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JP2002242000A - コーティング除去システム及び電気化学バスの再生方法 - Google Patents

コーティング除去システム及び電気化学バスの再生方法

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JP2002242000A
JP2002242000A JP2001383665A JP2001383665A JP2002242000A JP 2002242000 A JP2002242000 A JP 2002242000A JP 2001383665 A JP2001383665 A JP 2001383665A JP 2001383665 A JP2001383665 A JP 2001383665A JP 2002242000 A JP2002242000 A JP 2002242000A
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tank
stripping
workpiece
solution
bath
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JP2001383665A
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Mark R Jaworowski
アール． ジャウォロウスキイ マーク
Christopher C Shovlin
シー． ショブリン クリストファー
Glenn T Janowsky
テー． ジャノウスキイ グレン
Curtis H Riewe
エイチ． リーウイ カーティス
Michael A Kryzman
エー． クリズマン マイケル
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RTX Corp
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United Technologies Corp
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F1/00—Electrolytic cleaning, degreasing, pickling or descaling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F5/00—Electrolytic stripping of metallic layers or coatings

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)
  • Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多様なワークからのコーティングの除去に用
いられ得る、水管理システム等が統合されたフィードバ
ック制御システムを提供する。 【解決手段】 コーティング除去システム１０であっ
て、電解液バスに浸漬された少なくとも一つのワーク３
３からコーティングを除去するための電解液バスストリ
ッピング溶液が収容されるとともにこの電解液バス内に
浸漬された参照電極に対して少なくとも一つのワーク３
３で絶対電位が制御されるストリッピングタンク１２を
有し、ワーク３３からのコーティング除去が完了した後
にワーク３３を洗浄するための洗浄溶液が収容された洗
浄溶液タンクを有し、電解液を純粋化し、電解液を純粋
化された形態としてストリッピングタンクに戻すための
蒸留ユニットを有するシステムである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一体化された水管
理及び酸リサイクリングシステムを有するワーク（work
piece）からコーティングを除去するシステム及び方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】航空機のガスタービンエンジンは、定期
的に稼動ラインから外されて定期点検が行われる。エン
ジンのブレードやベーン（以下、これらをまとめて「エ
アフォイル」と記載する）の定期修理手順には、その表
面から、劣化したコーティングを剥がして再コーティン
グすることが含まれる。これらのコーティングは、通
常、アルミナイドコーティングまたはMCrAlYコーティン
グが用いられる。下層をなすエアフォイルのベース金属
は、通常、ニッケルベース合金又はコバルトベース王金
である。これらのコーティングによって、エアフォイル
に対して、その稼働環境下における熱腐食に対するバリ
アが形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、これらのアルミ
ナイド及びMCrAlYコーティングは、硝酸溶液（アルミナ
イドタイプコーティングを除去するため）または塩酸溶
液の高濃度溶液に、上述のパーツを高温で６時間まで浸
漬することで除去されていた。この浸漬プロセスには、
いくつかの難点がある。
【０００４】まず、上述の浸漬プロセスは、非常に労働
集約的であり、不均一で予測不能な結果を生じるおそれ
がある。浸漬プロセスが適切になされない場合、エアフ
ォイルが損傷または破壊されるおそれがある。更に、各
エアフォイルのパーツにおいては、酸の浸漬溶液に対し
てセンシティブな領域を保護するために広範囲にマスキ
ングを行う必要がある。このような領域としては、エア
フォイルの内表面やルートセクションが挙げられる。こ
れらのマスキング処理はコストが高く、修理プロセスの
時間が長くなり、また、マスキング処理が適切になされ
ない場合は、パーツの損傷及び破壊を招いてしまう。更
に、これらの浸漬プロセスは、酸溶液を多量に浪費する
おそれがある。この酸溶液は、サイクルタイムが長く、
酸溶液の加熱に多量のエネルギーを要するだけでなく、
適切に廃棄することも必要である。
【０００５】エンジンのメンテナンス及び修理におい
て、エアフォイルのコーティングを剥がす技術、即ちコ
ーティングストリッピング技術を改良することが求めら
れている。この改良されたエアフォイルのコーティング
ストリッピングプロセスは、サイクルタイムが短縮さ
れ、必要な労働力を削減することができ、廃棄物の毒性
が低く、加熱に要するエネルギーが少なく、損傷や破壊
やリサイクルが必要となるパーツが殆どなくなるように
