BRPI0304000B1 - Processo eletroquímico para remover seletivamente ao menos um revestimento da superfície de um substrato, processo eletroquímico para remover seletivamente uma subcamada aditiva e, método para substituir um revestimento por difusão. - Google Patents

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“PROCESSO ELETROQUÍMICO PARA REMOVER SELETIVAMENTE AO MENOS UM REVESTIMENTO DA SUPERFÍCIE DE UM SUBSTRATO, PROCESSO ELETROQUÍMICO PARA REMOVER SELETIVAMENTE UMA SUBCAMADA ADITIVA E, MÉTODO PARA SUBSTITUIR UM REVESTIMENTO POR DIFUSÃO” A presente invenção refere-se genericamente a métodos eletroquímicos para remover material de revestimento de um substrato. Mais especificamente, a invenção refere-se a um método para remover uma porção de um revestimento de um substrato enquanto preserva a porção restante do revestimento.

Estruturas de metal usadas em equipamento de alto desempenho são freqüentemente submetidas a rigorosas condições de operação. Por exemplo, vários componentes de motor a turbina são expostos a significativos extremos de temperatura e à degradação por oxidação e por condições corrosivas. Então, na indústria, é comum a prática de proteger tais partes com revestimentos especializados, tais como revestimentos por difusão e revestimentos por sobre-camada. Estes revestimentos são algumas vezes usados em combinação com revestimentos cerâmicos, por exemplo, aqueles baseados em zircônio estabilizado com ítrio.

Em particular, revestimentos por difusão com alumínio são muito freqüentemente usados para aumentar a resistência ao ambiente dos componentes de motor a turbina. Eles são geralmente formados de ligas do tipo com-alumínio tais como alumínio com níquel, alumínio com platina, ou alumínio com níquel e platina. Os revestimentos são bem conhecidos na arte, como exemplifica a Patente U.S. 6,042,880 (de Rigney e outros). Eles podem ser aplicados por uma variedade de processos, tais como processos de cimentação em pacote, deposição para sobre-empacotar, deposição em fase de vapor, deposição química em fase de vapor (CVD), e revestimento com pasta fluida.

Revestimentos por difusão com alumínio tipicamente incluem duas regiões ou "subcamadas": uma subcamada aditiva, a qual fica disposta no topo da base em metal, e uma subcamada por difusão por de baixo da subcamada aditiva, a qual é incorporada ma região superior da base em metal.

Em vista da alta temperatura e severas condições de operação às quais estão por vezes expostos, revestimentos por difusão com alumínio eventualmente necessitam ser reparados ou substituídos. Vários métodos de reparo de revestimento são por vezes usados. Por exemplo, revestimentos podem ser rejuvenescidos por certas técnicas. Como uma mostra, a superfície do revestimento pode ser limpa, e material de revestimento adicional pode então ser aplicado sobre o revestimento existente por um dos processos de deposição já acima listados. Uma tal técnica é vantajosa porque tende a manter a espessura de parede do componente. Entretanto, após o rejuvenescimento estar completo, o revestimento é por vezes mais espesso do que o permitido pelas especificações dimensionais. A remoção de revestimento por difusão e substituição podem ser requeridas sob diferentes circunstâncias. Por exemplo, rejuvenescimento de um revestimento desgastado ou danificado pode não ser possível ou benéfico em alguns exemplos. Além disso, um revestimento pode ter que ser removido para permitir inspeção e possível reparo do substrato subjacente A remoção de revestimento é conduzida tipicamente pela imersão do componente em uma solução de remoção. Uma variedade de técnicas de remoção está correntemente disponível para remover diferentes tipos de revestimento de substratos metálicos. As técnicas usualmente devem exibir uma quantidade considerável de seletividade. Em outras palavras, devem remover somente os materiais visados, enquanto genericamente preservem as estruturas desejadas do artigo.

Cauterização química é uma técnica de remoção popular. Em tal processo, o artigo é submerso em um cáustico químico aquoso, por exemplo, um baseado em um ou mais ácidos minerais fortes como ácido hidroclórico, ácido sulfúrico e assemelhados. O recobrimento metálico sobre a superfície do artigo é dissolvido como resultado de reação com o cáustico-removedor.

Enquanto a cauterização química é eficiente para um certo numero de situações, ela tem certas desvantagens. Por exemplo, freqüentemente é um processo relativamente não-seletivo. Assim, no caso de revestimentos por difusão contendo alumínio, a cauterização química tende a remover tanto a subcamada aditiva como a subcamada por difusão adjacente. A repetida remoção e as re-aplicações destes revestimentos necessitam remoção repetitiva da subcamada por difusão. Isto pode indesejavelmente diminuir a espessura do substrato, por exemplo um aerofólio de turbina. Além disso, cauterização química pode resultar na remoção de revestimentos de passagens internas do artigo que é freqüentemente indesejável.

Processos de remoção eletro químicos superam algumas das desvantagens inerentes nas técnicas convencionais, tal como remoção química. Por exemplo, a Patente US 6,352,636 descreve um processo de remoção eletroquímico muito útil. Em geral, o processo remove seletivamente revestimentos metálicos das seções externas de um artigo metálico, tal como um componente de turbina.

