DE60300807T2

DE60300807T2 - Verfahren zur Gasphasenaluminisierung einer teilweise mit einem Maskierungsgehäuse maskierten Gasturbinenschaufel

Info

Publication number: DE60300807T2
Application number: DE60300807T
Authority: DE
Inventors: Nigel Brian Thomas Danvers Langley; Kwok Heng Yow
Original assignee: GE Aviation Service Operation LLP
Current assignee: GE Aviation Service Operation LLP
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2023-09-26
Also published as: CA2441490A1; DE60300807D1; SG108939A1; JP2004116529A; US20040062864A1; BR0303896A; BR0303896B1; CA2441490C; JP4279104B2; EP1403395A1; EP1403395B1; US6863927B2

Description

Diese Erfindung betrifft Gasturbinentriebwerksschaufeln, die in Gasturbinentriebwerken verwendet werden, und insbesondere das selektive Schützen von Abschnitten der Gasturbinenschaufeln mittels einer Schutzbeschichtung.
In einem Flugzeug-Gasturbinen-(strahl)-Triebwerk wird Luft in die Vorderseite des Triebwerks eingesaugt, durch einen auf einer Welle montierten Kompressor komprimiert und mit Brennstoff vermischt. Das Gemisch wird verbrannt und die heißen Verbrennungsgase werden durch eine auf derselben Welle montierte Turbine geleitet. Der Strom der Verbrennungsgase dreht die Turbine durch Aufprall auf einen Schaufelblattabschnitt der Turbinenlaufschaufeln und -leitschaufeln, was wiederum die Welle dreht und Energie an den Kompressor liefert. Die heißen Abgase strömen aus der Rückseite des Triebwerks aus und treiben dieses und das Flugzeug dabei vorwärts.
Je heißer die Verbrennungs- und Abgase sind, desto effizienter ist der Betrieb des Strahltriebwerks. Es besteht daher ein Anreiz zur Erhöhung der Verbrennungs- und Abgastemperaturen. Die maximale Temperatur der Verbrennungsgase ist normalerweise durch die Materialien beschränkt, die zum Herstellen der Heißabschnittskomponenten des Triebwerks verwendet werden. Diese Komponenten umfassen die Turbinenleitschaufeln und Turbinenlaufschaufeln der Gasturbine, auf welche die heißen Verbindungsgase direkt auftreffen. In derzeitigen Triebwerken werden die Turbinenleitschaufeln und Laufschaufeln aus Nickelbasis-Superlegierungen hergestellt und können bei Temperaturen bis zu etwa 983 bis 1149°C (1800 bis 2100 °F) arbeiten. Diese Komponenten sind empfindlich gegen Oxidation und korrosiven Medien.
Es wurden bereits viele Verfahren angewendet, um die Betriebstemperaturgrenzen und Betriebslebensdauern der Turbinenlaufschaufel und -leitschaufeln auf ihre derzeitigen Werte unter gleichzeitige Erzielung akzeptabler Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Die Zusammensetzung und Verarbeitung der Basismaterialien selbst wurden bereits verbessert. Es werden Kühltechniken angewendet, indem beispielsweise die Komponente mit internen Kühlkanälen versehen wird, durch welche man Kühlluft strömen lässt.
In einem weiteren zum Schutz der Heißabschnitts-Komponenten angewendeten Verfahren wird ein Abschnitt der Oberflächen der Turbinenlaufschaufeln mit einer Schutzbeschichtung beschichtet. Ein Schutzbeschichtungstyp umfasst eine aluminiumhaltige Schutzbeschichtung, die auf dem zu schützenden Substratmaterial abgeschieden wird. Die freiliegende Oberfläche der aluminiumhaltigen Schutzbeschichtung oxidiert unter Ausbildung eine Aluminiumoxidschutzschicht, die das darunterliegende Substrat schützt.
Unterschiedliche Abschnitte der Gasturbinenschaufel erfordern unterschiedliche Arten und Dicken an Schutzbeschichtungen, und auf einigen Abschnitten darf sich keine Beschichtung befinden. Die Aufbringung der unterschiedlichen Arten und Dicken von Schutzbeschichtungen in einigen Bereichen und die Verhinderung einer Beschichtungsabscheidung in anderen Bereichen kann bei Anwendung der effizientesten Beschich tungstechniken schwierige Probleme für Gasturbinenschaufeln bereiten, welche neu hergestellt oder repariert werden, und welche bereits bestehende Beschichtungen aufweisen und/oder neu aufgebrachte Beschichtungen benötigen. In vielen Fällen ist es schwierig, die gewünschte Kombination von Schutzbeschichtungen und unbeschichteten Oberflächen zu erzielen. Es besteht ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren für solche Beschichtungsprozesse, um die erforderliche Selektivität in dem Vorhandensein und der Dicke der Schutzbeschichtung in einigen Bereichen zu erzielen, und deren Abwesenheit in anderen Bereichen sicherzustellen. Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedarf und stellt weitere diesbezügliche Vorteile bereit.