その剥離あるいは除去結果が均一で予測可能であるもの
とすべきである。このような剥離あるいは除去プロセス
は、１９９８年１２月１８日に出願された、「エアフォ
イルのフィードバック制御剥離(FEEDBACK CONTROLLED S
TRIPPING OF AIRFOILS)」米国特許出願０９／２１６，
４６９号に開示されている。このプロセスにおいては、
コーティングは、エアフォイルの表面上の参照電極に対
して絶対電気ポテンシャル即ち絶対電位を制御しなが
ら、エアフォイルからコーティングが除去されるに十分
な時間だけ当該エアフォイルを電気化学的酸浴に浸漬さ
せることで、コーティングを電気化学的にエアフォイル
から剥離している。
【０００６】上述の剥離プロセスを商用とするために、
消費される剥離用溶液及び剥離溶液をの洗浄により生じ
る排水を管理する必要がある。そのためには、従来、大
規模な廃水処理プラントが必要とされていた。
【０００７】従って、本発明は、多様なワークからのコ
ーティングのストリッピング(剥離)あるいは除去に用い
られ得る、水管理及び電解液リサイクリングシステムが
統合されたフィードバック制御剥離システムを提供する
ことを目的とする。
【０００８】また、本発明は、上述のシステムを多様な
ワークからコーティングを剥離するための方法を提供す
ることを更なる目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の目的は、本発明に
係るシステム及び方法によって達成できる。
【００１０】本発明によれば、電解液リサイクリングが
統合されたフィードバック制御ストリッピングシステム
が提供される。これにより、ロウ付け及びはんだ付けコ
ンパウンドを希酸の冷間条件下で電位制御ストリッピン
グ(controlled potential stripping)を用いたマスキン
グを行うことなく金属から除去することができるだけで
なく、タービンブレード、ベーン、及びその他のワーク
から保護コーティングを除去することが可能となる。こ
の酸蒸留に基づいたリサイクリングシステムを統合する
ことにより、ストリッピング溶液の化学的性質を安定さ
せる一方で、このプロセスから生成される化学廃棄物の
体積を最小限に抑えることが可能となる。廃棄排水ゼロ
装置を統合することで、このシステムを、中央排水処理
プラントのない施設に配置することが可能となる。
【００１１】本発明に係るコーティング除去システム
は、電解液バスに浸漬された少なくとも一つのワークか
らコーティングを除去するための電解液バスストリッピ
ング溶液が収容されるとともにこの電解液バス内に浸漬
された参照電極に対して前記少なくとも一つのワークに
おいて絶対電位が制御されたストリッピングタンクを有
し；前記少なくとも一つのワークからのコーティング除
去が完了した後に当該少なくとも一つのワークを洗浄す
るための洗浄溶液が収容された洗浄溶液タンクを有し；
かつ、前記ストリッピングタンクからの溶解金属を含ん
だ使用済みの電解液を受容して前記ストリッピングタン
クからの電解液を浄化し、電解液を浄化された形態とし
てストリッピングタンクに戻すための蒸留ユニットを有
する。商業的実施形態においては、上述のストリッピン
グタンク、洗浄溶液タンク、及び蒸留ユニットは、スキ
ッドに設けられる。このコーティング除去システムは、
システムを動作させるための制御モジュールを更に有す
る。
【００１２】酸バスストリッピング溶液を用いてワーク
からコーティングを除去してストリッピング溶液を再生
するための方法は、ワークからコーティングを除去する
に十分な時間にわたってワークを電気化学酸バスに浸漬
することでワークからコーティングを除去する一方で、
電気化学バス内のワークに対しては参照電極に対して絶
対電位が制御されて電気化学酸バスの空中への蒸留によ
って電気化学酸バスが再生されるようにする、コーティ
ングのストリッピングステップを有する。
【００１３】本発明に係るシステム及び方法のその他の
詳細を、その他の目的及び利点とともに、図面を参照し
て以下に示す。なお、図面にては、実質同一部には同一
符号を付して説明している。
【００１４】また、本発明は、以下のように構成するこ
とも可能である。
【００１５】コーティング除去システムであって、電解
液バスに浸漬された少なくとも一つのワークからコーテ
ィングを除去するための電解液バスストリッピング溶液
が収容されるとともにこの電解液バス内に浸漬された参
照電極に対して前記少なくとも一つのワークで絶対電位
が制御されるストリッピングタンクを有し、前記少なく
とも一つのワークからのコーティング除去が完了した後
に当該少なくとも一つのワークを洗浄するための洗浄溶
液が収容された洗浄溶液タンクを有し、前記ストリッピ
ングタンクからの溶解金属を含んだ電解液を受容して前
記ストリッピングタンクからの電解液を純粋化あるいは
濃縮してストリッピングタンクに戻すための蒸留ユニッ
トを有するシステム。
【００１６】好ましくは、前記ストリッピングタンク
は、前記ストリッピングタンクに浸漬された各ワークに
電流を流すための対向電極を少なくとも一つ有する。
【００１７】前記少なくとも一つの対向電極は、前記各
ワークに対称な電位分布を与えるようにデザインされた
対向電極アレイを有し、前記対向電極アレイは、電気伝
導性材料から形成され、前記参照電極は、水素参照電極
アレイとすることもできる。
【００１８】前記対向電極アレイは、フロントウォー
ル、リアウォール、これらフロントウォールとリアウォ
ールとを接続する２つのサイドウォール、及び前記フロ
ントウォールとリアウォールとの間に延びる少なくとも
一つのインサートを有し、更に、前記少なくとも一つの
ワークを保持して当該ワークを前記電解質バスストリッ
ピング溶液に浸漬させるための固定具と、前記固定具と
接触するよう前記対向電極アレイの前記ウォールの一つ
に固定された少なくとも一つのバスストリップとを有
し、これにより電流が各ワークに流れるようにしてもよ
い。
【００１９】前記ストリッピングタンク、前記リンスタ
ンク、前記蒸留ユニットは、スキッド上に設けてもよ
い。スキッドとしては、台座や基体、支持台等が挙げら
れ、このようなスキッドにストリッピングタンク、リン
スタンク、蒸留ユニットの伊津部またはすべてを一体化
することもできる。また、その他請求項に記載された装
置や手段等を併せて一体化しても良い。
【００２０】前記蒸留ユニットは、前記ストリッピング
タンクからの使用済みの電解液を受容するとともに前記
使用済みの電解液を蒸発させて溶解された金属が残るよ
