DE10128507B4

DE10128507B4 - Verwendung einer Vorrichtung zum chemischen oder elektrochemischen Bearbeiten von Bauteilen

Info

Publication number: DE10128507B4
Application number: DE10128507A
Authority: DE
Inventors: Armin Eberlein; Albert Schneider; Karsten Gold; Anton Albrecht
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: CA2450259C; EP1397533A1; CA2450259A1; US7513986B2; WO2002103088A1; EP1397533B1; DE10128507A1; US20040244910A1; DE50211111D1

Abstract

Verwendung einer Vorrichtung zum chemischen oder elektrochemischen Bearbeiten von Bauteilen, mit wenigstens einer Halteeinrichtung für ein wenigstens abschnittsweise zu bearbeitendes Bauteil (1, 5) und wenigstens einer Aufnahmeeinrichtung (10) für ein saugfähiges, eine Bearbeitungsflüssigkeit enthaltendes Medium, wobei die Halte- und/oder die Aufnahmeeinrichtung so positionierbar sind, dass das die Bearbeitungsflüssigkeit enthaltende Medium den zu bearbeitenden Bereich des Bauteils (1, 5) kontaktiert, für das lokale Entschichten von Bauteilen (1, 5) in Form von metallischen oder keramischen Gasturbinenbauteilen.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer an sich bekannten Vorrichtung zum chemischen oder elektrochemischen Bearbeiten von Bauteilen für das lokale Entschichten von Gasturbinenbauteilen.
Bauteile von Verbrennungskraftmaschinen, wie Gasturbinen, weisen unterschiedlichste Beschichtungen auf. Zum Entschichten solcher Beschichtungen, z. B. nach einer Beschädigung im Betrieb, sind sog. Tauchverfahren bekannt. Dabei wird das Bauteil zum Entschichten vollständig in ein elektrochemisches Bad getaucht, so dass nicht nur die beschichteten, sondern sämtliche Oberflächen des Bauteils (Grundwerkstoff, Schichten etc.) einem Materialangriff ausgesetzt sind. Ein selektives Eintauchen der beschichteten Bereiche des Bauteils ist durch die Bauteilgeometrie, d. h. die fehlende Zugänglichkeit zur Beschichtung, häufig eingeschränkt. Der Einsatz von Abdeckungen für die unbeschichteten Bereiche des Bauteils führt durch eingeschränkte Benetzbarkeit zu Grenzflächenreaktionen und somit zu einem unkontrollierten Angriff der unbeschichteten Bereiche.
Die DE 394 769 A offenbart ein Verfahren zur Erzeugung glatter Flächen sowie zum Teilen oder Bohren von Gegenständen aus ätzfähigem Stoff auf chemischem Wege, wobei das bearbeitende Werkzeug Träger für das Ätzmittel ist und eine harte und poröse Bearbeitungsfläche aufweist, deren Poren zum Hindurchführen des Ätzmittels auf die zu bearbeitende Fläche dienen, und wobei die an die Bearbeitungsfläche anstoßenden Flächenteile des Werkzeuges, welche nicht bearbeiten sollen, durch Deckmittel gegen das Heraustreten des Ätzmittels geschützt sind.
Aus der DE 43 17 930 A1 ist ein Verfahren zum Auftragen eines Kennzeichens auf die Scheiben von Kraftfahrzeugen als Diebstahlschutz mittels einer ätzenden Säure bekannt, bei dem ein Drehstempel verwendet wird, dessen Kissen mit sog. Ätztinte getränkt ist.
Die DE 198 09 487 A1 offenbart das elektrolytische bzw. elektrochemische Reinigen von Bauteilen als Alternative zum trocken-mechanischen Reinigen, wobei die Elektrodenvorrichtung befeuchtet wird, der flüssigkeitsaufnehmende Flüssigkeitsträger aus flexiblem, elastisch kompressiblem Material besteht, und die Reinigungsflüssigkeit eine saure Lösung od. dgl. ist.