Todavia, processos adicionais de remoção seriam bem vindos na arte. Eles poderíam ser capazes de remover substancialmente todo um dado revestimento, ou região selecionada do revestimento, enquanto não ataca substancialmente um revestimento subjacente, ou uma base de metal. Eles poderíam também preservar a integridade estrutural e dimensional da base de metal, assim como as passagens internas e furos de resfriamento que podem estar dispostos dentro de um artigo da base de metal (por exemplo, um componente de turbina).

Os processos de remoção não deveríam resultar na formação de uma quantidade inaceitável de fumos perigosos no local de trabalho, ou produzir efluente que não possa facilmente ser tratado. Além disso, o processo novo deveria incluir janelas avançadas de processo, por exemplo, o período de tempo entre a remoção desejada de camadas de revestimento selecionadas e a ocorrência de dano significativo a outras camadas ou ao substrato. Estas janelas de processo proveríam flexibilidade e eficiência em uma instalação de tratamento para larga escala.

Uma configuração desta invenção é dirigida a um processo eletroquímico para seletivamente remover (ou seja, "raspar") ao menos um revestimento da superfície de um substrato. O substrato - freqüentemente um componente de motor a turbina - é imerso em uma composição através da qual flui corrente elétrica. A composição compreende ao menos um sal halógeno, tal como cloreto de sódio, cloreto de amônio, cloreto de potássio. Nas configurações preferidas, a corrente elétrica é contínua (CC). O processo é especialmente útil para seletivamente remover porções de revestimentos por difusão contendo alumínio. Como discutido acima, estes sistemas de revestimento, tal como de níquel-alumínio e platina-alumínio, usualmente incluem uma camada aditiva e uma camada por difusão subjacente (ambas referidas abaixo como "subcamadas"). O processo permite eficiente remoção da subcamada aditiva sem remoção substancial da subcamada por difusão e sem substancial dano ao substrato.

Uma outra configuração refere-se a um processo para recolocar um revestimento por difusão com alumínio gasto ou danificado aplicado sobre um substrato. O processo descrito abreviadamente acima é primeiro usado para eficientemente "descascar" o substrato do revestimento desgastado. Um novo recobrimento (por exemplo, do mesmo tipo, ou de um tipo diferente) é então aplicado sobre o substrato, como explanado abaixo. A outra configuração é dirigida a uma composição de remoção eletroquímica para seletivamente remover um revestimento por difusão com alumínio de um substrato. A composição compreende ao menos um sal halógeno, como abaixo descrito. O sal está presente na composição em uma concentração na faixa de cerca de 0,1 M até cerca de 5M.

Uma configuração adicional existe na forma de um aparelho. O aparelho é usado na remoção eletroquímica de revestimentos de vários substratos, por exemplo, artigos de super-liga. O aparelho é descrito e mostrado mais tarde na especificação. Em resumo, compreende: (a) um eletrólito que compreende ao menos um sal halógeno; (b) uma fonte de corrente contínua (CC) capaz de ser conectada ao substrato revestido e um eletrodo ; e (c) ao menos um eletrodo do qual a fonte de corrente pode aplicar uma corrente elétrica, através do eletrólito, ao substrato revestido.