うにされたボイラと、前記蒸発された電解質を受容して
前記電解質を凝縮して純粋な液相とするコンデンサと、
を有し、前記純粋な電解質が前記ストリッピングタンク
に重力によって戻されるように酸リターンラインが前記
コンデンサを前記ストリッピングタンクに接続され、前
記蒸留ユニットは、更に、前記ボイラから集められた金
属を排出するためのソレノイドバルブと、無電極導電率
プローブと、前記バルブを制御するための導電率計を有
するようにしてもよい。
【００２１】前記リンスタンクは、前記リンスタンク内
の洗浄溶液の質を監視するための導電率プローブと、前
記リンスタンク内に設けられたサーキュレーティングポ
ンプと、前記洗浄溶液から、溶解された金属を除去する
ためのフィルタと、を有するようにしてもよい。
【００２２】また、電源と、前記参照電極と前記少なく
とも一つのワークとの間の電位を測定して前記電位を表
す信号をコンピュータに送るための第１のデジタルマル
チメータと、を有し、前記電源は、前記参照電極と前記
少なくとも一つのワークとの間のターゲット電圧を維持
するための調整可能な電流出力を有し、前記コンピュー
タは、前記参照電極と前記少なくとも一つのワーク間の
電位変化の関数として電源の電流セットポイントを修正
するように用いられるようにしてもよい。
【００２３】対向電極又は前記ストリッピングタンク内
の前記少なくとも一つのワークと電源とに電気的に接続
されたシャントレジスタと、前記ストリッピングタンク
内の実際の電流を監視して前記監視された電流を表す信
号を前記コンピュータに送る第２のデジタルマルチメー
タと、セル抵抗が増加するにつれて前記セル電流に対す
る精密な調整を可能とするための電源ショーティングレ
ジスタと、を有する構成をとることもできる。
【００２４】前記ストリッピングタンク内に配置されて
前記電解質バスの電気伝導率及び温度を監視する第１の
導電率プローブと、前記第１の導電率プローブからデー
タを受けるためのデータ取得システムと、前記データ取
得システムに接続されて前記ストリッピング溶液の酸濃
度を決定するようにプログラムされた前記コンピュータ
と、前記リンスタンク内に配置されて当該リンスタンク
内の前記洗浄溶液の質を監視して前記リンス溶液の質を
表す第２の信号を生成するための第２の導電率プローブ
と、を有し、前記データ取得システムは、前記第２の信
号を前記第２の導電率プローブから受けて、前記洗浄溶
液の質をオペレータに知らせるように構成することもで
きる。
【００２５】前記ストリッピングタンク内の前記電解質
バスは、約３vol%〜約１５vol%の酸を含み、この酸は、
硝酸、塩酸のいずれかとしてもよい。
【００２６】本発明の他の形態として、電気化学バスを
用いてワークからコーティングを除去するとともに、前
記電気化学バスを再生及びリサイクルする方法であっ
て、前記電気化学バス内の前記ワークが参照電極に対し
て絶対電位が制御された状態に維持された状態で、前記
ワークから前記コーティングが除去されるに十分な時間
前記ワークを前記電気化学バスに浸漬するステップと、
大気蒸留によって、前記電気化学バスを再生するステッ
プと、を有する方法も提供される。
【００２７】好適には、前記再生するステップは、溶解
された金属が受容された前記バスから使用済みの電解質
をボイラへと導入するステップと、前記ボイラ内に溶解
された金属を残して前記使用済みの電解質を蒸発させる
ステップと、前記蒸発された電解質を液相に凝縮させる
ステップと、前記電解質を前記電気化学バスに再導入す
るステップと、を有する。
【００２８】前記溶解された金属を、濃縮された状態で
前記ボイラから排出するステップを有するようにしても
良い。
【００２９】前記コーティングの除去が完了した後に前
記ワークを前記電気化学バスから除去して、当該ワーク
をリンスタンク内でリンス溶液に浸漬させ、リンス溶液
の質を監視して前記質が許容できない場合にはオペレー
タにそのことを通知し、前記電気化学バス及び前記ワー
クが収容されたタンク内の電極アレイと前記ワークに電
流を流す前記電気化学バスの電流出力を調整することで
前記除去するステップの間ターゲット電位を維持し、前
記ワーク及び前記電気化学バスが収容された前記タンク
内のセル電流を監視する、構成も提供される。
【００３０】前記セル電流を監視するステップは、シャ
ントレジスタを配置して、前記シャントレジスタに係る
電圧をデジタルマルチメータを用いて測定することを含
むようにしてもよい。
【００３１】ショーティングレジスタを用意し、セル抵
抗が増加するにつれて前記セル電流が精密に調整可能と
なるように前記ショーティングレジスタを用いる構成と
してもよい。
【００３２】前記電気化学バスの温度と伝導率とを監視
し、監視された伝導率と温度とを用いて前記電気化学バ
ス溶液の金属量を決定する構成も提供される。
【００３３】
【発明の実施の形態】ここでは、「参照電極に対して制
御された絶対電位」とは、電気化学酸バス内の３線式電
極セットアップにおける不分極参照電極と、エアフォイ
ル（動作電極として）と、の間で測定された電位が、エ
アフォイルのベースメタルからコーティングのストリッ
ピングが適切なレートとなるように制御されることを意
味する。
【００３４】また、「エアフォイル上の制御された電流
密度」は、エアフォイルの絶対電位が電気化学酸バス内
に存在する不分極電極参照電極に対して監視され、一
方、電流は、電気化学酸バス内のカウンタ電極即ち対向
電極とエアフォイルとの間の電流として測定されること
を意味する。
【００３５】「３線式電極セットアップ」とは、エアフ
ォイルを作動電極（working electrode)として用いる一
方で少なくともひとつの対向電極と不分極化された参照
電極を電気化学酸バス内に有することを意味する。
【００３６】「コーティング」とは、エアフォイルに形
成されるコーティングであって、例えば、バリアコーテ
ィング、金属パーツに用いられるはんだ付け又はロウ付
けコンパウンド、鋼製のコンポーネントに形成された電
気メッキ等をいう。
【００３７】本発明において、タービンブレードやベー
ン及びその他の金属オブジェクト等のワークからのコー
ティングのストリッピングを行うため、及び/または、
金属ワークからのロウ付けやはんだ付けコンパウンドの
除去に用いられる技術は、ワークに対して外部からアノ
ード電流（external anodic current）を流し、これに
よりワークの電位を上昇させることに基づいている。従
って、従来の浸漬プロセスよりも低い酸濃度、低い動作
温度、及び/または短時間の少なくともいずれかを達成