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß Anspruch 1 oder 6 ein Verfahren zum selektiven Schützen einer Gasturbinentriebwerksschaufel durch Abscheiden von Beschichtungen einer gewünschten Art und Dicke in einigen Bereichen und die Verhinderung der Beschichtung in anderen Bereichen. Das Verfahren nutzt eine Dampfphasen-Aluminisierung, eine Beschichtungstechnik, die im Vergleich zu alternativen Verfahren, wie zum Beispiel Pulver-Aluminisierung, relativ wirtschaftlich und umweltfreundlich ist. Es können Übergangszonen zwischen den beschichteten und unbeschichteten Bereichen von nicht mehr als etwa 3,175 mm (1/8 Inch) erzielt werden.
Ein Verfahren zum selektiven Schützen einer Gasturbinenschaufel umfasst die Schritte der Bereitstellung einer Gasturbinenschaufel mit einem Schaufelblatt, einem Fuß mit einem Schwalbenschwanz und mit einer Oberseite und einer Unterseite dazwischen und das Bereitstellen eines Maskierungsgehäuses.
Das Maskierungsgehäuse umfasst ein Schaufelblattgehäuse mit einer oberen Abdichtungsplatte mit einer oberen durch sie hindurch führenden Öffnung und solchen Abmessung, dass sie das Schaufelblatt der Gasturbinenschaufel darin aufnimmt, wobei sich das Schaufelblatt durch die obere Öffnung und die obere Abdichtungsplatte erstreckt, welche die Oberseite der Plattform berührt. Das Maskierungsgehäuse umfasst ferner ein Schwalbenschwanzgehäuse mit einer Schwalbenschwanzführung darin, die ein unteres Ende des Schwalbenschwanzes in sich aufnimmt und eine untere Abdichtungsplatte mit einer unteren Durchtrittsöffnung und solchen Abmessungen enthält, dass sie um den Fuß herum passt. Die Gasturbinentriebwerksschaufel wird in dem Maskierungsgehäuse platziert, um eine Aluminisierungsanordnung zu erzeugen. Die Aluminisierungsanordnung mit der Gasturbinenschaufel mit ihrem Schaufelblatt und ihrem Schwalbenschwanz innerhalb des Maskierungsgehäuses wird Dampfphasen-aluminisiert, so dass Aluminium auf einem freiliegenden Abschnitt der Gasturbinentriebwerksschaufel abgeschieden wird, welcher sich nicht innerhalb des Maskierungsgehäuses befindet.
In einer interessierenden Anwendung war die Gasturbinenschaufel zuvor in Einsatz und wird gereinigt, bevor sie in dem Maskierungsgehäuse untergebracht wird.
Die obere Öffnung des Schaufelblattgehäuses hat erwünschtermaßen solche Abmessungen, dass ein oberer Spalt zwischen den Schaufelblatt und der oberen Öffnung nicht größer als etwa 0,127 mm (0,005 inches) ist. In ähnlicher Weise hat die untere Öffnung solche Abmessungen, dass ein unterer Spalt zwischen dem Fuß und der unteren Öffnung nicht größer als et wa 0,0254 mm (0,001 inches) ist. Dieser enge Sitz zwischen den Öffnungen und den entsprechenden Abschnitten der Turbinenschaufel trägt zu einer Verhinderung des Eindringens des aluminiumhaltigen Gases während des Aluminisierungsschrittes bei. Zusätzlich kann die obere Öffnung so profiliert werden, dass sie einer an die Plattform angrenzenden Form des Schaufelblattes entspricht. Ein Zwischenraum zwischen dem Schwalbenschwanz und dem Schwalbenschwanzgehäuse kann mit einem Maskierungspulver gefüllt werden, um die Möglichkeit zu reduzieren, dass das Aluminisierungsgas durch den Spalt zwischen dem Fuß und der unteren Öffnung eindringt.
