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DE10128507A1 - Verfahren- und Vorrichtung zum lokalen Entschichten von Bauteilen - Google Patents

Verfahren- und Vorrichtung zum lokalen Entschichten von Bauteilen

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DE10128507A1
DE10128507A1 DE10128507A DE10128507A DE10128507A1 DE 10128507 A1 DE10128507 A1 DE 10128507A1 DE 10128507 A DE10128507 A DE 10128507A DE 10128507 A DE10128507 A DE 10128507A DE 10128507 A1 DE10128507 A1 DE 10128507A1
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Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum lokalen Entschichten von Bauteilen, wobei ein wenigstens abschnittsweise mit einer Beschichtung versehenes Bauteil (5) bereitgestellt wird, ein saugfähiges Medium bereitgestellt wird, das Medium mit einer Entschichtungsflüssigkeit versorgt wird, und das die Entschichtungsflüssigkeit enthaltene Medium mit dem zu entschichtenden Bereich des Bauteils (5) in Kontakt gebracht wird (Fig. 2).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum lokalen Entschichten von Bauteilen, insbesondere Gasturbinen- bzw. Flugtriebwerksbauteilen, die wenigstens abschnittsweise eine oder mehrere Beschichtungen aufweisen.
  • Bauteile von Verbrennungskraftmaschinen, wie Gasturbinen, weisen unterschiedlichste Beschichtungen auf. Zum Entschichten solcher Beschichtungen, z. B. nach einer Beschädigung im Betrieb, sind sog. Tauchverfahren bekannt. Dabei wird das Bauteil zum Entschichten vollständig in ein elektrochemisches Bad getaucht, so dass nicht nur die beschichteten, sondern sämtliche Oberflächen des Bauteils (Grundwerkstoff, Schichten etc.) einem Materialangriff ausgesetzt sind. Ein selektives Eintauchen der beschichteten Bereiche des Bauteils ist durch die Bauteilgeometrie, d. h. die fehlende Zugänglichkeit zur Beschichtung, häufig eingeschränkt. Der Einsatz von Abdeckungen für die unbeschichteten Bereiche des Bauteils führt durch eingeschränkte Benetzbarkeit zu Grenzflächenreaktionen und somit zu einem unkontrollierten Angriff der unbeschichteten Bereiche.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem mit Beschichtungen versehene Bauteile selektiv bzw. auf lokale Bereiche beschränkt entschichtet werden können. Zudem soll eine Vorrichtung zum selektiven bzw. lokalen Entschichten von Bauteilen bereitgestellt werden.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ist im Hinblick auf das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass ein wenigstens abschnittsweise mit einer Beschichtung versehenes Bauteil bereitgestellt wird, ein saugfähiges Medium bereitgestellt wird, das Medium mit einer Entschichtungsflüssigkeit versorgt wird und das Entschichtungsflüssigkeit enthaltende Medium mit dem zu entschichtenden Bereich des Bauteils in Kontakt gebracht wird.
  • Dabei ist vorteilhaft, dass Beschichtungen von Bauteilen entschichtet werden können, ohne dass unbeschichtete Oberflächen bzw. der Grundwerkstoff des Bauteils von der Entschichtungsflüssigkeit bzw. Strippflüssigkeit angegriffen werden. Zudem müssen die Beschichtungen nicht vollständig, sondern lediglich die beschädigten Bereiche entfernt werden. Sofern das Bauteil noch weitere Beschichtungen aufweist, müssen nicht alle, sondern lediglich die beschädigten Beschichtungen entfernt werden. Dieses führt zu Zeit- und Kosteneinsparungen beim Reparaturvorgang. Darüber hinaus wird weniger Entschichtungsflüssigkeit als beim Tauchverfahren benötigt. Ferner sind keine zusätzlichen Abdeckungen für nicht zu entschichtende Bereiche des Bauteils erforderlich. Durch das erfindungsgemäße lokale Entschichten wird der Grundwerkstoff unterhalb der Schicht ebenso wie jener in unbeschichteten Bereichen des Bauteils nicht oder nur innerhalb der zulässigen Grenzwerte angegriffen.