したうえで、酸ストリッピングプロセスのレートを、大
きく上昇させることができる。このように従来よりも穏
やかな溶液、低温、又は短い反応時間あるいはこれらの
組み合わせを用いることにより、従来よりも低コストで
かつ複雑でないマスキング材を用いることが可能となっ
ている。更に、コーティング材が除去される際には、電
気化学電流を自動的に停止又は反転させることで、所望
のストリッピング効果を、過度のストリッピング及び/
またはそれによるワークの破壊や損傷を招くことなく達
成することも可能である。
【００３８】本発明は、絶対電位が制御されたストリッ
ピングを行うことで達成される。ｋのプロセスにより除
去可能なコーティングとしては、１つあるいは複数のア
ルミナイド−タイプコーティング又は１つあるいは複数
のMCrAlYタイプコーティングあるいはこれらの混合物が
挙げられる。MCrAlYタイプコーティングの一例として
は、NiCoCrAlY、NiCrAlY及び/またはCoCrAlYが挙げられ
る。本発明の技術は、ロウ付けやはんだ付けコンパウン
ドを金属コンポーネントから除去するのにも用いること
ができる。
【００３９】電位が制御されたストリッピングにおいて
は、好適には、酸バス内のワークに対して一定の絶対電
位がかけられる。一定値の電圧をかけることで、コーテ
ィング／ロウ付け／はんだ付け材質を溶解させるための
活性化エネルギーが得られ、かつ、コーティング／ロウ
付け／はんだ付け材料とワークのベース材との間の固有
腐食電流密度に差が生じる。これに代えて、状況によっ
ては、参照電極に対して絶対電位を可変とすることが望
まれる場合も生じる。ワークの絶対電位を制御すること
で、コーティング除去レートは、時間と共に変化する
（即ち、除去が進むにつれてレートが小さくなる）。こ
の形態においては、コーティング／ロウ付け／はんだ付
けの除去に対して良好な選択性が得られるが、電源の電
位を一定とする、つまりポテンシオスタットな状態とす
るという複雑な処理が必要となる。従って、選択制が主
に問題となるときは、制御された絶対電位ストリッピン
グが好適である。
【００４０】この電気化学反応を進行させるにあたって
は、最適な電位を選択することが望ましい。この最適レ
ベルは、ワーク金属からのコーティングされた材質、ロ
ウ付けされた材質、はんだ付けされた材質のストリッピ
ングが選択的に行われる最適ポイントが見つかるよう
に、コーティングされストリッピングされているワーク
の電流密度を測定することによって知ることができる。
【００４１】好適には、電気化学的タンクは、標準的な
酸耐性材質のいずれでもよい。ワークに対して、外部ア
ニオニック電流（external anionic current)を流して
もよく、このワークは、タンク内の酸性電解質に完全あ
るいは部分的に浸漬することが可能である。このバスで
は、ワークそのものが作動電極となる。一つ以上の対向
電極(好適には、標準的なグラファイト電極)がバス内に
設けられることとなる。バス内には、参照電極(Ag/AgCl
又は水素参照電極)もまた設けられる。特に、ワークを
最初に適切にマスクして(従来の浸漬プロセス即ちソー
キングプロセスにおいて要求されたマスクよりも小さく
できる)、酸にセンシティブな領域がカバーされるよう
にしてもよい。好適には、ワークは、ワークのルート部
またはベース部に固定された絶縁取付具に固定される。
上記ルートまたはベースセクションは、バスに浸漬させ
なくともよく、このことから、従来の浸漬ストリッピン
グプロセスとは異なり、マスキングは不要である。この
一つ以上のワークを保持するための絶縁取付具は、好適
には、チタン又はその他の貴金属よりなる。他の形態で
は、ワークのルート部またはベース部、及びその他の酸
にセンシティブな部位をマスキングした後に、ワークを
完全に浸漬させる。
【００４２】動作においては、ワークのコーティングさ
れた／ロウ付け、はんだ付けされたワークのルート又は
ベース部は、好適には、チタン固定具またはその他のタ
イプの絶縁固定具に固定、あるいはクランプされる。そ
の後、ワークを部分的又は完全に酸溶液に浸漬させる。
そして、ワークの絶対電位が制御された状態として電流
が流される。バス内のワークの電位を測定あるいは監視
するために、参照電極が用いられる。電位が制御された
ストリッピングにおいては、参照電極は、ポテンシオス
タット／ガルバノスタットに接続され、これによって、
ストリッピングの程度が監視される。
【００４３】電気化学的ストリッピングバスには、適切
な酸溶液のいずれかが入れられる。好適には、酸は、硝
酸又は塩酸である。酸の濃度は、濃縮溶液までのどの濃
度でもよい。約３vol%〜５vol%のテクニカルグレード(t
echnical grade)の酸水溶液(最も好適には硝酸またはＨ
Ｃｌ水溶液)とすることが好適である。酸溶液がより濃
縮されると、より選択性が高くなるからである。
【００４４】本発明を実効するために用いられる電気化
学的オペレーションは、ワークのベース金属を害するこ
となくコーティング／はんだ／ロウをワークから除去す
ることのできる適切な時間及び温度を用いて実行され
る。好適には、これらのストリッピングオペレーション
は、室温において約１５分から３００分実効されるこれ
らの条件は、従来の浸漬プロセスよりも低温かつ短時間
なものとなっている。
【００４５】ストリッピングプロセスの終点は、通常の
終点検出技術によって予測することができる。これらの
終点検出技術としては、電流／時間のカーブを電流がゼ
ロとなるのに対応した時間にまで直線外挿、初期電流か
ら測定された電流への所定の比、所定の交流電流(ＡＣ)
または電圧測定、プロセスが停止あるいは逆反応が開始
される所定の絶対定量終点の電流値を用いることが挙げ
られる。
【００４６】以下の試験例を通じて、本発明を更に説明
する。
【００４７】試験例１−４ 試験例１ アルミナイドコーティングの電位が制御されたストリッ
ピング アルミナイドコーティングがなされた(約０．００１''
厚)６つのエアフォイル(PW4000 2nd ステージ ブレー
ド、単結晶ニッケル−ベース超合金ベース金属)を用意
し、そのルートセクションをチタン固定具にクランプし
た。これらのコーティングされたエアフォイルは、５０
００時間〜１１０００時間エンジンで用いられたもので
ある。これらの６つのエアフォイルは、室温で５vol%の
塩酸水溶液が収容されたタンクに、チップ−ダウン(tip
-down)方向で、即ちエアフォイルの先端が下方を向くよ
うにして浸漬された。エアフォイルのブレードのプラッ