Um einen Aluminiumverlust von dem Schaufelblatt in den Situationen zu vermeiden, in denen es bereits zuvor aluminisiert war, kann eine aluminiumhaltige Beschichtung auf einer Innenfläche des Schaufelblattgehäuses abgeschieden werden.
Bevorzugt ist das Schaufelblattgehäuse nicht in einem Stück mit dem Schwalbenschwanzgehäuse ausgeführt. Das Schwalbenschwanzgehäuse besitzt ist üblicherweise eine abnehmbare Endplatte, die solchen Abmessung hat, dass sie die Unterbringung des Schwalbenschwanzes in dem Schwalbenschwanzgehäuse ermöglicht.
Die Dampfphasen-Aluminisierung kann mittels jedes durchführbaren Verfahrens ausgeführt werden. Bevorzugt wird die Aluminisierungsanordnung aus einer Feststoff-Aluminiumquelle aluminisiert, die nicht in physikalischem Kontakt mit der Aluminisierungsanordnung steht.
Dampfphasen-Aluminisierung ist ein effizientes, schnelles, umweltfreundliches Verfahren zur Abscheidung einer aluminiumhaltigen Schicht in den für Gasturbinenschutzbeschichtungen erforderlichen Dicken. Es ist jedoch schwierig, selektiv und genau das Aluminium nur auf den Bereichen das Gasturbinenschaufelblattes abzuscheiden, wo es erforderlich ist, ohne es auch an anderen Abschnitten, wie zum Beispiel dem Schwalbenschwanz abzuscheiden, wo dessen Vorhandensein nicht zulässig ist. Es wurden bereits viele Maskierungstechniken wurden eingesetzt, wobei aber die verfügbaren Techniken keine ausreichend gute Abgrenzung der maskierten von den unmaskierten Bereichen erbringen, da der aluminiumhaltige Dampf so mobil ist, dass er durch die oder um die meisten Masken herum eindringt. Demzufolge ist die aluminiumhaltige Beschichtung oft an den Abschnitten vorhanden, die nicht zu beschichten sind, wenn herkömmliche Verfahrenswege angewendet werden. In dem vorliegenden Falle sind das eng anliegende Maskierungsgehäuse, verbunden mit der weiteren hierin diskutierten Maskierungstechnik, sehr erfolgreich in der Definition der Trennungslinie zwischen den beschichteten und unbeschichteten Bereichen. Bei einer Prüfung wurde ein Beschichtungs/Nicht-Beschichtungs-Übergang von nicht mehr als etwa 3,175 mm (1/8 inches) erzielt. Diese gute Auflösung des Beschichtungs/Nicht-Beschichtungs-Überganges ist insbesondere für kleine Gasturbinenschaufeln von nicht mehr als etwa 50,8 mm (2 inches) Gesamtlänge wichtig. Zusätzlich ist das wieder verwendbare Maskierungsgehäuse sehr kosteneffektiv im Vergleich zu komplexeren Einmalmaskierungstechniken, wie zum Beispiel Band, Brei oder Pulvermasken, einzusetzen. Die Poduktionseffizienz mit dem vorliegenden Verfahren kann sogar noch weiter verbessert werden, indem das Maskierungsgehäuse so aufgebaut wird, dass zwei oder mehr Gasturbinentriebwerks schaufeln in dem Maskierungsgehäuse untergebracht werden können.
Die Erfindung wird nun detaillierter im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Gasturbinenschaufel;
2 ist ein Blockflussdiagramm eines Verfahrens zum selektiven Schützen der Gasturbinenschaufel;
3 ist eine schematische Schnittendansicht der Gasturbinenschaufel in dem Maskierungsgehäuse; und
4 ist eine schematische Seitenschnittansicht der Gasturbinenschaufel in dem Maskierungsgehäuse.