  • In einer Ausgestaltung kann als Medium Watte oder ein Schwamm oder ein poröses Material, welches keramisch oder synthetisch, z. B. synthetisches Fasermaterial, sein kann, bereitgestellt werden. Das Medium nimmt die Flüssigkeit auf und speichert sie, so dass das Bauteil beim Kontakt mit dem Medium entschichtet wird. Als generelle Voraussetzung für diese Erfindung gilt, dass das Medium gegen die Entschichtungsflüssigkeit beständig ist. Das Medium wird dabei kontinuierlich mit Entschichtungsflüssigkeit versorgt.
  • Bevorzugt kann die Beschichtungsflüssigkeit dem Medium kontinuierlich, z. B. mit einer Zufluss- oder Tropfeinrichtung und entsprechender Steuerung, zugeführt werden, wodurch der zu entschichtende Bereich des Bauteils stets mit Entschichtungsflüssigkeit benetzt wird und so ein An- oder Auflösen der Beschichtung bewirkt wird. Der ständige Fluß, d. h. Zu- und Abfluß, der Flüssigkeit gewährleistet, dass die Zusammensetzung der Entschichtungsflüssigkeit, die den zu entschichtenden Bereich benetzt, im wesentlichen gleich bleibt.
  • Der Kontakt zwischen dem entschichtungsflüssigkeitsenthaltenden Medium und dem zu entschichtenden Bereich des Bauteils kann über einen Zeitraum gehalten werden, der je nach Stärke und Art der Beschichtung einige Minuten bis mehrere Stunden und insbesondere 12 bis 48 Stunden dauern kann.
  • Bevorzugt kann das Medium in einer flüssigkeitsundurchlässigen Aufnahme gehalten werden, wobei deren Form entsprechend der Form des Bauteils in dessen zu entschichtendem Bereich ausgebildet werden kann. Die Ausbildung der Aufnahme erfolgt vorzugsweise so, dass sich das während des Beschichtungsvorgangs zwischen der Aufnahme und dem zu entschichtenden Bauteilbereich befindliche Medium an den zu entschichtenden Bauteilbereich anschmiegt.
  • Die Aufnahme kann wenigstens einen Zulauf aufweisen, mit dem das Medium mit Entschichtungsflüssigkeit versorgt wird.
  • Als Entschichtungsflüssigkeit kann je nach Art der Schicht eine Säure oder eine Lauge oder eine Salzlösung bereitgestellt werden. Das lokale Entschichten kann chemisch oder elektrochemisch erfolgen, so dass als Entschichtungsflüssigkeit eine chemisch aktive bzw. eine elektrochemisch aktive Entschichtungsflüssigkeit bereitgestellt werden kann.
  • Das Verfahren kann am wenigstens abschnittweise mit einer Beschichtung versehenen, metallischen Bauteilen von stationären Gasturbinen oder Flugtriebwerken, wie z. B. einer Schaufel oder einem integral beschaufelten Rotorträger, eingesetzt werden. Es können unterschiedlichste Beschichtungen, wie Heißgaskorrosions- oder -oxidationsschutzschichten oder Verschleißschutzschichten, wie Hartpartikel enthaltende Schaufelspitzenpanzerungen, auf diese Weise selektiv bzw. lokal entfernt werden.
  • Durch Erwärmen der Entschichtungsflüssigkeit über Raumtemperatur kann der Zeitraum des Entschichtungsvorgangs verkürzt werden, wobei mit einer Temperatur der Entschichtungsflüssigkeit oberhalb von 40°C und insbesondere im Bereich von 40 bis 60°C gute Ergebnisse mit kürzeren Entschichtungszeiträumen erzielt werden können.
  • Das Medium und der zu entschichtende Bereich des Bauteils können relativ zueinander bewegt werden. Auf diese Weise lassen sich feine Rückstände auf der Schicht entfernen bzw. noch zu entschichtende Oberflächen der Schicht unter Verbesserung der Oberflächenreaktionen freilegen. Zudem wird der zu entschichtende Bereich gleichmäßiger mit der Entschichtungsflüssigkeit benetzt und deren ständiger Austausch verbessert. Dies führt zu einer Verkürzung des Entschichtungszeitraums.
  • Die Lösung der Aufgabe ist im Hinblick auf die Vorrichtung erfindungsgemäß gekennzeichnet durch wenigstens eine Halteeinrichtung für ein wenigstens abschnittsweise mit einer Beschichtung versehenes Bauteil und wenigstens eine Aufnahmeeinrichtung für ein saugfähiges, eine Entschichtungsflüssigkeit enthaltendes Medium, wobei die Halte- und oder die Aufnahmeeinrichtung so positionierbar sind, dass das die Entschichtungsflüssigkeit enthaltende Medium den zu entschichtenden Bereich des Bauteils kontaktiert.