トフォームレベルまでが浸漬されるようにして、コーテ
ィングの除去が必要な領域に酸溶液が接触する一方で、
ルートセクションには酸溶液が接触しないようにした。
【００４８】上述の酸タンクは、対向電極として機能す
る、３つのグラファイトプレートを備えたインサートを
も有する。また、このタンクは、銀／塩化銀参照電極
(例えば、GMC Corrosion社(Ontario, CA)製のモデルA6-
4-PT)も備える。
【００４９】回路が開放状態においては、ブレードは、
Ag/AgClに対して-350mVの電位を示した。Ag/AgCl参照電
極に対するブレードの電位は、外部電源によって、＋20
0mV(この値は、コーティング除去に対しての-350mV〜＋
500mVにおける選択性が最も高くなるように、実験的に
定められた値である)に調整された。ブレードと対向電
極アセンブリの間の電流を監視(電流／時間の波形の微
分に基づく外挿ゼロ点アルゴリズムによって)して、ア
ルミナイドコーティングが完全に除去される時点を決定
した。４５分後に、コーティングは完全にストリップさ
れ、電流が止められ、エアフォイルがストリッピングバ
スから引き上げられた。
【００５０】コーティング除去が完全であることは、非
破壊にて、６つのエアフォイルのうちの一つを１０５０
°Fにおける空気中での加熱着色によって特徴的な青が
発色することで確認された。加えて、他のエアフォイル
を切断し、メタログラフによって、コーティングの除去
及びベース金属の損傷がないことも確認された。 試験例２ MCrAlYコーティングの電位が制御されたストリッピング NiCoCrAlYコーティングがなされた(約０．００４''厚)
６つのエアフォイル(PW4000 １st ステージ ブレード、
単結晶ニッケル−ベース超合金ベース金属)を用意し、
そのルートセクションをチタン固定具にクランプした。
これらのコーティングされたエアフォイルは、５０００
時間〜１１０００時間エンジンで用いられたものであ
る。これらの６つのエアフォイルは、室温で５vol%の塩
酸水溶液が収容されたタンクに、チップ−ダウン(tip-d
own)方向で、即ちエアフォイルの先端が下方を向くよう
にして浸漬された。エアフォイルのブレードのプラット
フォームレベルまでが浸漬されるようにして、コーティ
ングの除去が必要な領域に酸溶液が接触する一方で、ル
ートセクションには酸溶液が接触しないようにした。
【００５１】上述の酸タンクは、対向電極として機能す
る、３つのグラファイトプレートを備えたインサートを
も有する。また、このタンクは、試験例１にて用いられ
た銀／塩化銀参照電極をも備える。
【００５２】回路が開放状態においては、ブレードは、
Ag/AgClに対して-350mVの電位を示した。Ag/AgCl参照電
極に対するブレードの電位は、外部電源によって、＋10
5mV(この値は、コーティング除去に対しての-350mV〜＋
500mVにおける選択性が最も高くなるように、実験的に
定められた値である)に調整された。ブレードと対向電
極アセンブリの間の電流を監視(電流／時間の波形の微
分に基づく外挿ゼロ点アルゴリズムによって)して、ア
ルミナイドコーティングが完全に除去される時点を決定
した。コーティングが完全にストリップされた後に、電
流が止められ、エアフォイルがストリッピングバスから
引き上げられた。
【００５３】コーティング除去が完全であることは、非
破壊にて、６つのエアフォイルのうちの一つを１０５０
°Fにおける空気中での加熱着色によって特徴的な青が
発色することで確認された。加えて、他のエアフォイル
を切断し、メタログラフによって、コーティングの除去
及びベース金属の損傷がないことも確認された。
【００５４】以上、ストリッピングプロセスについて述
べたが、次に、このプロセスを商用に適用することを主
眼として説明する。図１に、本発明に係る商用システム
１０を示す。この商用システムには、酸電解質バススト
リッピング溶液を収容したストリッピングタンク１２
と、リンス溶液、ここでは水、を収容したゼロディスチ
ャージリンスタンク１４と、ストリッピング溶液のリサ
イクル及び再生を行うための蒸留ユニット１６が、コン
テインメントスキッド１８に一体化されている。
【００５５】ストリッピングタンク１２は、酸バススト
リッピング溶液(図示せず)、参照電極２０、ストリッピ
ング溶液の質を監視するための無電極導電率プローブ２
４、例えば導電率計を備える。好適実施形態にては、参
照電極２０は、実際には、水素参照電極アレイとする。
このストリッピングタンクは、ストリッピング溶液にそ
の全部または一部が浸漬された各ワーク３３に対して対
称な溶液電位分布が得られるように設けられた対向電極
アレイ３２、例えば図３に示されるもの、を備える。こ
の対向電極アレイ３２は、グラファイトまたはその他の
適切な電気伝導性材質から形成された４つのウォール６
０，６２，６４，６６と、これもまたグラファイトある
いはその他の適切な電気伝導性材質から形成された一対
のインサート７０，７２を有する。これらのインサート
７０，７２は、コーナーピース７４またはその他の従来
知られた適切な手段によってウォール６０，６２に固定
されている。対向電極アレイ３２は、コーティング除去
されるワーク３３が対称的に包まれるようにデザインさ
れている。ここでは対向電極アレイ３２を一対のインサ
ートとして示したが、このアレイは、インサート一つだ
け、あるいは２つよりも多いインサートを用いてもよ
い。
【００５６】アレイ３２のリアウォール６２は、そのト
ップに沿って設けられたバスストリップ３６を有する。
このバスストリップ３６は、好適には、グレード２チタ
ンプレートまたはその他の適切な電気導電性材料であ
る。
【００５７】図４に、ストリッピング溶液に入れられる
ワーク３３が固定具３４に、ワークホルダ３５を用いて
クランプされた状態を示す。ワークホルダ３５は、従来
知られた任意の適切な手段を用いることができる。固定
具３４を通じて、バスストリップ３６から各ワークへと
電流が流れる。固定具３４は、従来知られた任意の手
段、例えばトラックに沿って移動可能なクレーンやホイ
スト(図示せず)を用いて、ストリッピングタンク１２に
近づく方向、離れる方向に移動可能である。固定具３４
は、また、ストリッピングオペレーションが終了した後
に、ワーク３３をリンスタンク１４へと移動させるのに
も用いることができる。リンスタンク１４では、ワーク
が洗浄され、残留ストリッピング溶液あるいは金属が除
去される。
【００５８】リンスタンク１４は、タンク内の洗浄水の