Nos desenhos anexos: - a Figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de remoção eletroquímico; - a Figura 2 é uma ilustração esquemática de um exemplo de configuração geométrica para um arranjo de catodo e anodo em um sistema de remoção eletroquímico; - a Figura 3 é uma ilustração esquemática de um outro exemplo de configuração geométrica para um arranjo de catodo e anodo em um sistema de remoção eletroquímico; - a Figura 4 é uma ilustração esquemática de um outro sistema de remoção eletroquímico; - a Figura 5 é uma ilustração esquemática de um outro sistema de remoção eletroquímico adequado para a presente invenção; - a Figura 6 é uma foto-micrografia de uma secção transversal de um revestimento por difusão com platina-alumínio aplicado sobre um substrato de metal; - as Figuras 7-10 representam uma série de tempos de foto-micrografias de uma secção transversal de um sistema de revestimento similar àquele da fig. 6, após ser tratado pelo processo de remoção parcial da presente invenção. O processo desta invenção pode ser usado para tratar muitos diferentes tipos de substratos. Eles são usualmente metálicos. Exemplos não-limitativos de materiais metálicos são aqueles que compreendem ao menos um elemento selecionado do grupo consistido de ferro, cobalto, níquel, alumínio, cromo, titânio, e misturas que incluem qualquer um dos citados (por exemplo, aço inoxidável). Muito freqüentemente, o material metálico é uma super-liga. Tais materiais são tipicamente níquel -, cobalto -, ou baseado em ferro. Super-ligas exemplificativas com base em níquel incluem ao menos cerca de 40% em peso de Ni, e ao menos um componente do grupo consistido de cobalto, cromo, alumínio, tungstênio, molibdênio, titânio, e ferro. Super-ligas exemplificativas com base em cobalto - incluem ao menos cerca de 30% em peso de Co, e ao menos um componente do grupo consistido de níquel, cromo, alumínio, tungstênio, molibdênio, titânio, e ferro. Vários sistemas de remoção eletroquímica podem ser usados para a presente invenção. Um aparelho adequado é descrito na Patente US 6,352,636, do autor da presente invenção, e aqui incorporada como referência. A fig. 1 mostra esquematicamente um tal sistema (1), que inclui um receptáculo (2) de banho de eletrólito. O banho contém eletrólito (3) e pode também conter outros aditivos os quais são descritos abaixo. O eletrólito para a presente invenção compreende ao menos um sal halógeno. Exemplos não-limitativos dos sais halógenos incluem cloreto de sódio, cloreto de amônio, cloreto de potássio, brometo de sódio, fluoreto de sódio, bi-fluoreto de amônio, e várias combinações deles. Cloreto de sódio ou cloreto de potássio, ou uma sua mistura, são freqüentemente os preferidos. Cloreto de sódio é especialmente preferido por muitas configurações. Precursores do sal podem também ser empregados. Tal como aqui usado, um "precursor" refere-se a qualquer composto ou grupo de compostos que podem ser combinados para formar um ou mais dos sais halógenos supra mencionados. Então o sal pode ser formado, in-situ, em um vaso de reação, por exemplo. O sal halógeno está usualmente presente na composição em um nível na faixa de cerca de 0,1 M até cerca de 5M. Em configurações mais preferidas, o nível do sal é freqüentemente da ordem de 0,5M até 3,5M. O ajuste da quantidade do sal pode corretamente ser feito considerando os parâmetros estequiométricos, e pela observação do efeito de composições particulares quanto à remoção de um revestimento desejado do substrato. A composição de remoção pode incluir vários aditivos que servem para uma variedade de funções. Exemplos não-limitativos incluem agentes inibidores, dispersantes, surfactantes, humectantes, estabilizadores, agentes anti-sedimentadores, e tampões de pH. Aqueles que tem experiência comum na arte são familiarizados com tipos específicos de tais aditivos e com níveis efetivos no seu uso. O receptáculo (2) de banho de eletrólito (algumas vezes aqui referido como "receptáculo") é formado de qualquer material adequado que não seja reativo com qualquer um dos componentes do banho. O formato e capacidade do receptáculo (2) podem variar de acordo com a aplicação, assim como o receptáculo é dimensionado de modo a acomodar suficientemente os eletrodos, o eletrólito (3) e o artigo revestido que está sendo "raspado". O sistema de remoção ("raspagem") eletroquímica desta invenção inclui ao menos um eletrodo. Dois eletrodos são desenhados na fig. 1. O numero de eletrodos irá variar dependendo de vários fatores, tais como o tamanho e formato do artigo que está sendo tratado.

Cada eletrodo, (4) e (5), é formado com uma geometria apropriada que é configurada para dirigir campos elétricos às superfícies do artigo (6) revestido. Como descrito na Patente US 6,352,636, configurações de geometria apropriada para os eletrodos incluem, sem estarem por isso limitadas, geometrias planas, cilíndricas e suas combinações. Cada eletrodo pode ter um formato geometricamente complexo, por exemplo, um que é aproximadamente complementar à geometria do artigo (6) que está para ser "descascado" (ver fig. 2 por exemplo). Os eletrodos (4) e (5) (fig.1) são genericamente não consumíveis, e permanecem intactos através do processo de remoção eletroquímica. O artigo (6), que está para ser descascado pelo sistema (1) de remoção eletroquímica, está disposto dentro do receptáculo (2). O artigo é ao menos parcialmente coberto com um ou mais dos revestimentos já descritos. O artigo (6) está disposto entre os eletrodos (4) e (5), e posicionado de modo que um campo elétrico possa ser estabelecido entre os eletrodos e as superfícies revestidas selecionadas do artigo. O eletrólito (3) é liberado ao receptáculo (2) em quantidades suficientes para submergir partes do artigo (6) e eletrodos (4) e (5). Caso uma porção (7) do artigo, por exemplo, uma seção de rabo-de-andorinha de um componente de turbina, não deva requerer remoção, esta porção pode ser mantida acima do nível do eletrólito (2). Alternativamente, esta porção (7) pode ser fisicamente mascarada de modo a proteger do campo elétrico. Mais outra alternativa é minimizar o campo elétrico sobre esta porção da superfície do componente, por exemplo, modificando a posição do eletrodo. As porções do artigo (6) que estão para ser removidas eletroquimicamente deveríam ser submersas no eletrólito (3). O eletrólito (3) pode ser liberado para dentro do receptáculo (2) por qualquer meio apropriado. Por exemplo, e de nenhum modo limitando a invenção, o eletrólito pode ser só vertido para dentro do receptáculo (2). Alternativamente, o eletrólito (3) pode ser liberado para dentro do receptáculo (2) por um dispositivo de bomba, como mostra a fig. 4. Nesta figura o dispositivo de bomba (15) está conectado ao receptáculo (2) via um conduto (16). O conduto (16) estende-se até uma abertura (8) que está disposta entre o artigo (6) e um dos eletrodos (4) ou (5). O dispositivo de bombeamento (15) pode compreender uma bomba de baixa pressão, que agita e gira o eletrólito (3) no receptáculo (2). Por exemplo, a ejeção do eletrólito (3) desde um bico (17) do dispositivo de bombeamento (15) pode causar agitação e giro do eletrólito (3) no receptáculo (2).

