0.3和1密耳之间、大约0.3和5密耳之间或者大约1和5密耳之间。

E2.段落E到E1.5所述的磨损零件，其中所述磨损零件包括轴衬、轴承承载件、销钉、紧固件、套管、起落装置硬件、襟翼硬件或者致动器硬件。

E3.段落E到E2所述的磨损零件，其中所述涂层包括基于氮化物的磨损涂层材料或者类金刚石。

E4.段落E到E3所述的磨损零件，其中所述主体是由钢、高强度钢、不锈钢、铝、钛、镍、钼或者热塑塑料构造的。

下面是上述正文和图表公开的说明的方面、变体、例子和示例：

在一个方面，公开了一种涂覆磨损零件表面22的方法，该方法包括相对于磨损零件12布置掩模夹具42、62，其中所述磨损零件12包括要被涂覆的磨损零件表面22，并且其中所述布置大体在掩模夹具42、62和磨损零件表面22之间限定体积44；以及在所述布置之后，利用化学气相沉积将沉积材料沉积到磨损零件表面22，其中掩模夹具42、62相对于磨损零件表面22的位置在掩模夹具42、62和磨损零件表面22之间的体积44内限定减弱的电场区域38，其中所述沉积材料限定涂层轮廓28。在一个变体中，该方法包括其中涂层轮廓28是预定涂层轮廓28。在另一个变体中，该方法包括其中预定涂层轮廓28对应于要被磨损零件12替换的零件12。又在另一个变体中，该方法包括其中磨损零件12包括轴衬、轴承承载件、销钉、紧固件、套管、起落装置硬件、襟翼硬件或者致动器硬件。

在一个例子中，该方法包括其中要被替换的磨损零件12包括镀铬层。在另一个例子中，该方法包括其中预定涂层轮廓28包括邻近磨损零件表面22的边缘的渐缩区域。

又在另一个例子中，该方法包括其中掩模夹具42、62包括垂悬件46；并且其中所述布置包括：相对于要被涂覆的磨损零件表面22将垂悬件46布置在间隔开的位置，以在掩模夹具42、62和磨损零件表面22之间限定体积44。仍然在另一个例子中，该方法包括其中垂悬件46限定垂悬件表面48，其具有对应于磨损零件表面22的边缘区域32的外形。

在一个示例中，该方法包括其中当垂悬件46被布置在间隔开的位置时，垂悬件48与磨损零件表面22大体平行。在另一个示例中，该方法包括其中预先选择在掩模夹具42、62和磨损零件表面22之间的体积44的形状，以在磨损零件表面22上限定预定涂层轮廓28。又在另一个示例中，该方法包括其中掩模夹具42、62是为了与磨损零件12一起使用而被特定构造的定制掩模夹具42、62。仍然在另一个示例中，该方法包括其中所述沉积导致在不界定掩模夹具42、62和磨损零件表面22之间的体积44的磨损零件表面22的一部分上的沉积材料的厚度在大约0.3和5密耳之间。

在一个变体中，该方法包括其中磨损零件12是被替换且具有对应于沉积后的磨损零件12的构造的零件12的替换零件12，并且其中沉积材料不同于被替换的零件12的涂层材料。仍然在另一个变体中，该方法包括其中沉积包括沉积多层涂层。又在另一个变体中，该方法包括其中沉积材料包括基于氮化物的磨损涂层材料和类金刚石中的至少一种。

在一个示例中，公开了一种利用等离子体化学气相沉积过程设计用于在磨损零件12上产生所需涂层轮廓28的定制掩模夹具42、62的方法，该方法包括用计算机建模涂覆磨损零件表面22的方法，该方法包括相对于磨损零件12布置掩模夹具42、62，其中磨损零件12包括要被涂覆的磨损零件表面22，并且其中所述布置大体在掩模夹具42、62和磨损零件表面22之间限定体积44；以及在所述布置之后，利用化学气相沉积将沉积材料沉积到磨损零件表面22，其中掩模夹具42、62相对于磨损零件表面22的位置在掩模夹具42、62和磨损零件表面22之间的体积44内限定减弱的电场区域38，其中沉积材料限定涂层轮廓28。在一个示例中，该方法包括其中涂层轮廓28是预定涂层轮廓28。在另一个示例中，该方法包括其中预定涂层轮廓28对应于要被磨损零件12替换的零件12。又在另一个示例中，该方法包括其中磨损零件12包括轴衬、轴承承载件、销钉、紧固件、套管、起落装置硬件、襟翼硬件或者致动器硬件。