質を監視するための導電率プローブ２６を有する。ま
た、リンスタンク１４は、フィルタ２８、例えば混合樹
脂イオン交換フィルタ、と、酸及び溶解された金属の洗
浄水を純粋化するためのサーキュレーティングポンプ３
０をも有する。フィルタ２８は、好適には、常に稼働さ
れる。プローブ２６で測定されるリンスタンク１４内の
洗浄水の導電率が所定の値を超えると、修正動作が必要
であること、つまり、フィルタ２８の交換が必要である
ことが、オペレータに伝えられる。フィルタ２８が交換
されるまでシステムをロックあるいはインターロック(i
nterlock)するようにしても良い。
【００５９】図６に、蒸留ユニット１６内の使用済みの
ストリッピング溶液を空中に蒸留させることにより、酸
リカバリー及び酸再生が、ストリッピング用途のための
低コスト酸蒸留システムを用いて達成されている状態を
示す。この蒸留システムにおいては、使用済みの酸溶液
は、重力によってストリッピングタンク１２からライン
９１を通じて蒸留ユニット１６のボイラ９０へと供給さ
れ、酸が蒸発されて溶解された金属が使用済み酸溶液が
ボイラ９０に残される。このように生成された酸の上記
は、コンデンサ９２へと送られて液相に戻される。ここ
で、純粋化、または濃縮された酸は、ストリッピングタ
ンク１２へと重力によってライン９３を通じて戻る。ボ
イラ９０内に集められた溶解された金属は、１リットル
あたり総金属が約１００グラムに、効果的に濃縮され、
通常のストリッピングオペレーションに比較して排水が
１０％削減された。濃縮された溶解された金属は、周期
的に、ボイラ９０から除去される。このパージングは、
無電極導電率プローブ９６と導電率メータ９８によって
制御されて、ソレノイドバルブ９４によってなされる。
【００６０】図２に示されるように、システム１０は、
コンピュータ４２、データ取得ユニット４４、及びプロ
グラマブル電源４６を備えたモジュール４０によって制
御される。コンピュータ４２は、従来知られた、任意の
言語でにて上述の機能を実行するようにプログラムされ
た任意の適切なものを用いることができる。オペレータ
インターフェース４７は、キーボード４８、マウス(図
示せず)、ＣＲＴ５２、プッシュボタンコントローラ(図
示せず)、及びシグナルライトツリー５６がモジュール
内に設けられている。モジュール４０は、スキッド１８
に設けてもあるいは、スキッド１８とは独立に分離して
設けてもよい。図５に、本発明に係るシステム１０にて
用いられているデータ取得及び制御システムを示す。デ
ジタルマルチメータ８０が設けられて、参照電極２０
と、コーティングがストリップされる／されつつある状
態でのワーク３３との間の電圧を測定するようにされて
いる。ストリッピングプロセスでは、ＤＣ電源４６の電
流出力を調整する、好適には一定電流モードとすること
で、所定のターゲット電圧が維持される。
【００６１】ターゲット電圧を維持するために必要な調
整値は、コンピュータ４２を使用して決定され、好適に
は、セルの電流と、参照電極２０とワーク３３との間の
電位変化と、の変化に追随するプログラムにて決定され
る。電源４６の動作モードは、このように監視され、無
効な調整がなされないようになっている。電源４６がそ
の電圧出力リミットに近づくと、自動的に一定電圧モー
ドとなる。電圧出力が減少して電源４６が一定電圧モー
ドに戻るまでは、この状況下では、電源調整は行われな
い。ストリッピングサイクルの終点は、コンピュータ４
２によって、好適には、経過した時間とセル電流との重
回帰分析によって、決定される。
【００６２】ストリッピングタンク１２の実際のセル電
流は、シャントレジスタ８４(shuntresistor)に係る電
圧を、第２のデジタルマルチメータ８６を用いて測定す
ることで監視される。シャントレジスタ８４は、対向電
極又はストリッピングタンク１２内のワーク及び電源４
６に電気的に接続されている。電源ショーティングレジ
スタ８８が制御システムに配置され、セル抵抗が、スト
リッピング溶液内に溶解された金属の存在量が上昇する
につれてセル抵抗が上昇するにつれて、セル電流に対す
るより精密な調整が可能となっている。ストリッピング
タンク１２内の導電率プローブ２４は、ストリッピング
溶液の導電性及び温度の測定に用いられ、これらの特性
を表す第１の信号をデータ取得システム４４に送る。ス
トリッピング溶液の金属量[メタルローディング(metal
loading)]は、従来知られている任意の手法で、例えば
溶液温度と導電率の直線回帰分析によって、コンピュー
タ４２によって決定される。ストリッピング溶液の酸濃
縮は、溶液導電率に基づいたアルゴリズムを用いてコン
ピュータ４２によって決定可能である。
【００６３】上述したように、リンスタンク１４内の導
電率プローブ２６は、オペレータに対して、洗浄溶液が
許容限界を超えたかどうかを知らせる。図５に示される
ように、プローブ２６は、洗浄溶液が許容範囲にあるか
の状態を表す第２の信号を、データ取得システム４４に
送る。洗浄溶液が許容範囲になければ、フィルタ２８が
交換され、洗浄液が許容可能な状態に戻るまで動作され
る。
【００６４】オペレータインターフェース４７は、スト
リッピングサイクルのパラメータ選定のためのインタラ
クティブスクリーンのセット、及び種々のその他のコン
トロールフィーチャを提供するためのフロントパネルプ
ッシュボタン／セレクタスイッチからのデジタル入力を
含む。例えば、オペレータインターフェース４７には、
ストリッピングサイクルを開始させるための「サイクル
スタート」プッシュボタンが含まれ、また、不正使用に
対するセキュリティを与えるためのキー操作による「実
行／停止」セレクタスイッチ、及びすべてのサブシステ
ムを実行させるための「コントロールオン」プッシュボ
タンが配置される。２つの「緊急停止」のラッチングマ
ッシュルームボタンボタンが配置されており、一つはオ
ペレータコンソールに、他方はストリッピングタンク１
２に設けられ、電源４６をシャットダウンできるように
なっている。クリスマスツリー５２は、システム状況を
視覚的に表示する。緑のライトは、セルのセットアップ
が進行している(一部ローディング中等)ことを示す。黄
色のライトは、ストリッピングサイクルが進行している
ことを示す。赤のライトは、システムがアイドル状態に
あることを示す。
【００６５】上記は、参照電極配置[溶液IR補正(soluti
on IR correction)が避けられるようにワークの近傍にA
g/AgCl参照電極が設けられている]を用いるタイプのシ