1 stellt eine Gasturbinenschaufel 20 dar, welche bevorzugt bereits im Einsatz war oder welche ein neu hergestellter Artikel sein kann. Die Gasturbinenschaufel 20 besitzt ein Schaufelblatt 22, auf das die Strömung des heißen Verbrennungsgases während des Einsatzes auftrifft, einen sich nach unten erstreckenden Fuß 24 und eine Befestigung in der Form eines Schwalbenschwanzes 26, der die Gasturbinenschaufel 20 an einer (nicht dargestellten) Gasturbinenscheibe des Gasturbinentriebwerks befestigt. Eine Plattform 28 erstreckt sich quer an einer Stelle zwischen dem Schaufelblatt 22 und dem Fuß 24 und dem Schwalbenschwanz 26 nach außen. Die Plattform 28 besitzt eine an das Schaufelblatt 22 angrenzende Oberseite 30 und eine an den Fuß 24 und den Schwalbenschwanz 26 angrenzende (manchmal als eine "Unterseite" der Plattform bezeichnete) untere Oberfläche 32. Ein Beispiel einer Gasturbinenschaufel 20, bei der das vorliegende Verfahren angewendet werden kann, ist die CF34-3G1 Hochdruckturbinenschaufel, obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
Die gesamte Gasturbinenschaufel 20 besteht bevorzugt aus einer Nickelbasis-Superlegierung. Eine Legierung auf Nickelbasis weist mehr Nickel als jedes andere Element auf und eine Superlegierung auf Nickelbasis ist eine Legierung auf Nickelbasis, die durch eine γ'-Phase oder eine verwandte Phase verfestigt ist. Ein Beispiel einer Nickelbasis-Superlegierung, mit welcher die vorliegende Erfindung verwendet werden kann ist die Rene^R 142, mit einer nominellen Zusammensetzung in Gewichtsprozent von etwa 12,0% Kobalt, etwa 6,8% Chrom, etwa 1,5% Molybdän, etwa 4,9% Wolfram, etwa 2,8% Rhenium, etwa 6,35% Tantal, etwa 6,15% Aluminium, etwa 1,5% Hafnium, etwa 0,12% Kohlenstoff, etwa 0,015% Bor und der Rest Nickel und Nebenelemente, wobei jedoch die Anwendung der Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
Die bevorzugte Ausführungsform wird in Bezug auf eine Gasturbinenschaufel 20 angewendet, die bereits im Einsatz war, und diese Ausführungsform wird beschrieben, obwohl die Erfindung ebenso bei neuen Artikeln verwendet werden kann. Die Gasturbinenschaufel 20, welche bereits in Einsatz war, wird als neue Gasturbinenschaufel hergestellt und dann in einem Flugzeugtriebwerksbetrieb wenigstens einmal verwendet. Während des Betriebs wird die Gasturbinenschaufel 20 Bedingungen unterworfen, welche ihre Struktur verschlechtern. Abschnitte der Gasturbinentriebwerksschaufel werden erodiert, oxidiert und/oder abgetragen, so dass sich ihre Form und Abmessungen ändern, und Beschichtungen werden zerfressen oder abgetragen. Da die Gasturbinenschaufel 20 ein teuerer Artikel ist, wird es bevorzugt, dass relativ kleine Beschädigungen repariert werden, statt dass die Gasturbinenschaufel 20 verschrottet wird. Das vorliegende Verfahren ist geschaffen, um die Gasturbinenschaufel 20 so zu reparieren, zu erneuern und zu verjüngen, dass sie wieder in den Einsatz zurückgeführt werden kann. Eine derartige Reparatur, Erneuerung und Verjüngung ist eine wichtige Funktion, welche die wirtschaftliche Rentabilität von Flugzeug-Gasturbinentriebwerken verbessert, indem ansonsten unbrauchbare Gasturbinenschaufeln in einen anschließenden Betrieb nach einer entsprechenden Verarbeitung zurückgeführt werden.
Ein Aspekt der Reparatur besteht in einigen Fällen in der Aufbringung einer Schutzbeschichtung auf die Unterseite 32 der Plattform 28 und den angrenzenden Abschnitt des Fußes 24. Weil die Unterseite 32 der Plattform 28 und der Fuß 24 von der Strömung des heißen Verbrennungsgases, das auf das Schaufelblatt 22 auftritt, relativ isoliert sind, war es in der Vergangenheit üblich, dass sie nicht mit einer Schutzschicht versehen wurden. Da jedoch andere Eigenschaften der Gasturbinenschaufel 20 verbessert wurden, um sogar noch höhere Betriebsreparaturen für einen erhöhten Betriebwerkswirkungsgrad zu ermöglichen, wurde es offensichtlich, dass die Unterseite 32 der Plattform 28 und der benachbarte Abschnitt des Fußes 24 der Gasturbinenschaufeln 20 moderner Triebwerke Schutzbeschichtungen erfordern können, um eine Beschädigung aufgrund von Oxidation und Korrosion zu hemmen und möglicherweise zu vermeiden. Die vorliegende Erfindung befasst sich, da sie auf Gasturbinenschaufeln angewendet wird, die bereits im Einsatz waren, mit dem Umstand, bei dem es ersichtlich wird, dass eine derartige Schutzbeschichtung auf der Unterseite 32 der Plattform 28 und dem angrenzenden Abschnitt des Fußes 24 nur dann erforderlich wird, nachdem die Gasturbinenschaufel 20 im Einsatz war. Ähnliche Überlegungen treffen auf neue Gasturbinentriebwerksschaufeln zu, wenn die Notwendigkeit für die Schutzbeschichtung während des Anfangsherstellungsprozesses bekannt wird.