Die DE 295 12 385 U1 betrifft ein Gerät zum Reinigen von Oberflächen mit einem Schwammkörper, dem Reinigungsflüssigkeit aus einem Druckbehälter zugeführt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue, vorteilhafte Verwendung einer Vorrichtung zum chemischen oder elektrochemischen Bearbeiten von Bauteilen anzugeben, wobei die Vorrichtung eine Aufnahmeeinrichtung für ein saugfähiges, eine Bearbeitungsflüssigkeit enthaltendes Medium aufweist, welches den zu bearbeitenden Bereich des Bauteils kontaktiert.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in der Verwendung der an sich bekannten Vorrichtung für das lokale Entschichten von Bauteilen in Form von metallischen oder keramischen Gasturbinenbauteilen.
Dabei ist vorteilhaft, dass Beschichtungen von Bauteilen entschichtet werden können, ohne dass unbeschichtete Oberflächen bzw. der Grundwerkstoff des Bauteils von der Entschichtungsflüssigkeit bzw. Strippflüssigkeit angegriffen werden. Zudem müssen die Beschichtungen nicht vollständig, sondern lediglich die beschädigten Bereiche entfernt werden. Sofern das Bauteil noch weitere Beschichtungen aufweist, müssen nicht alle, sondern lediglich die beschädigten Beschichtungen entfernt werden. Dieses führt zu Zeit- und Kosteneinsparungen beim Reparaturvorgang. Darüber hinaus wird weniger Entschichtungsflüssigkeit als beim Tauchverfahren benötigt. Ferner sind keine zusätzlichen Abdeckungen für nicht zu entschichtende Bereiche des Bauteils erforderlich. Durch das erfindungsgemäße lokale Entschichten wird der Grundwerkstoff unterhalb der Schicht ebenso wie jener in unbeschichteten Bereichen des Bauteils nicht oder nur innerhalb der zulässigen Grenzwerte angegriffen.
Dabei kann als Medium Watte oder ein Schwamm oder ein poröses Material, welches keramisch oder synthetisch, z. B. synthetisches Fasermaterial, sein kann, be reitgestellt werden. Das Medium nimmt die Flüssigkeit auf und speichert sie, so dass das Bauteil beim Kontakt mit dem Medium entschichtet wird. Als generelle Voraussetzung für diese Erfindung gilt, dass das Medium gegen die Entschichtungsflüssigkeit beständig ist. Das Medium wird dabei kontinuierlich mit Entschichtungsflüssigkeit versorgt.
Dabei kann die Beschichtungsflüssigkeit dem Medium kontinuierlich, z. B. mit einer Zufluss- oder Tropfeinrichtung und entsprechender Steuerung, zugeführt werden, wodurch der zu entschichtende Bereich des Bauteils stets mit Entschichtungsflüssigkeit benetzt wird und so ein An- oder Auflösen der Beschichtung bewirkt wird. Der ständige Fluss, d. h. Zu- und Abfluss, der Flüssigkeit gewährleistet, dass die Zusammensetzung der Entschichtungsflüssigkeit, die den zu entschichtenden Bereich benetzt, im wesentlichen gleich bleibt.
Der Kontakt zwischen dem entschichtungsflüssigkeitsenthaltenden Medium und dem zu entschichtenden Bereich des Bauteils kann über einen Zeitraum gehalten werden, der je nach Stärke und Art der Beschichtung einige Minuten bis mehrere Stunden und insbesondere 12 bis 48 Stunden dauern kann.
Das Medium kann in einer flüssigkeitsundurchlässigen Aufnahme gehalten werden, wobei deren Form entsprechend der Form des Bauteils in dessen zu entschichtendem Bereich ausgebildet werden kann. Die Ausbildung der Aufnahme erfolgt vorzugsweise so, dass sich das während des Beschichtungsvorgangs zwischen der Aufnahme und dem zu entschichtenden Bauteilbereich befindliche Medium an den zu entschichtenden Bauteilbereich anschmiegt.