ステムを説明した。参照電極は、使用を簡単にするため
に、上述のＩＲ効果が補正された電位を用いて、ワーク
から離間した位置に設けるようにしてもよい。プラチナ
又は水素参照電極のアレイを用いることもでき、それぞ
れ、ワークに近接して設けられ、より詳細な監視及び一
度にストリッピングされるパーツの数を多くしての制御
が可能となっている。これら２つのアレンジメントは、
水素で溶液が飽和するに要する時亜ｋんが減少されるよ
うに、一度に用いられてもよい。Ｐｔアレイ電極にスイ
ッチするに十分な量の水素が生成されるまで、電位を監
視及び制御するためのリモートAg/AgCl電極とＩＲ補正
の制御方法を、本発明に用いることも可能である。
【００６６】本発明のシステムは、多様なコーティング
の除去に、多様な環境下で用いることも可能である。例
えば、システム１０は、タービンブレード及びベーン及
びその他のエアフォイルから熱バリアコーティング、ア
ルミナイドコーティング、及びMCrAlYコーティングを除
去するのに用いることができる。このシステムは、更
に、金属ワークからのはんだやロウ付け接合コンパウン
ドの除去にも用いることができる。更に、本発明に係る
システムは、スチール部材からの電気メッキコーティン
グの除去にも用いることができる。
【００６７】特定の機能及び分析のために、種々の数学
的手法を説明したが、統御宇佐ｈで有れば、これらの機
能及び分析に、その他の数学的手法を用いることもでき
る。
【００６８】本発明は、その趣旨及び本質的特徴を逸脱
することなく上述した形態とは異なる形態でも実施可能
である。従って、上述の実施形態は、単に例示的なもの
と解すべきものであり、本発明の特許請求の範囲に記載
された範囲を何ら制限するものではない。等価とみなさ
れる範囲内の変更は、すべて特許請求の範囲に包含され
るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水管理及び電解質リサイクリング
システムを備えたフィードバック制御ストリッピングシ
ステムの概略説明図。
【図２】オペレータによるシステム制御用のモジュール
の概略説明図。
【図３】図１のシステムにおけるストリッピングタンク
内で使用されるカウンター電極アレイの説明図。
【図４】処理されるワークピースを保持する固定具の説
明図。
【図５】図１のシステムを用いたデータ取得及び制御シ
ステムの説明図。
【図６】酸ストリッピング溶液をリサイクルするための
図１に係るシステムを用いた蒸留ユニットの説明図。
【符号の説明】
ペレーションに比較して排水が １０ 商用システム １２ ストリッピングタンク １４ リンスタンク １６ 蒸留ユニット １８ コンテインメントスキッド ２０ 参照電極 ２４ 導電率プローブ ２８ フィルタ ３２ 対向電極アレイ ３３ ワーク ３４ 固定具 ３５ ワークホルダ ３６ バスストリップ ４０ モジュール ４２ コンピュータ ４４ データ取得システム ４６ 電源 ４７ オペレータインターフェース ４８ キーボード ６０，６２，６４，６６ ウォール ７０ インサート ８０ デジタルマルチメータ ８４ シャントレジスタ ８６ のデジタルマルチメータ ８８ 電源ショーティングレジスタ ９０ ボイラ ９１ ライン ９２ コンデンサ ９３ ライン ９４ ソレノイドバルブ ９６ 無電極導電率プローブ ９８ 導電率メータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク アール． ジャウォロウスキイ アメリカ合衆国，コネチカット 06033, グラストンベリー，ウッドヘブン ロード 369 (72)発明者 クリストファー シー． ショブリン アメリカ合衆国，コネチカット 06109, ウェザーズフィールド，ノット ストリー ト 354 (72)発明者 グレン テー． ジャノウスキイ アメリカ合衆国，コネチカット 06238, コベントリー，マーク ドライブ 279 (72)発明者 カーティス エイチ． リーウイ アメリカ合衆国，コネチカット 06040, マンチェスター，オックスフォード スト リート 90 (72)発明者 マイケル エー． クリズマン アメリカ合衆国，コネチカット 06107, ダブル． ハートフォード，ハミック ロ ード 34 Ｆターム(参考） 3G002 EA05

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コーティング除去システムであって、 電解液バスに浸漬された少なくとも一つのワークからコ
    ーティングを除去するための電解液バスストリッピング
    溶液が収容されるとともにこの電解液バス内に浸漬され
    た参照電極に対して前記少なくとも一つのワークで絶対
    電位が制御されるストリッピングタンクを有し、 前記少なくとも一つのワークからのコーティング除去が
    完了した後に当該少なくとも一つのワークを洗浄するた
    めの洗浄溶液が収容された洗浄溶液タンクを有し、 前記ストリッピングタンクからの溶解金属を含んだ電解
    液を受容して前記ストリッピングタンクからの電解液を
    純粋化し、電解液を純粋化された形態としてストリッピ
    ングタンクに戻すための蒸留ユニットを有するシステ
    ム。
  2. 【請求項２】 前記ストリッピングタンクは、前記スト
    リッピングタンクに浸漬された各ワークに電流を流すた
    めの対向電極を少なくとも一つ有する、請求項１記載の
    システム。
  3. 【請求項３】 前記少なくとも一つの対向電極は、前記
    各ワークに対称な電位分布を与えるようにデザインされ
    た対向電極アレイを有し、前記対向電極アレイは、電気
    伝導性材料から形成され、前記参照電極は、水素参照電
    極アレイである、請求項２記載のシステム。
  4. 【請求項４】 前記対向電極アレイは、フロントウォー
    ル、リアウォール、これらフロントウォールとリアウォ
    ールとを接続する２つのサイドウォール、及び前記フロ
    ントウォールとリアウォールとの間に延びる少なくとも
    一つのインサートを有し、更に、前記少なくとも一つの
    ワークを保持して当該ワークを前記電解質バスストリッ
    ピング溶液に浸漬させるための固定具と、前記固定具と
    接触するよう前記対向電極アレイの前記ウォールの一つ
    に固定された少なくとも一つのバスストリップとを有
    し、これにより電流が各ワークに流れる、請求項３記載
    のシステム。