Alternativamente, o artigo (6) pode ser movido, reciprocante ou rotacionado sobre seu próprio ou deslocado eixo, por um suporte (11) apropriado, como mostra a seta (9) (fig. 4). O artigo (6) pode ser movido por um apropriado dispositivo de movimentação (18) no eletrólito (3) tal como mas não limitado a, ao menos um dos mecanismos mecânicos ou magnéticos. O movimento do eletrólito (3) acelera a dissipação de calor Joule e ajuda a manter uma composição de eletrólito homogênea durante o processo de remoção eletroquímica. Calor excessivo ou mudanças locais da química do eletrólito podem alterar a reação de remoção. Por exemplo, a razão de reação pode ser decrescida ou pode ser aumentada no grau de ataque da liga-aparentada.

Um suprimento de potência (10) estabelece um campo elétrico no sistema (1) de remoção eletroquímica (ver fig. 1). O suprimento de potência é em corrente contínua (CC). Ela é freqüentemente operada no modo de potência constante. Os inventores presentes descobriram que quando usando o eletrólito reivindicado, contínuo, e corrente contínua, são providas melhores características de remoção, se comparadas a resultados obtidos usando o modo pulsante.

Com referência na fig. 1, o suprimento de potência (10) conduz corrente pelas conexões (12), (13), e (14), aos eletrodos (4) e (5). Os eletrodos (4) e (5) estão conectados aos terminais negativos do suprimento de potência (10). A remoção do revestimento do artigo (6) compreende a reação do eletrólito com o revestimento. O eletrólito conduz carga ao artigo (6), e sob a ação da corrente elétrica, o revestimento é removido do artigo. A remoção da corrente interrompe o processo de remoção eletroquímica. Vários parâmetros definem as características de remoção para a presente invenção. Estes parâmetros influenciam a razão de remoção de material e assim a eficiência do processo de remoção. Parâmetros de exemplo não-limitativos são : geometria do eletrodo, voltagem do suprimento de potência ou corrente (dependendo dos parâmetros que estão sendo controlados); concentrações do eletrólito, composição do solvente, uso de (e grau de) agitação, tempo de processamento, distância entre o artigo e os eletrodos, e temperatura do eletrólito. Aqueles que são familiares com as técnicas de usinagem eletroquímica deveríam ser familiares com muitos dos parâmetros de remoção que se relacionam com a presente invenção.

Os parâmetros de remoção podem variar nas faixas operacionais. Por exemplo, o suprimento de potência (CC) pode variar de uma voltagem traço (o termo "traço" significa um pequeno mas mensurável valor, por exemplo, 0,1V) até cerca de 10V. A distância entre o artigo (6) e um eletrodo tipicamente varia na faixa de cerca de 0,25cm até cerca de 25,4cm.

A mais apropriada faixa de voltagem (potencial de célula) para remoção parcial dependerá de muitos dos fatores já descritos. Como uma mostra no caso de um revestimento por difusão do tipo contendo alumínio, a voltagem deveria ser suficientemente alta para remover a subcamada aditiva, mas suficientemente baixa para evitar remoção significativa da subcamada de difusão. Freqüentemente, a voltagem selecionada está na faixa de cerca de 0,5V até cerca de 5Volts, baseada em uma distância artigo-eletrodo de cerca de 13cm (Quando a distância ou "folga" é maior, voltagem mais alta é usada). Em geral, a distância (igualmente com outros parâmetros aqui descritos) pode ser corretamente ajustada por aqueles experientes na arte, baseada em resultados empíricos para diferentes condições de remoção. A composição de remoção é efetiva em uma larga faixa de valores de pH. Como um exemplo, o pH usualmente varia de cerca de 1 até 8. Em algumas configurações preferidas, a composição é mantida em um pH de menos que cerca de 5, o que por vezes resulta em uma superfície mais lisa após o tratamento estar completo.