Die Aufnahme kann wenigstens einen Zulauf aufweisen, mit dem das Medium mit Entschichtungsflüssigkeit versorgt wird.
Als Entschichtungsflüssigkeit kann je nach Art der Schicht eine Säure oder eine Lauge oder eine Salzlösung bereitgestellt werden. Das lokale Entschichten kann chemisch oder elektrochemisch erfolgen, so dass als Entschichtungsflüssigkeit eine chemisch aktive bzw. eine elektrochemisch aktive Entschichtungsflüssigkeit bereitgestellt werden kann.
Die Verwendung kann an wenigstens abschnittweise mit einer Beschichtung versehenen, metallischen Bauteilen von stationären Gasturbinen oder Flugtriebwerken, wie z. B. einer Schaufel oder einem integral beschaufelten Rotorträger, erfolgen. Es können unterschiedlichste Beschichtungen, wie Heißgaskorrosions- oder -oxidationsschutzschichten oder Verschleißschutzschichten, wie Hartpartikel enthaltende Schaufelspitzenpanzerungen, auf diese Weise selektiv bzw. lokal entfernt werden.
Durch Erwärmen der Entschichtungsflüssigkeit über Raumtemperatur kann der Zeitraum des Entschichtungsvorgangs verkürzt werden, wobei mit einer Temperatur der Entschichtungsflüssigkeit oberhalb von 40°C und insbesondere im Bereich von 40 bis 60°C gute Ergebnisse mit kürzeren Entschichtungszeiträumen erzielt werden können.
Das Medium und der zu entschichtende Bereich des Bauteils können relativ zueinander bewegt werden. Auf diese Weise lassen sich feine Rückstände auf der Schicht entfernen bzw. noch zu entschichtende Oberflächen der Schicht unter Verbesserung der Oberflächenreaktionen freilegen. Zudem wird der zu entschichtende Bereich gleichmäßiger mit der Entschichtungsflüssigkeit benetzt und deren ständiger Austausch verbessert. Dies führt zu einer Verkürzung des Entschichtungszeitraums.
Die Aufnahmeeinrichtung kann wenigstens einen Zulauf für die Entschichtungsflüssigkeit und wenigstens einen Ablauf für Flüssigkeit aufweisen, so dass eine gleichbleibende Zusammensetzung der die zu entschichtenden Bereiche kontaktierenden Entschichtungsflüssigkeit gewährleistet ist.
Ferner kann die Vorrichtung mehrere Aufnahmeeinrichtungen zum gleichzeitigen Entschichten mehrerer Beschichtungen bzw. Beschichtungsbereiche eines Bauteils oder mehrerer Bauteile aufweisen. So können z. B. bei einem integral beschaufelten Rotorträger einer Gasturbine die Schaufelspitzenpanzerungen mehrerer Schaufeln gleichzeitig entschichtet werden, ohne dass die unbeschichteten Oberflächen des Rotorträgers von der Entschichtungsflüssigkeit angegriffen werden. Ebenso können die Schaufelspitzenpanzerungen mehrerer Einzelschaufeln von Gasturbinen durch die entsprechende Anzahl von Aufnahmeeinrichtungen gleichzeitig entschichtet werden.
Bei einer elektrochemischen Entschichtung kann das Bauteil anodisch geschaltet oder zeitweise, z. B. in regelmäßigen Abständen, anodisch-kathodisch umgepolt bzw. gepulst werden. Die Pulsung/Umpolung kann auch über den gesamten Entschichtungszeitraum erfolgen. Durch die Pulsung/Umpolung lassen sich bestimmte Atome bzw. Moleküle, wie z. B. Wasserstoff, an der Oberfläche des zu entschichtenden Bauteilbereichs anlagern, die dort unter Beschleunigung des Entschichtungsvorgangs reagieren. Ferner wird beim elektrochemischen Entschichten die Steuerung von Strom und Spannung dem Grundwerkstoff des Bauteils und der zu entschichtenden Beschichtung (Art, Dicke, Größe), angepasst.