  5. 【請求項５】 前記ストリッピングタンク、前記リンス
    タンク、前記蒸留ユニットは、スキッド上に設けられ
    る、請求項１記載のシステム。
  6. 【請求項６】 前記蒸留ユニットは、前記ストリッピン
    グタンクからの使用済みの電解液を受容するとともに前
    記使用済みの電解液を蒸発させて溶解された金属が残る
    ようにされたボイラと、前記蒸発された電解質を受容し
    て前記電解質を凝縮して純粋な液相とするコンデンサ
    と、を有し、前記純粋な電解質が前記ストリッピングタ
    ンクに重力によって戻されるように酸リターンラインが
    前記コンデンサを前記ストリッピングタンクに接続さ
    れ、前記蒸留ユニットは、更に、前記ボイラから集めら
    れた金属を排出するためのソレノイドバルブと、無電極
    導電率プローブと、前記バルブを制御するための導電率
    計を有する、請求項１記載のシステム。
  7. 【請求項７】 前記リンスタンクは、 前記リンスタンク内の洗浄溶液の質を監視するための導
    電率プローブと、 前記リンスタンク内に設けられたサーキュレーティング
    ポンプと、 前記洗浄溶液から、溶解された金属を除去するためのフ
    ィルタと、を有する、請求項１記載のシステム。
  8. 【請求項８】 電源と、前記参照電極と前記少なくとも
    一つのワークとの間の電位を測定して前記電位を表す信
    号をコンピュータに送るための第１のデジタルマルチメ
    ータと、を有し、前記電源は、前記参照電極と前記少な
    くとも一つのワークとの間のターゲット電圧を維持する
    ための調整可能な電流出力を有し、前記コンピュータ
    は、前記参照電極と前記少なくとも一つのワーク間の電
    位変化の関数として電源の電流セットポイントを修正す
    るように用いられる、請求項１記載のシステム。
  9. 【請求項９】 対向電極又は前記ストリッピングタンク
    内の前記少なくとも一つのワークと電源とに電気的に接
    続されたシャントレジスタと、前記ストリッピングタン
    ク内の実際の電流を監視して前記監視された電流を表す
    信号を前記コンピュータに送る第２のデジタルマルチメ
    ータと、セル抵抗が増加するにつれて前記セル電流に対
    する精密な調整を可能とするための電源ショーティング
    レジスタと、を有する、請求項８記載のシステム。
  10. 【請求項１０】 前記ストリッピングタンク内に配置さ
    れて前記電解質バスの電気伝導率及び温度を監視する第
    １の導電率プローブと、前記第１の導電率プローブから
    データを受けるためのデータ取得システムと、前記デー
    タ取得システムに接続されて前記ストリッピング溶液の
    酸濃度を決定するようにプログラムされた前記コンピュ
    ータと、前記リンスタンク内に配置されて当該リンスタ
    ンク内の前記洗浄溶液の質を監視して前記リンス溶液の
    質を表す第２の信号を生成するための第２の導電率プロ
    ーブと、を有し、前記データ取得システムは、前記第２
    の信号を前記第２の導電率プローブから受けて、前記洗
    浄溶液の質をオペレータに通知するようにされている、
    請求項８記載のシステム。
  11. 【請求項１１】 前記ストリッピングタンク内の前記電
    解質バスは、約３vol%〜約１５vol%の酸を含み、この酸
    は、硝酸、塩酸のいずれかである、請求項１記載のシス
    テム。
  12. 【請求項１２】 電気化学バスを用いてワークからコー
    ティングを除去するとともに、前記電気化学バスを再生
    及びリサイクルする方法であって、 前記電気化学バス内の前記ワークが参照電極に対して絶
    対電位が制御された状態に維持された状態で、前記ワー
    クから前記コーティングが除去されるに十分な時間前記
    ワークを前記電気化学バスに浸漬するステップと、 大気蒸留によって、前記電気化学バスを再生するステッ
    プと、を有する方法。
  13. 【請求項１３】 前記再生するステップは、溶解された
    金属が受容された前記バスから使用済みの電解質をボイ
    ラへと導入するステップと、 前記ボイラ内に溶解された金属を残して前記使用済みの
    電解質を蒸発させるステップと、 前記蒸発された電解質を凝縮して液相とするステップ
    と、 前記電解質を前記電気化学バスに再導入するステップ
    と、を有する、請求項１２記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記溶解された金属を、濃縮された状
    態で前記ボイラから排出するステップを有する、請求項
    １３記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記コーティングの除去が完了した後
    に前記ワークを前記電気化学バスから除去して、当該ワ
    ークをリンスタンク内でリンス溶液に浸漬させ、リンス
    溶液の質を監視して前記質が許容できない場合にはオペ
    レータにそのことを通知し、前記電気化学バス及び前記
    ワークが収容されたタンク内の電極アレイと前記ワーク
    に電流を流す前記電気化学バスの電流出力を調整するこ
    とで前記除去するステップの間ターゲット電位を維持
    し、前記ワーク及び前記電気化学バスが収容された前記
    タンク内のセル電流を監視する、請求項１２記載の方
    法。
  16. 【請求項１６】 前記セル電流を監視するステップは、
    シャントレジスタを配置して、前記シャントレジスタに
    係る電圧をデジタルマルチメータを用いて測定すること
    を含む、請求項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 ショーティングレジスタを用意し、セ
    ル抵抗が増加するにつれて前記セル電流が精密に調整可
    能となるように前記ショーティングレジスタを用いる、
    請求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記電気化学バスの温度と伝導率とを
    監視し、監視された伝導率と温度とを用いて前記電気化
    学バス溶液の金属量を決定する、請求項１５記載の方
    法。
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