Como aludido anteriormente, um importante aspecto desta invenção é o relativamente alto grau de seletividade que ela pode fornecer. Em outras palavras, o tempo requerido para remover um revestimento desejado é muito menor que o tempo que passa antes de acontecer a remoção indesejada de um revestimento adjacente ou de material do substrato. Em configurações preferidas, a seletividade (razão de remoção de revestimento e de material de substrato ou material adjacente) é maior que cerca de 4 : 1 e preferentemente, maior que cerca de 6 : 1. A seletividade aumentada é especialmente (mas não exclusivamente) útil no caso da cobertura por difusão com alumínio, como descrita nos exemplos. A temperatura do eletrólito em solução pode ser mantida até cerca de 100°C. Em configurações preferidas, a temperatura é mantida abaixo de cerca de 50°C. Em algumas configurações especialmente preferidas, a faixa de temperatura é de cerca de 5°C a 30°C. Temperaturas mais baixas dentro destas faixas são às vezes preferidas para minimizar reação química sobre qualquer superfície interna da parte que está sendo tratada. Temperaturas mais baixas são também às vezes preferidas quando a composição de remoção está sendo operada em um relativamente baixo pH, como discutido acima. O tempo de remoção (ou seja, o tempo de imersão dentro da composição aquosa, durante a aplicação de potência elétrica) pode variar consideravelmente. Fatores que influenciam a seleção de um tempo apropriado incluem a composição do revestimento que está sendo removido; assim como sua micro-estrutura, densidade, e espessura. (Revestimentos por difusão com alumínio usualmente têm uma espessura de cerca de 5 mícron até cerca de 125 mícron). O tempo de remoção eletroquímica pode aumentar com densidades e espessuras maiores dos revestimentos. Usualmente, o tempo variará de cerca de 1 minuto até cerca de 36 horas, e preferentemente, de cerca de 5 minutos até cerca de 8 horas. Em alguns exemplo, um tempo de imersão especialmente preferido está na faixa de cerca de 10 minutos até cerca de 3 horas. Conforme pessoas especializadas na arte sejam aproveitadas, o tempo de remoção pode também ser monitorado por características de corrente elétrica na composição aquosa. A fig. 2 (já mencionada) e fig. 3 mostram duas geometrias de exemplo para os eletrodos, como configurados por esta invenção. Estas geometrias de eletrodo são aplicáveis para remoção de um revestimento metálico de vários artigos, tal como componentes de turbina. Entretanto, elas são meramente exemplos das geometrias dentro do escopo da invenção, e são entendidas não para limitar a invenção sob qualquer maneira.

Com a geometria de eletrodo da fig. 2, um artigo (20) compreende uma configuração com um lado genérico reto (21) e um lado convexo (22) (um formato comum para alguns dos componentes de um motor a turbina a gás). Um eletrodo (23) compreende um lado (24) o qual fica de face ao lado (21). Similarmente, um eletrodo (25) tem um lado (26) que é genericamente complementar ao lado (22) do artigo, por exemplo o componente de turbina. Então, em algumas configurações preferidas, os eletrodos (23) e (25) ao menos parcialmente circundam o artigo.

Cada eletrodo (23) e (25) pode ser conectado a um terminal do suprimento de potência. O artigo (20) está conectado ao outro terminal. Quando a corrente é passada entre os eletrodos (23) e (25) e o artigo (20), as superfícies do artigo serão removidas eletroquimicamente, conforme configurado pela invenção. A configuração do eletrodo da fig. 3 compreende um artigo (30) e uma pluralidade de eletrodos (35). Alternativamente, componentes múltiplos a serem "descascados" podem ser apresentados no sistema de remoção, como configurado pela invenção. O artigo (30) é do formato de um componente de turbina, como um exemplo. O artigo inclui uma superfície convexa (31) e uma superfície côncava (32). Os eletrodos (35) estão dispostos ao redor do artigo para prover um campo elétrico aproximadamente uniforme. Cada eletrodo (35) está conectado (não mostrado) a um terminal do suprimento de potência, enquanto o artigo (30) está conectado ao outro terminal. Quando a corrente (em um potencial de célula) é passada entre os eletrodos (35) e o artigo (30), as superfícies do artigo serão removidas eletroquimicamente. A fig. 5 é uma vista esquemática de outro sistema de remoção eletroquímica que pode ser usado pela presente invenção. O sistema de remoção inclui o suprimento de potência (50), que é usualmente de corrente contínua (CC). O tanque de reação (52) suporta o eletrólito e os eletrodos. O catodo (54) pode conter perfurações. Por exemplo, pode estar na forma de uma tela, para possibilitar um aumento de fluxo de solução. Alternativamente, o catodo pode ser um condutor sólido que pode ou não se conformar conforme a superfície do artigo revestido (56), que está sendo tratado. A válvula de controle (58) drena continuamente o tanque em uma razão constante. O tanque reservatório (60) armazena a solução de eletrólito, enquanto a bomba (62) recompleta o eletrólito do tanque. O sensor de nível (64) liga e desliga a bomba para manter um nível consistente de eletrólito no tanque de reação. 0 sistema de remoção eletroquímica da fig. 5 contém aspectos que são muito vantajosos para algumas configurações da invenção. Por exemplo, relativamente lento,movimento de fluido controlado ocorre no tanque de reação (52), conforme o eletrólito drena do tanque através da válvula de controle (58). Este movimento de fluido provê uma ligeira quantidade de agitação que é auxiliar ao forçar uma troca de reagentes e produtos nas camadas da vizinhança do anodo e catodo. (Entretanto, agitação excessiva é usualmente indesejada) Além disso, este tipo de montagem com recirculação de fluido garante substancial homogeneidade do eletrólito no tanque de reação. O sistema recirculante também remove precipitados do tanque de reação para o tanque reservatório, do qual podem ser filtrados para fora do sistema Tal como já mencionado, a presente invenção é especialmente útil em uma operação de remoção parcial, por exemplo, remoção individual de subcamadas-de-revestimento de revestimento por difusão baseado em alumínio. Revestimentos por difusão são tipicamente formados de materiais do tipo com-alumínio que são bem conhecidos da arte. Tais materiais são às vezes modificados com um metal-nobre, tal como platina ou paládio. Exemplos não-limitativos incluem material com alumínio, alumínio - platina, alumínio - níquel, alumínio - platina - níquel, e suas misturas. A fig. 6 é uma foto-micrografia de um revestimento por difusão com alumínio - platina aplicado sobre um substrato de uma super-liga. Nesta figura a região (70) é o substrato, enquanto a região (72) representa genericamente a subcamada por difusão de um revestimento por difusão com alumínio - platina. A região (74) é a subcamada aditiva do revestimento por difusão. Ao aplicar revestimentos por difusão a um substrato, a subcamada aditiva provoca no substrato (por exemplo, uma parede de turbina) um aumento de espessura. A subcamada por difusão consome uma certa espessura do material da parede.