Eine Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch 2 beschrieben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand je eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf jeweils eine Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen integral beschaufelten Rotorträger einer Gasturbine und
2 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum lokalen Beschichten eines Bauteils, mit der das lokale Entschichten von Bauteilen durchgeführt werden kann.
1 zeigt einen integral beschaufelten Rotor 1 einer Gasturbine bzw. eines Flugtriebwerks, an dessen Umfangsfläche 2 eine Vielzahl von Schaufeln 3 integral vorgesehen sind. Der Rotor 1 ist ein metallisches Bauteil. Der Rotor 1 und die Schaufeln 3 bestehen vorliegend aus einer Titanlegierung. Die Schaufeln 3 sind an ihren Schaufelspitzen 4 mit (nicht dargestellten) Schaufelspitzenpanzerungen versehen, die Hartpartikel enthalten. Beim Betrieb der Gasturbine können lokale Beschädigungen dieser Schaufelspitzenpanzerungen an einzelnen Schaufeln 3 auftreten.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens zum lokalen Entschichten wird der Rotor 1 in einer (nicht gezeigten) Halteeinrichtung gehalten und so positioniert, dass der zu entschichtende Bereich der Schaufelspitzenpanzerung einer Schaufel 4 mit einem Entschichtungsflüssigkeit enthaltenden Medium in Kontakt gebracht, mit Entschichtungsflüssigkeit benetzt und in einem elektrochemischen Vorgang entschichtet wird. Als Entschichtungsflüssigkeit wird verdünnte Schwefelsäure eingesetzt. Das Medium ist in eine Aufnahmeeinrichtung eingesetzt, deren Form der Schaufelspitze 4 so angepasst ist, dass diese vollständig von dem die Schwefelsäure enthaltenden Medium bedeckt ist. Das Medium besteht vorliegend aus einem synthetischen Fasermaterial.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum lokalen Entschichten des Rotors 1 umfasst eine (nicht dargestellte) Stromquelle, an die der Rotor 1 anodisch angeschlossen ist. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Kathode aus platiniertem Titan, die ebenfalls das Medium mit der Entschichtungsflüssigkeit kontaktiert. Das elektrochemische Entschichten erfolgt bei Raumtemperatur unter Anlegen einer Spannung kleiner 10 Volt über einen Zeitraum von 24 bis 48 Stunden. Bei Erhöhung der Temperatur der Entschichtungsflüssigkeit mit einer Wärmequelle auf 40 bis 60°C verkürzt sich bei gleichen Randbedingungen der Zeitraum auf 12 bis 15 Stunden. Dabei wird dem Medium kontinuierlich als Elektrolyt dienende Entschichtungsflüssigkeit zugeführt, die den zu entschichtenden Bereich an der Schaufelspitze 4 der Schaufel 3 benetzt und ein lokales Auflösen der beschädigten Schaufelspitzenpanzerung bewirkt.
Durch Vorsehen mehrerer Aufnahmeeinrichtungen, die jeweils das Medium mit dem Elektrolyten Schwefelsäure enthalten, können an mehreren Schaufeln 3 gleichzeitig beschädigte Schaufelspitzenpanzerungen entfernt werden.