  • Bevorzugt kann die Aufnahmeeinrichtung wenigstens einen Zulauf für die Entschichtungsflüssigkeit und wenigstens einen Ablauf für Flüssigkeit aufweisen, so dass eine gleichbleibende Zusammensetzung der die zu entschichtenden Bereiche kontaktierenden Entschichtungsflüssigkeit gewährleistet ist.
  • Ferner kann die Vorrichtung bevorzugt mehrere Aufnahmeeinrichtungen zum gleichzeitigen Entschichten mehrerer Beschichtungen bzw. Beschichtungsbereiche eines Bauteils oder mehrerer Bauteile aufweisen. So können z. B. bei einem integral beschaufelten Rotorträger einer Gasturbine die Schaufelspitzenpanzerungen mehrerer Schaufeln gleichzeitig entschichtet werden, ohne dass die unbeschichteten Oberflächen des Rotorträgers von der Entschichtungsflüssigkeit angegriffen werden. Ebenso können die Schaufelspitzenpanzerungen mehrerer Einzelschaufeln von Gasturbinen durch die entsprechende Anzahl von Aufnahmeeinrichtungen gleichzeitig entschichtet werden.
  • Bei einem elektrochemischen Entschichtungsverfahren kann das Bauteil anodisch geschaltet oder zeitweise, z. B. in regelmäßigen Abständen, anodisch-kathodisch umgepolt bzw. gepulst werden. Die Pulsung/Umpolung kann auch über den gesamten Entschichtungszeitraum erfolgen. Durch die Pulsung/Umpolung lassen sich bestimmte Atome bzw. Moleküle, wie z. B. Wasserstoff, an der Oberfläche des zu entschichtenden Bauteilbereichs anlagern, die dort unter Beschleunigung des Entschichtungsvorgangs reagieren. Ferner wird beim elektrochemischen Entschichten die Steuerung von Strom und Spannung dem Grundwerkstoff des Bauteils und der zu entschichtenden Beschichtung (Art, Dicke, Größe), angepaßt.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand je eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf jeweils eine Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 einen integral beschaufelten Rotorträger einer Gasturbine und
  • Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum lokalen Beschichten eines Bauteils, mit dem das Verfahren zum lokalen Entschichten von Bauteilen durchgeführt werden kann.
  • Fig. 1 zeigt einen integral beschaufelten Rotor 1 einer Gasturbine bzw. eines Flugtriebwerks, an dessen Umfangsfläche 2 eine Vielzahl von Schaufeln 3 integral vorgesehen sind. Der Rotor 1 ist ein metallisches Bauteil. Der Rotor 1 und die Schaufeln 3 bestehen vorliegend aus einer Titanlegierung. Die Schaufeln 3 sind an ihren Schaufelspitzen 4 mit (nicht dargestellten) Schaufelspitzenpanzerungen versehen, die Hartpartikel enthalten. Beim Betrieb der Gasturbine können lokale Beschädigungen dieser Schaufelspitzenpanzerungen an einzelnen Schaufeln 3 auftreten.
  • In einer Ausgestaltung des Verfahrens zum lokalen Entschichten wird der Rotor 1 in einer (nicht gezeigten) Halteeinrichtung gehalten und so positioniert, dass der zu entschichtende Bereich der Schaufelspitzenpanzerung einer Schaufel 4 mit einem Entschichtungsflüssigkeit enthaltenden Medium in Kontakt gebracht, mit Entschichtungsflüssigkeit benetzt und in einem elektrochemischen Vorgang entschichtet wird. Als Entschichtungsflüssigkeit wird verdünnte Schwefelsäure eingesetzt. Das Medium ist in eine Aufnahmeeinrichtung eingesetzt, deren Form der Schaufelspitze 4 so angepasst ist, dass diese vollständig von dem die Schwefelsäure enthaltenden Medium bedeckt ist. Das Medium besteht vorliegend aus einem synthetischen Fasermaterial.
  • Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum lokalen Entschichten des Rotors 1 umfaßt eine (nicht dargestellte) Stromquelle, an die der Rotor 1 anodisch angeschlossen ist. Die Vorrichtung umfaßt ferner eine Kathode aus platiniertem Titan, die ebenfalls das Medium mit der Entschichtungsflüssigkeit kontaktiert. Das elektrochemische Entschichten erfolgt bei Raumtemperatur unter Anlegen einer Spannung kleiner 10 Volt über einen Zeitraum von 24 bis 48 Stunden. Bei Erhöhung der Temperatur der Entschichtungsflüssigkeit mit einer Wärmequelle auf 40 bis 60°C verkürzt sich bei gleichen Randbedingungen der Zeitraum auf 12 bis 15 Stunden. Dabei wird dem Medium kontinuierlich als Elektrolyt dienende Entschichtungsflüssigkeit zugeführt, die den zu entschichtenden Bereich an der Schaufelspitze 4 der Schaufel 3 benetzt und ein lokales Auflösen der beschädigten Schaufelspitzenpanzerung bewirkt.
  • Durch Vorsehen mehrerer Aufnahmeeinrichtungen, die jeweils das Medium mit dem Elektrolyten Schwefelsäure enthalten, können an mehreren Schaufeln 3 gleichzeitig beschädigte Schaufelspitzenpanzerungen entfernt werden.
  • Alternativ kann das oben beschriebene Verfahren ohne Stromquelle und Kathode durchgeführt werden, wenn das Medium in der Aufnahmeeinrichtung mit einer chemisch aktiven Entschichtungsflüssigkeit versorgt wird, welche die beschädigten Schaufelspitzenpanzerungen durch einen chemischen Prozeß auflösen.
  • Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Einzelschaufel 5, die mit ihrem Schaufelfuß 6 zusammen mit einer Vielzahl weiterer Schaufeln am Umfang eines Schaufelträgers einer Gasturbine lösbar befestigt wird. Die Einzelschaufel 5 (oder andere lokal zu entschichtende Bauteile) besteht aus einer Ti-Basis-Legierung. Alternativ könnte die Einzelschaufel 5 z. B. auch aus einer Ni- oder Co-Basis-Legierung bestehen. Die Schaufel 5 weist an ihrer Schaufelspitze 7 eine Beschichtung in Form einer Schaufelspitzenpanzerung, die Hartpartikel aufweist, auf.
  • Zum elektrochemischen Entschichten dieser im Betrieb zumindest teilweise beschädigten Schaufelspitzenpanzerung wird eine (nicht gezeigte) Stromquelle und eine Kathode 8 vorgesehen. Die Einzelschaufel 5 wird über den Kontakt 9 anodisch an der Stromquelle angeschlossen. Eine Aufnahmeeinrichtung 10 für das Medium weist einen Zulauf 11 für eine Entschichtungsflüssigkeit, die ein Elektrolyt ist, auf im Inneren der Aufnahmeeinrichtung 10 ist das den Elektrolyten aufnehmende, saugfähige Medium vorgesehen, das sowohl mit der Schaufel 5 als auch der Kathode 8 in Kontakt steht. Das elektrochemische Entschichten erfolgt durch Anlegen einer Spannung bei Raumtemperatur über einen Zeitraum von 12 bis 48 Stunden. Über den Zulauf 11 wird dem saugfähigen Medium ständig verdünnte Schwefelsäure als Elektrolyt zugeführt, welche sowohl den zu entschichtenden Bereich an der Schaufelspitze 7 ebenso wie die Kathode 8 benetzt. Über den Ablauf 12 wird der Aufnahmeeinrichtung 10 bzw. dem saugfähigen Medium Flüssigkeit entnommen.
  • In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird dem in der Aufnahmeeinrichtung 10 vorgesehenen, saugfähigen Medium eine chemisch aktive Entschichtungsflüssigkeit zugeführt, durch welche die beschädigte Schaufelspitzenpanzerung im Rahmen eines chemischen Prozesses lokal an- bzw. aufgelöst wird.
  • Bei sämtlichen Ausgestaltungen des chemischen oder elektrochemischen Verfahrens werden ausschließlich die beschichteten Bereiche des Bauteils mit der chemisch aktiven oder elektrochemisch aktiven Entschichtungsflüssigkeit in Kontakt gebracht, so dass die unbeschichteten Bauteilbereiche ohne zusätzliche Abdeckung keinem Oberflächenangriff ausgesetzt sind. Durch Vorsehen mehrerer, das saugfähige bzw. flüssigkeitsaufnehmende Medium enthaltender Aufnahmeeinrichtungen können sämtliche beschädigte Schaufelspitzenpanzerungen eines integral beschaufelten Rotors in einem Verfahrensablauf chemisch oder alternativ elektrochemisch entschichtet werden.