Processos convencionais tipo "remoção total" usualmente removem ambas subcamada aditiva (74) e subcamada por difusão (72). Entretanto, a presente invenção é um processo tipo "remoção parcial" , no qual somente a subcamada aditiva (74) é removida. Um tal processo que não deve afetar substancialmente a subcamada por difusão é especialmente vantajoso em algumas situações. A seção de parede de certos aerofólios de motor a turbina provê uma mostra do que já foi mencionado. A remoção de porções significativas de uma tal parede é algumas vezes inaceitável em vista das especificações de espessura requeridas. Então, a configuração de remoção-parcial desta invenção é extremamente útil para esses exemplos nos quais a espessura de parede tem que ser preservada durante o processo de remoção.

Como demonstra o exemplo abaixo, o uso dos sais halógenos no processo de remoção eletroquímico, sob condições controladas, remove com sucesso a subcamada aditiva enquanto deixa a subcamada por difusão substancialmente intacta. O substrato (ou seja, o metal de base) fica também substancialmente intacto. Além disso, o processo provê um período estendido de tempo de exposição ao tratamento entre remoção da subcamada aditiva e remoção da subcamada por difusão (ou para dano) a esta camada. O período de tempo estendido é um importante aspecto para a flexibilidade do processo em uma escala comercial. O tratamento do artigo no banho de remoção de acordo com esta invenção degrada severamente a integridade do revestimento que está sendo removido. O revestimento degradado é aqui referido como "fuligem" ou "resíduo de revestimento". O resíduo de revestimento (por exemplo, de um revestimento total ou de principalmente uma subcamada de um revestimento) freqüentemente continua a aderir fracamente no substrato adjacente (ou subcamada). Conseqüentemente, o tratamento é usualmente seguido de uma etapa de pós-remoção, freqüentemente referida como uma operação de "desfuligenamento". (Aqueles que estão familiarizados com a arte entendem que, conforme utilizado nesta especificação, o termo "remoção" do revestimento desejado significa degradação severa do revestimento, de modo que pode então ser limpo do substrato com esta técnica de desfuligenamento de rotina). A etapa de desfuligenamento é conhecida na arte e descrita em várias referências. Ela pode estar na forma de uma etapa com abrasão que minimiza dano ao substrato ou à subcamada adjacente. Como um exemplo, jateamento por granalha pode ser conduzido dirigindo-se uma esteira de ar pressurizado contendo partículas de óxido de alumínio pela superfície. A pressão de ar é usualmente menor que cerca de 100psi. O jateamento por granalha é conduzido por um período de tempo suficiente para remover o revestimento degradado. A duração do jateamento por granalha nesta configuração dependerá de vários fatores, tal como a espessura e composição específica da camada de fuligem; tamanho e tipo da granalha média, e assemelhados. O processo é tipicamente conduzido por cerca de 30 segundos até 3 minutos. Jateamento por granalha de baixa pressão (por exemplo, 30psi ou menos, e por vezes chamado "sopro por granalha") é o preferido em algumas vezes.

Outras técnicas conhecidas para abrasar a superfície podem ser utilizadas no lugar de jateamento por granalha. Muitas destas técnicas são descritas na Patente US 5,976,265, aqui incorporada como referência. Por exemplo, a superfície pode ser manualmente raspada com uma tela de fibra, por exemplo uma tela com fibras de polímero, metal ou cerâmicos. Alternativamente, a superfície pode ser polida com uma roda flexível ou cinta na qual partículas de carbeto de alumina ou de silicone foram as embebidas. Materiais abrasivos líquidos podem alternativamente ser usados sobre rodas ou cintas. Estas técnicas alternativas deveríam ser controladas de uma maneira que mantivesse uma força de contato contra a superfície que não fosse maior que a força usada na técnica do jateamento por granalha supra discutida.

Outras técnicas (ou combinações de técnicas) poderiam ser empregadas no lugar de abrasão para remover o material degradado. Exemplos incluem limpeza por jato de água; tamboramento do artigo (por exemplo, tamboramento com água, com ou sem camas abrasivas); ou ablação por laser de sua superfície. Alternativamente, o material degradado podería ser raspado da superfície. Ainda resta como outra alternativa, as ondas sônicas (por exemplo, ultra-som) que podem ser dirigidas contra a superfície provocando vibrações que podem soltar por agitação o material degradado. Para cada uma destas técnicas os experientes na arte podem ser familiarizados com os ajustes de operação que são feitos para controlar a força principal aplicada contra a superfície do artigo (como no caso da técnica de abrasão) para minimizar o dano ao substrato ou subcamada de revestimento a ser preservado. O artigo é às vezes lavado (rinsagem) após esta etapa, por exemplo usando água ou uma combinação de água e um agente humectante.