Alternativ kann das oben beschriebene Verfahren ohne Stromquelle und Kathode durchgeführt werden, wenn das Medium in der Aufnahmeeinrichtung mit einer chemisch aktiven Entschichtungsflüssigkeit versorgt wird, welche die beschädigten Schaufelspitzenpanzerungen durch einen chemischen Prozess auflösen.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Einzelschaufel 5, die mit ihrem Schaufelfuß 6 zusammen mit einer Vielzahl weiterer Schaufeln am Umfang eines Schaufelträgers einer Gasturbine lösbar befestigt wird. Die Einzelschaufel 5 (oder andere lokal zu entschichtende Bauteile) besteht aus einer Ti-Basis-Legierung. Alternativ könnte die Einzelschaufel 5 z. B. auch aus einer Ni- oder Co-Basis-Legierung bestehen. Die Schaufel 5 weist an ihrer Schaufelspitze 7 eine Beschichtung in Form einer Schaufelspitzenpanzerung, die Hartpartikel aufweist, auf.
Zum elektrochemischen Entschichten dieser im Betrieb zumindest teilweise beschädigten Schaufelspitzenpanzerung wird eine (nicht gezeigte) Stromquelle und eine Kathode 8 vorgesehen. Die Einzelschaufel 5 wird über den Kontakt 9 anodisch an der Stromquelle angeschlossen. Eine Aufnahmeeinrichtung 10 für das Medium weist einen Zulauf 11 für eine Entschichtungsflüssigkeit, die ein Elektrolyt ist, auf im Inneren der Aufnahmeeinrichtung 10 ist das den Elektrolyten aufnehmende, saugfähige Medium vorgesehen, das sowohl mit der Schaufel 5 als auch der Kathode 8 in Kontakt steht. Das elektrochemische Entschichten erfolgt durch Anlegen einer Spannung bei Raumtemperatur über einen Zeitraum von 12 bis 48 Stunden. Über den Zulauf 11 wird dem saugfähigen Medium ständig verdünnte Schwefelsäure als Elektrolyt zugeführt, welche sowohl den zu entschichtenden Bereich an der Schaufelspitze 7 ebenso wie die Kathode 8 benetzt. Über den Ablauf 12 wird der Aufnahmeeinrichtung 10 bzw. dem saugfähigen Medium Flüssigkeit entnommen.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird dem in der Aufnahmeeinrichtung 10 vorgesehenen, saugfähigen Medium eine chemisch aktive Entschichtungsflüssigkeit zugeführt, durch welche die beschädigte Schaufelspitzenpanzerung im Rahmen eines chemischen Prozesses lokal an- bzw. aufgelöst wird.
Bei sämtlichen Ausgestaltungen des chemischen oder elektrochemischen Verfahrens werden ausschließlich die beschichteten Bereiche des Bauteils mit der chemisch aktiven oder elektrochemisch aktiven Entschichtungsflüssigkeit in Kontakt gebracht, so dass die unbeschichteten Bauteilbereiche ohne zusätzliche Abdeckung keinem Oberflächenangriff ausgesetzt sind. Durch Vorsehen mehrerer, das saugfähige bzw. flüssigkeitsaufnehmende Medium enthaltender Aufnahmeeinrichtungen können sämtliche beschädigte Schaufelspitzenpanzerungen eines integral beschaufelten Rotors in einem Verfahrensablauf chemisch oder alternativ elektrochemisch entschichtet werden.

Claims

Verwendung einer Vorrichtung zum chemischen oder elektrochemischen Bearbeiten von Bauteilen, mit wenigstens einer Halteeinrichtung für ein wenigstens abschnittsweise zu bearbeitendes Bauteil (1, 5) und wenigstens einer Aufnahmeeinrichtung (10) für ein saugfähiges, eine Bearbeitungsflüssigkeit enthaltendes Medium, wobei die Halte- und/oder die Aufnahmeeinrichtung so positionierbar sind, dass das die Bearbeitungsflüssigkeit enthaltende Medium den zu bearbeitenden Bereich des Bauteils (1, 5) kontaktiert, für das lokale Entschichten von Bauteilen (1, 5) in Form von metallischen oder keramischen Gasturbinenbauteilen.
Verwendung nach Anspruch 1 für das lokale Entschichten von Schaufeln (5) oder integral beschaufelten Rotorträgern (1).