2 stellt ein bevorzugtes Verfahren für die Ausführung der Erfindung dar. Die Gasturbinenschaufel 20 gemäß vorstehender Beschreibung wird bei dem Schritt 40 bereitgestellt. Wenn die Gasturbinenschaufel 20 bereits im Einsatz war, wird sie als Teil des Bereitstellungsschrittes 40 gereinigt. Die Reinigung umfasst normalerweise die Entfernung von Oberflächenschmutz, Ruß, Oxiden und Korrosionsprodukten, wenigstens von den Bereichen, die in dem vorliegenden Vorgang zu beschichten sind, insbesondere die Unterseite 32 der Plattform 28 und der angrenzende Abschnitt des Fußes 24. Der Rest der Gasturbinenschaufel 20 wird typischerweise ebenfalls gereinigt. Jede ausführbare Reinigungsprozedur kann angewendet werden. Ein wirksames Verfahren besteht darin, die Turbinentriebwerkschaufel 20 mit einem schwachen Säurebad wie zum Beispiel "Diamonium-Versene" in Kontakt zu bringen, und danach die Turbinenschaufel 20 sandzustrahlen.
In Schritt 42 wird ein in den 3 bis 4 dargestelltes Maskierungsgehäuse 50 mit der darin bereitgestellten Gasturbinenschaufel 20 wird bereitgestellt. Das Maskierungsgehäuse 50 weist zwei Teile auf, ein Schaufelblattgehäuse 52 und ein Schwalbenschwanzgehäuse 54, welche bevorzugt nicht in einem Stück ausgeführt sind. Das Schaufelblattgehäuse 52 und das Schwalbenschwanzgehäuse 54 sind Kästen mit festen Wänden und in diesen ausgebildeten Öffnungen, wie sie nachstehend beschrieben werden. Die Funktion des Maskierungsgehäuses 50 ist die Verhinderung einer Aluminiumabscheidung auf den eingeschlossenen Abschnitten und das Zulassen einer Aluminiumabscheidung auf den nicht eingeschlossenen Abschnitten während des Aluminisierungsvorgangs. Die entsprechende Wände 56 und 58 der Gehäuse 52 und 54 können aus jedem bearbeitbaren Material bestehen, das sich nicht erheblich verschlechtert, wenn es den erhöhten Temperaturbedingungen des Aluminisierungsprozesses ausgesetzt wird, und bestehen bevorzugt aus einer Nickelbasis-Legierung, welche keine Partikel an die gerade bearbeitete Gasturbinenschaufel 20 abgibt. Ein Beispiel einer derartigen Nickelbasis-Legierung ist Rene^R 142.
Das Schwalbenschwanzgehäuse 54 wird typischerweise in einem kastenartigen Halter 59 gehaltert, der in 3 dargestellt ist, jedoch aus 4 zur Verdeutlichung weggelassen ist. Zwischen der Wand 58 des Schwalbenschwanzgehäuses 54 und der Wand des Halters 59 können Keile 86 platziert sein, um das Schwalbenschwanzgehäuse 54 genau zu positionieren und dessen Kippen zu verhindern.
Das Schaufelblattgehäuse 52 weist eine obere Abdichtungsplatte 60 mit einer oberen Öffnung 62 durch sie hindurch auf. Die obere Öffnung 62 ist so geformt und bemessen, dass sie das Schaufelblatt 52 der Gasturbinenschaufel 20 durch sich hindurch aufnimmt, wobei sich die Schaufel 22 durch die obere Öffnung 22 und in das Innere des Schaufelblattgehäuses 52 erstreckt. Die obere Abdichtungsplatte 60 berührt bevorzugt die Oberseite 30 der Plattform 28 und liegt mit einem engen Kontakt dazwischen darauf auf. Die obere Öffnung 62 ist bevorzugt so geformt, bemessen und dimensioniert, dass ein oberer Spalt 64 zwischen dem Schaufelblatt 22 und der oberen Öffnung 62 nicht größer als etwa 0,127 mm (0,005 inches) ist, so dass Aluminisierungsgas nicht einfach in das Innere des Schaufelblattgehäuses 52 strömen kann. Um ferner jede Strömung von Aluminisierungsgas in das Innere des Schaufelbandgehäuses 52 zu verhindern, ist die obere Abdichtungsplatte 60 mit der oberen Öffnung 62 in einer solchen geformt ausgebildet, dass sie mit einer Form des Abschnittes des Schaufelblattes 92 übereinstimmt, welche an die Plattform 28 angrenzt.