Como já mencionado, outra configuração desta invenção refere-se a um método para substituir um revestimento de proteção desgastado ou danificado aplicado sobre o substrato. Conforme aqui usado o termo “desgastado" é entendido para descrever um revestimento que não oferece mais um nível desejado de proteção à oxidação. A primeira etapa desta configuração é a remoção eletroquímica do revestimento pelo processo acima descrito. Em outras palavras, o substrato é imerso em uma composição aquosa através da qual flui uma corrente elétrica, caracterizada pelo fato da composição aquosa compreender ao menos um sal halógeno. O tratamento eletroquímico é usualmente seguido por etapas de desfuligenamento e rinsagem, como já discutido. O revestimento de substituição pode então ser aplicado ao substrato. Exemplos de revestimentos a serem aplicados incluem os revestimentos por difusão contendo alumínio, e revestimentos por sobre-camada. Um exemplo não-limitativo de um revestimento por sobre-camada é aquele que tem uma composição de fórmula MCrAI(X) onde M é um elemento selecionado do grupo consistido de Ni, Co, Fe, e suas combinações ; e X é um elemento selecionado do grupo consistido de Y, Ta, Si, Hf, Ti, Zr, B, C, e suas combinações. Os revestimentos por sobre-camada são aplicados à superfície por técnicas convencionais, tais como combustível-óxido de alta velocidade (HVOF), borrifo de plasma (por exemplo, borrifo de plasma a ar), deposição física por vapor, e assemelhados. (Revestimentos por difusão com alumínio podem ser aplicados como já descrito) Os expertos na arte estão vestidos de outros aspectos do processo de revestimento, por exemplo, etapas de limpar e/ou tornar áspera a superfície, quando necessário ou conveniente.

Este processo de substituição é especialmente útil no caso de revestimentos por difusão de alumínio. Como já descrito, remoção repetida e re-aplicações de tais revestimentos podem diminuir indesejavelmente a espessura do substrato, por exemplo, um aerofólio de turbina. Entretanto, quando um processo de remoção parcial é conduzido de acordo com esta invenção, a subcamada aditiva de tal revestimento pode ser removida repetidamente e substituída sem afetar substancialmente a subcamada por difusão adjacente. Então, a espessura especificada de parede do aerofólio pode ser mantida para um maior período de serviço. Esta vantagem é um importante aspecto em um estabelecimento comercial onde substituição ou reparo de componente pode ser um consumidor de tempo e de manutenção onerosa. O exemplo que segue é meramente ilustrativo, e não deve ser construído para ser qualquer tipo de limitação sobre o escopo da invenção reivindicada. Em cada exemplo de remoção de revestimento, a etapa de "raspagem" foi seguida por uma etapa de desfuligenamento como supra descrito. Usualmente, desfuligenamento consiste de jateamento por granalha seguido de sôpro-com-ar da superfície.

Exemplo 1 Um cartão formado com uma super-liga à base de níquel foi usado neste exemplo. Uma camada de platina tendo uma espessura de cerca de 1 - 2 mícron foi eletrodepositada sobre a superfície da super-liga. A superfície revestida foi então aluminizada por difusão até uma profundidade de cerca de 50 mícron. O cartão revestido foi subseqüentemente tratado de acordo com uma configuração desta invenção para determinar o efeito do tratamento sobre um período de tempo pré-selecionado. O tratamento do cartão foi conduzido pelo uso de um sistema de remoção eletroquímica similar àquele mostrado na fig. 1. A distância do catodo ao anodo no aparelho de remoção era de cerca de 2,54cm. Foi usado como eletrólito 10% de NaCI (em peso) em água. O banho de remoção foi mantido em temperatura ambiente. Uma voltagem (célula de potência) de cerca de 1,2Volt CC (corrente contínua) foi aplicada à célula eletroquímica.

As fig. 7, 8, 9, e 10 representam coletivamente uma série de micro-grafias. Elas mostram secções dos cartões, nos períodos de tempo indicados (0 min, 30 min, 60 min, e 120 min). Com referência na fig. 7, a região (80) é o substrato, enquanto a região ou subcamada (82) é a subcamada de difusão do revestimento por difusão com platina-alumínio. A subcamada (84) é a subcamada aditiva. As micro-grafias progressivas mostram a remoção substancialmente completa da subcamada aditiva após cerca de 60 minutos, com somente remoção mínima da subcamada por difusão. Após 120 minutos, uma pequena porção da subcamada por difusão foi removida, e o substrato permaneceu substancialmente intacto, com somente uma relativamente pequena perfuração. Então, a presente invenção provê um processo substancial de "janela" para remoção de subcamada por difusão. Tal janela por sua vez provê flexibilidade e eficiência em uma instalação de tratamento em larga escala. Experimentos subseqüentes demonstraram que mesmo maiores processos abrem janela para remoção da subcamada por difusão.

Claramente, muitas modificações e variações da presente invenção são possíveis à luz dos ensinamentos acima. É então por isso entendido que, dentro do escopo das reivindicações anexas, esta invenção pode ser praticada de outro modo que não o especificadamente foi descrito.