Claims (27)

1. Verfahren zum lokalen Entschichten von Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, dass ein wenigstens abschnittsweise mit einer Beschichtung versehenes Bauteil (1, 5) bereitgestellt wird, ein saugfähiges Medium bereitgestellt wird, das Medium mit einer Entschichtungsflüssigkeit versorgt wird und das die Entschichtungsflüssigkeit enthaltende Medium mit dem zu entschichtenden Bereich des Bauteils (1, 5) in Kontakt gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Medium Watte oder ein Schwamm oder ein poröses Material bereitgestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material keramisch oder synthetisch ist.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entschichtungsflüssigkeit dem Medium kontinuierlich zugeführt und Flüssigkeit aus dem Medium abgeführt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt des Bauteils (1, 5) mit der Entschichtungsflüssigkeit über einen Zeitraum gehalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Zeitraum von wenigen Minuten bis 48 Stunden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen Zeitraum von 12 bis 48 Stunden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium in einer Aufnahme positioniert und gehalten wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Aufnahme entsprechend der Form des Bauteils (1, 5) in dessen zu entschichtenden Bereich ausgebildet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme mit wenigstens einem Zulauf und wenigstens einem Ablauf für Flüssigkeit ausgebildet wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Entschichtungsflüssigkeit eine Säure oder eine Lauge oder eine Salzlösung oder eine Mischung der Vorgenannten bereitgestellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Säure Salzsäure oder Schwefelsäure oder eine Mischung der Vorgenannten bereitgestellt wird.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1, 5) durch Kontakt mit der Entschichtungsflüssigkeit chemisch oder elektrochemisch entschichtet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine chemisch aktive oder elektrochemisch aktive Entschichtungsflüssigkeit bereitgestellt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei elektrochemischer Entschichtung das Bauteil (1, 5) anodisch geschaltet bzw. anodisch-kathodisch gepulst wird und eine zum Bauteil (1, 5) beabstandete Kathode bereitgestellt und in Kontakt mit der Entschichtungsflüssigkeit gebracht wird.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zu entschichtendes Bauteil (1, 5) ein metallisches oder keramisches Gasturbinenbauteil bereitgestellt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasturbinenbauteil eine Schaufel (5) oder ein integral beschaufelter Rotorträger (1) ist.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entschichtungsflüssigkeit über Raumtemperatur erwärmt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die entschichtungsflüssigkeit auf eine Temperatur über 40°C erwärmt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Entschichtungsflüssigkeit auf eine Temperatur im Bereich von 40 bis 60°C erwärmt wird.
21. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Schaufelspitzenpanzerung ist.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium und der zu entschichtende Bereich des Bauteils (1, 5) relativ zueinander bewegt werden.
23. Vorrichtung zum lokalen Entschichten von Bauteilen, gekennzeichnet durch wenigstens eine Halteeinrichtung für ein wenigstens abschnittsweise mit einer Beschichtung versehenes Bauteil (1, 5) und wenigstens eine Aufnahmeeinrichtung (10) für ein saugfähiges, eine Entschichtungsflüssigkeit enthaltendes Medium, wobei die Halte- und/oder die Aufnahmeeinrichtung so positionierbar sind, dass das die Entschichtungsflüssigkeit enthaltende Medium den zu entschichtenden Bereich des Bauteils (1, 5) kontaktiert.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (10) wenigstens einen Zulauf (11) für die Entschichtungsflüssigkeit und wenigstens einen Ablauf (12) für Flüssigkeit aufweist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, gekennzeichnet durch mehrere Aufnahmeeinrichtungen (10) zum gleichzeitigen Entschichten mehrerer Beschichtungen bzw. Beschichtungsbereiche eines Bauteils oder mehrerer Bauteile (1, 5).
26. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 23 bis 25, gekennzeichnet durch eine Stromquelle, an die das Bauteil anodisch bzw. durch Umpolung anodisch-kathodisch geschaltet ist, und eine das Medium kontaktierende Kathode (8).
27. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 23 bis 26, gekennzeichnet durch eine Wärmequelle zur Erwärmung der Entschichtungsflüssigkeit.
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