Eine Innenseite 66 der Wand 56 des Schaufelblattgehäuses 52 ist bevorzugt mit einer dünnen aluminiumhaltigen Beschichtung 68 beschichtet. Die aluminiumhaltige Beschichtung 68 verhindert während der anschließenden Erwärmung in Verbindung mit der Aluminisierung die Abtragung von Aluminium aus Beschichtungen, die bereits auf der Oberfläche des Schaufelblattes 22 innerhalb des Schaufelblattgehäuses 52 vorhanden sind.
Das Schwalbenschwanzgehäuse 54 enthält ferner eine Schwalbenschwanzführung 70 in Form eines Schlitzes, die ein unteres Ende 72 des Schwalbenschwanzes 28 in sich aufnimmt. Die Schwalbenschwanzführung 70 hält den Schwalbenschwanz 26 und somit die gesamte Gasturbinenschaufel 20 in der korrekten Orientierung im Bezug auf das Schwalbenschwanzgehäuse 54 und das Schaufelblattgehäuse 52. Die Funktion des Schwalbenschwanzgehäuses 54 ist die Verhinderung der Abscheidung von Aluminium auf dem Schwalbenschwanz 56 während des anschließenden Dampfphasen-Aluminisierungsschrittes. Eine untere Abdichtungsplatte 74 besitzt eine untere Öffnung 76 dadurch, die so geformt und bemessen ist, dass sie um den angrenzenden Abschnitt des Fußes 24 passt.
Die untere Öffnung 76 ist so geformt und bemessen, dass ein unterer Spalt 78 zwischen dem Fuß 24 und der unteren Öffnung 76 nicht größer als etwa 0,0254 mm (0,001 inches) ist, um das Eindringen des Aluminisierungsgases in das Innere des Schwalbenschwanzgehäuses 54 während des anschließenden Aluminisierungsschrittes zu minimieren. Zusätzlich kann ein Zwischenraum 80 zwischen dem Schwalbenschwanz 26 und der Wand 58 des Schwalbenschwanzgehäuse 54 optional mit einem Maskierungspulver 82 gefüllt sein, das durch ein Füllloch 84 (welches danach verschlossen wird) in der Wand 58 des Schwalbenschwanzgehäuses 54 eingefüllt wird. Das Maskierungspulver 82 ist bevorzugt eine inerte Substanz, wie zum Beispiel Aluminiumoxid.
Die Gasturbinenschaufel 20 wird in dem Maskierungsgehäuse 50 untergebracht, Schritt 44, um eine Aluminisierungsanordnung 88 auszubilden, wie sie in den 3–4 zu sehen ist. Um diese Anordnung zu erhalten, wird die Gasturbinenschaufel 20 zuerst in das Schaufelblattgehäuse 54 eingeführt. Um das Einführen der Gasturbinenschaufel in das Schwalbenschwanzgehäuse 54 zu ermöglichen, ist das Schwalbenschwanzgehäuse 54 bevorzugt mit einer abnehmbaren Endplatte 90 ausgestattet. Der Schwalbenschwanz 26 gleitet bei abgenommener Endplatte 90 in die Schwalbenschwanzführung 70 und dann wird die Endplatte 90 eingebaut. Das Schaufelblattgehäuse 52 wird über das Schaufelblatt 92 geführt. Die Aluminisierungsanordnung 88 hat das Schaufelblatt 22 und den Schwalbenschwanz 56 der Gasturbinenschaufel 20 innerhalb des Maskierungsgehäuses 50 liegen.