Claims (29)

1. PROCESSO ELETROQUÍMICO PARA REMOVER SELETIVAMENTE AO MENOS UM REVESTIMENTO (74) DA SUPERFÍCIE DE UM SUBSTRATO (70), compreendendo: a imersão do substrato em uma composição (3) através da qual flui corrente elétrica a um potencial de até 10 volts, caracterizado pelo fato de que a composição (3) compreende ao menos um sal halógeno, ou seu precursor, em que o substrato compreende um revestimento por difusão que compreende uma subcamada por difusão e uma subcamada aditiva; e a reação do revestimento com a composição para remover a subcamada aditiva, em que a subcamada por difusão não é substancialmente removida durante a remoção da subcamada aditiva.

2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do sal estar presente em um nível na faixa de 0,1 M até 5,0 M.

3. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato do sal estar presente em um nível na faixa de 0,5 M até 3,5 M.

4. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do sal halógeno ser selecionado do grupo consistido de cloreto de sódio, cloreto de amônio, cloreto de potássio, fluoreto de sódio, bi-fluoreto de amônio e suas combinações.

5. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da corrente elétrica ser uma corrente contínua (CC).

6. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da composição (3) ser mantida em uma temperatura não maior que 100°C.

7. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato da composição (3) ser mantida em uma temperatura abaixo de 50°C.

8. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da composição (3) ainda compreender ao menos um aditivo selecionado do grupo consistido de agentes inibidores, dispersantes, surfactantes, agentes humectantes, estabilizadores, agentes anti-sedimentadores e tampões de pH.

9. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do revestimento por difusão (74) compreender um material com alumínio.

10. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato do material com alumínio ser selecionado do grupo consistido de material com alumínio, alumínio - metal nobre, alumínio - níquel, alumínio - metal nobre - níquel e suas misturas.

11. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do substrato (70) compreender um material metálico.

12. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato do material metálico compreender ao menos um elemento selecionado do grupo consistido de ferro, cobalto, níquel, alumínio, cromo, titânio e misturas que incluem qualquer um dos citados.

13. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato do material metálico compreender uma super-liga.

14. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato da super-liga ser baseada em níquel ou baseada em cobalto.

15. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato da super-liga ser um componente de um motor a turbina.

16. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do substrato (6) ser imerso na composição (3) por um período de tempo na faixa de 1 minuto até 36 horas.

17. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato do período de tempo de imersão estar na faixa de 5 minutos até 8 horas.

18. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da composição (3) ser agitada por giro ou agitada genericamente enquanto o substrato (6) está nela imerso.

19. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender a etapa de remoção do revestimento residual após imersão do substrato (6) na composição (3).

20. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato do revestimento residual ser removido por ao menos uma técnica selecionada do grupo consistido de abrasão, tamboramento, ablação por laser e agitação ultra-sônica.

21. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato da abrasão ser conduzida por uma técnica de jateamento-com-granalha.

22. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da subcamada aditiva sendo removida ser de um revestimento por difusão baseado em alumínio.

23. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito potencial está na faixa de 0,5 volts a 5 volts.

24. PROCESSO ELETROQUÍMICO PARA REMOVER SELETIVAMENTE UMA SUBCAMADA (74) ADITIVA, de um revestimento por difusão com alumínio-platina (72, 74), de um substrato (70) em super-liga, compreendendo a etapa de imersão do substrato em uma composição (3) através da qual flui uma corrente elétrica contínua a um potencial de até 10 volts; caracterizado pelo fato de que a composição (3) compreende ao menos um sal halógeno, ou seu precursor, e pelo fato de uma subcamada por difusão (72) entre a subcamada (74) aditiva e o substrato (70) não ser substancialmente afetada enquanto a subcamada aditiva (74) é removida.

25. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato do sal halógeno ser cloreto de sódio.

26. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o dito potencial está na faixa de 0,5 volts a 5 volts.

27. MÉTODO PARA SUBSTITUIR UM REVESTIMENTO POR DIFUSÃO (74), com alumínio gasto ou danificado aplicado sobre um substrato (70), caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas: (i) remover eletroquimicamente o revestimento (74), desgastado ou danificado, pela imersão do substrato (70) em uma composição (3) através da qual flui uma corrente elétrica contínua a um potencial de até 10 volts, na qual a composição (3) compreende ao menos um sal halógeno, ou seu precursor; e então, (ii) aplicar um novo revestimento sobre o substrato (70); em que o revestimento por difusão (74) com alumínio compreende uma subcamada por difusão, a qual está posicionada sobre o substrato, e uma subcamada (74) aditiva, a qual está posicionada sobre a subcamada por difusão (72); e em que a subcamada (74) aditiva é removida enquanto a subcamada por difusão (72) não é substancialmente afetada.

28. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato do novo revestimento ser um revestimento por difusão com alumínio ou um revestimento por sobre-camada.

29. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato do revestimento por sobre-camada compreender uma composição de fórmula MCrAI(X) onde M é um elemento selecionado do grupo consistido de Ni, Co, Fe e suas combinações; e X é um elemento selecionado do grupo consistido de Y, Ta, Si, Hf, Ti, Zr, B, C e suas combinações.