在另一个示例中，利用涂覆磨损零件表面22的方法生产被涂覆的磨损零件12，该方法包括相对于磨损零件12布置掩模夹具42、62，其中磨损零件12包括要被涂覆的磨损零件表面22，并且其中所述布置大体在掩模夹具42、62和磨损零件表面22之间限定体积44；以及在所述布置之后，利用化学气相沉积将沉积材料沉积到磨损零件表面22，其中掩模夹具42、62相对于磨损零件表面22的位置在掩模夹具42、62和磨损零件表面22之间的体积44内限定减弱的电场区域38，其中沉积材料限定涂层轮廓28。在一个示例中，该方法包括其中涂层轮廓28是预定涂层轮廓28。在另一个示例中，该方法包括其中预定涂层轮廓28对应于要被磨损零件12替换的零件12。又在另一个示例中，该方法包括其中磨损零件12包括轴衬、轴承承载件、销钉、紧固件、套管、起落装置硬件、襟翼硬件或者致动器硬件。

在一个方面，公开了一种涂覆磨损零件表面22的方法，其包括：利用等离子体增强化学气相沉积将沉积材料沉积到磨损零件表面22；以及控制所述沉积以在磨损零件表面22上限定预定涂层轮廓28，其中所述预定涂层轮廓28，例如所需涂层轮廓28，包括沉积材料厚度大体上均匀区域以及邻近磨损零件表面22的一个或更多边缘的一个或更多个沉积材料厚度渐缩区域。在一个变体中，公开了一种涂覆磨损零件表面22的方法，其包括：利用等离子体增强化学气相沉积将沉积材料沉积到磨损零件表面22，在这期间邻近磨损零件表面22感应出电场50；以及控制电场50以生产与磨损零件12相关的预定涂层轮廓28。在另一个变体中，该方法包括其中控制包括相对于磨损零件表面22布置控制结构。

在一个方面，利用等离子体增强化学气相沉积过程，用于在磨损零件12上产生所需涂层轮廓28的定制掩模夹具42、62的形式的控制结构14，该控制结构14包括：

掩模夹具42、62，其相对于磨损零件12被布置，这大体在掩模夹具42、62和要被涂覆的磨损零件12的磨损零件表面22之间限定体积44，并且该掩模夹具被布置成利用化学气相沉积将材料沉积到磨损零件表面22，其中掩模夹具42、62相对于磨损零件表面22的位置在掩模夹具42、62和磨损零件表面22之间的体积44内限定减弱的电场区域38，并且沉积材料限定涂层轮廓28。

在一个变体中，控制结构14包括其中掩模夹具42、62包括相对于磨损零件表面22被布置在间隔开的位置上的垂悬件46，该磨损零件表面22要被涂覆并且限定在掩模夹具42、62和磨损零件表面22之间的体积44。

这里公开的系统和装置的各种公开元件以及这里公开的方法的各种公开步骤不是根据本公开的所有系统、装置和方法所需要的。此外，这里公开的各种元件和步骤中的一个或更多可以规定与整个公开的系统、装置或者方法分开和远离的独立创造主题。因此，这些创造主题不需要与这里明确公开的特定系统、装置和方法相关，并且这些创造主题可以在这里没有明确公开的系统、装置和/或方法中发现用处。

如这里使用的术语“适应”和“构造”指元件、部件或者其他主题是设计和/或企图以执行给定的功能。因此，术语“适应”和“构造”的使用不应该理解为意味着给定的元件、部件或者其他主题是简单地“能够”执行给定的功能，而是元件、部件和/或主题是特定选择、产生、实施、利用、规划和/或设计的以为了执行功能。陈述为适应执行特定动能的元件、部件和/或其他陈述的主题也在本公开的保护范围内，并且可以另外或者可替代地描述为经配置以执行其功能，并且反之亦然。

虽然本发明以其优选的方式或方法公开，但是如这里公开和说明的其特定改变、实施例和/或方法不应该认为是限制意义，因为其可以有众多的变体。本公开包括这里公开的各种元件、特征、功能、特性、方法和/或步骤的所有新的和不明显的组合以及子组合。类似地，上述任何讨论和下面的权利要求中陈述的“一个”或者“第一个”元件、方法的步骤或者其对等物，这样的公开或权利要求应该理解为包括一个或更多这样的元件或步骤的结合，不要求也不排除两个或更多这样的元件或步骤。

认为下面的权利要求特别地指出涉及公开发明中的一个以及新的、不明显的特定组合和子组合。通过在本申请或者相关申请中本权利要求的改善或者新权利要求的提出，可以要求在特征、功能、元件、特性、方法和/或步骤的任何组合和子组合中体现的发明。这些改善的权利要求或者新的权利要求，不论其涉及不同的发明还是涉及相同的发明，不论其是与最初的权利要求的保护范围不同、更宽、更窄还是与其相同，也认为是在本公开的发明的主题内。