Die Aluminisierungsanordnung 88 wird in Schritt 46 bevorzugt aus einer festen aluminiumhaltigen Quelle, die nicht in physikalischem Kontakt mit der Aluminisierungsanordnung 88 steht, Dampfphasen-aluminisiert. Auf dem freiliegenden Abschnitt 92 der Gasturbinenschaufel 20, der sich nicht innerhalb des Maskierungsgehäuses 50 befindet, wird Aluminium abgeschieden. In der dargestellten Ausführungsform umfasst der freiliegende Abschnitt 92 die Unterseite 32 der Plattform 28 und den angrenzenden Abschnitt des Fußes 24 zwischen der Plattform 28 und dem Schwalbenschwanz 26, obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
Die Dampfphasen-Aluminisierung ist eine im Fachgebiet bekannte Prozedur und es kann jede Form einer Dampfphasen-Aluminisierung angewendet werden. In ihrer bevorzugten Form werden Körbe mit Kügelchen (Pellets) einer Chrom-Aluminium-Legierung innerhalb von etwa 25,4 mm (1 inch) der Gasturbinenschaufel, die in der Dampfphase zu aluminisieren ist, in einer Retorte angeordnet. Die die Körbe und die Turbinenschaufel 20 (typischerweise werden viele Turbinenschaufel zusammen bearbeitet) enthaltende Retorte wird in einer Argon- Atmosphäre mit einer Erwärmungsrate von etwa 27°C (50°F) pro Minute auf eine Temperatur von etwa 1079°C ± 13,5°C (1975°F ± 25°F) aufgeheizt, bei dieser Temperatur für etwa 3 Stunden ± 15 Minuten gehalten, wobei während dieser Zeit Aluminium abgeschieden wird, und dann auf etwa 121°C (250°F) und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Diese Zeiten und Temperaturen können verändert werden, um die Dicke der abgeschiedenen aluminiumhaltigen Schicht zu verändern.
Die vorliegende Erfindung wurde praktisch mit Gasturbinenschaufeln ausgeführt, die etwa 1,8 inches lang sind, indem das vorstehend diskutierte Verfahren angewendet wurde. Der Übergang zwischen dem freiliegenden Abschnitt 92 der Gasturbinenschaufel, der aluminisiert wurde und dem Schwalbenschwanz 26, der nicht aluminisiert wurde, war nur 1/8 inches, was eine genau gesteuerte Teilungslinie ergibt.

Claims

Verfahren zum selektiven Schützen einer Gasturbinentriebwerksschaufel (20) mit den Schritten: Bereitstellen der Gast-urbinentriebwerksschaufel (20) mit einem Schaufelblatt (22), einem Fuß (24) mit einem Schwalbenschwanz (26) und einer Plattform (28) mit einer Oberseite (30) und einer Unterseite (32) dazwischen; Bereitstellen eines Maskierungsgehäuses (50), bestehend aus: einem Schaufelblattgehäuse (52), das eine obere Abdichtungsplatte (60) mit einer oberen Durchtrittsöffnung (62) und solchen Abmessung aufweist, dass sie das Schaufelblatt (22) der Gasturbinentriebwerksschaufel (20) in sich aufnimmt, wobei sich das Schaufelblatt (22) durch die obere Öffnung (62) hindurch erstreckt und die obere Abdichtungsplatte (60) die Oberseite (30) der Plattform (28) berührt, und einem Schwalbenschwanzgehäuse (54), das eine Schwalbenschwanzführung (70), die ein unteres Ende (72) des Schwalbenschwanzes (26) darin aufnimmt, und eine untere Abdichtungsplatte (74) mit einer unteren Durchtrittsöffnung (76) und solchen Abmessung enthält, dass sie um den Fuß (24) herum passt, wobei ein Abschnitt (92) zwischen der Plattform (28) und dem Fuß (24) des Schaufelblattes freiliegt; anschließend Platzieren der Gasturbinentriebwerksschaufel (20) in dem Maskierungsgehäuses (50), um eine Aluminisierungsanordnung (88) zu erzeugen; und anschließend Dampfphasen-Aluminisieren der Aluminisierungsanordnung (88), wobei die Gasturbinentriebwerksschaufel (20) ihr Schaufelblatt (22) und ihren Schwalbenschwanz (26) innerhalb des Maskierungsgehäuses (50) liegen hat, so dass Aluminium auf einem freiliegenden Abschnitt (92) der Gasturbinentriebwerksschaufel (20) abgeschieden wird, welcher sich nicht innerhalb des Maskierungsgehäuses (50) befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Bereitstellung der Gasturbinenschaufel (20) die Schritte umfasst: Bereitstellen der Gasturbinenschaufel (20), welche zuvor in Einsatz war, und Reinigen der Gasturbinenschaufel (20).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt der Bereitstellung des Maskierungsgehäuses (50) den Schritt der Abscheidung einer aluminiumhaltigen Beschichtung (68) auf einer Innenfläche (66) des Schaufelblattgehäuses (52) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei bei dem Schritt der Bereitstellung des Maskierungsgehäuses (50) die obere Öffnung (62) in der Weise bemessen wird, dass ein oberer Spalt (64) zwischen dem Schaufelblatt (22) und der oberen Öffnung (62) nicht größer als etwa 0,127 mm (0,0005 inch) ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt der Bereitstellung des Maskierungsgehäuses (50) den Schritt der Bereitstellung der oberen Abdichtungsplatte (60) umfasst, wobei die obere Öffnung (62) profiliert ist, dass sie mit einer Form des Schaufelblattes (22) angrenzend an die Plattform (28) übereinstimmt.
Verfahren zum selektiven Schützen einer Gasturbinentriebwerksschaufel (20) mit den Schritten: Bereitstellen der Gasturbinentriebwerksschaufel (20), welches zuvor im Einsatz war und ein Schaufelblatt (22), einen Fuß (24) mit einem Schwalbenschwanz (26) und eine Plattform (28) mit einer Oberseite (30) und einer Unterseite (32) aufweist, wobei der Schritt der Bereitstellung der Gasturbinentriebwerksschaufel den Schritt der Reinigung der Gasturbinentriebwerksschaufel (20) umfasst; Bereitstellen eines Maskierungsgehäuses (50), bestehend aus: einem Schaufelblattgehäuse (52), das eine obere Abdichtungsplatte (60) mit einer oberen Durchtrittsöffnung (62) und solchen Abmessung aufweist, dass sie das Schaufelblatt (22) der Gasturbinentriebwerksschaufel (20) darin aufnimmt, wobei sich das Schaufelblatt (22) durch die obere Öffnung (62) hindurch erstreckt und die obere Abdichtungsplatte (60) die Oberseite (30) der Plattform (28) berührt, wobei der Schritt der Bereitstellung des Maskierungsgehäuses (50) den Schritt der Abscheidung einer aluminiumhaltigen Beschichtung (68) auf einer Innenoberfläche (66) des Schaufelblattgehäuses (52) umfasst, und einem Schwalbenschwanzgehäuse (54), das eine Schwalbenschwanzführung (70), die ein unteres Ende (72) des Schwalbenschwanzes (26) in sich aufnimmt, und eine untere Abdichtungsplatte (74) mit einer unteren Durchtrittsöffnung (76) und solchen Abmessung enthält, dass sie um den Fuß (24) herum passt, wobei ein Abschnitt (92) zwischen der Plattform (28) und dem Fuß (24) des Schaufelblattes freiliegt; anschließend Platzieren der Gasturbinentriebwerksschaufel (20) in dem Maskierungsgehäuse (50), um eine Aluminisierungsanordnung (88) zu erzeugen, wobei der Schritt der Platzierung einen Schritt der Füllung eines Raums (80) zwischen dem Schwalbenschwanz (26) und dem Schwalbenschwanzgehäuse (54) mit einem Abdeckpulver umfasst; und danach Dampfphasen-Aluminisieren der Aluminisierungsanordnung (88), wobei das Schaufelblatt (22) und der Schwalbenschwanz (26) der Gasturbinentriebwerksschaufel (20) innerhalb des Maskierungsgehäuses (50) liegen, so dass Aluminium auf einem freiliegenden Abschnitt (92) der Gasturbinentriebwerksschaufel (20) abgeschieden wird, welcher sich nicht innerhalb des Maskierungsgehäuses (50) befindet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei bei dem Schritt der Bereitstellung des Maskierungsgehäuses (50) die obere Öffnung (62) in der Weise bemessen wird, dass ein oberer Spalt (64) zwischen dem Schaufelblatt (22) und der oberen Öffnung (62) nicht größer als etwa 0,127 mm (0,0005 inch) ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Schritt der Bereitstellung des Maskierungsgehäuses (50) den Schritt der Bereitstellung der oberen Abdichtungsplatte (60) umfasst, wobei die obere Öffnung (62) so profiliert ist, dass sie mit einer Form des Schaufelblattes (22) angrenzend an die Plattform (28) übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 6, 7, 8, wobei bei dem Schritt der Bereitstellung des Maskierungsgehäuses (50) die untere Öffnung (76) in der Weise bemessen wird, dass ein unterer Spalt (78) zwischen dem Fuß (24) und der unteren Öffnung (76) nicht größer als etwa 0,254 mm (0,001 inch) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Schritt der Bereitstellung des Maskierungsgehäuses (50) den Schritt der Bereitstellung des Schaufelblattgehäuses (52) umfasst, das nicht in einem Stück mit dem Schwalbenschwanzgehäuse (54) ausgebildet ist.