DE102004012846A1

DE102004012846A1 - Verfahren zum Abtragen von Heißgaskorrosionsschutzschichten an Bauteilen

Info

Publication number: DE102004012846A1
Application number: DE200410012846
Authority: DE
Inventors: Henry Dr. Morgner; Christoph Dr. Metzner; Mathias Räbisch
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2005-10-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtragen von Heißgaskorrosionsschutzschichten an Bauteilen und insbesondere an Turbinenschaufeln, wobei das Abtragen mittels reaktivem oder nichtreaktivem Vakuumätzen erfolgt, wobei mindestens ein Bauteil mit einem hochdichten Plasma, aus welchem Gasionen mit einer Stromdichte von über 30 mA/cm·2· extrahiert werden, in Berührung gebracht wird und das Bauteil, bezogen auf das Plasmapotential, mit einer negativen Biasspannung zwischen 50 V und 3000 V beaufschlagt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtragen von Heißgaskorrosionsschutzschichten an der Oberfläche von Bauteilen wie beispielsweise Turbinenschaufeln oder Komponenten von Brennstoffzellen.

Derartige Schichten bestehen typischerweise aus einer Ni/Co-Legierung mit Bestandteilen von Cr, Al, Y und weiteren Elementen. Bei Turbinenschaufel besteht der Grundkörper im Allgemeinen aus einem nickelhaltigen, Superlegierung genannten, Material. Eine Heißgaskorrosionsschutzschicht besitzt eine typische Dicke von etwa 0,1 bis 0,4 mm. Die Nutzungsdauer eines derartigen Bauteils wird durch den Verschleiß der Heißgaskorrosionsschutzschicht begrenzt. Es besteht ein wirtschaftliches Interesse an der Regenerierung derartiger verschlissener Bauteile, die aus einem hochwertigen Material bestehen. Vor dem Neubeschichten beispielsweise einer Turbinenschaufel mit einer Heißgaskorrosionsschutzschicht, entweder durch Plasmaspritzen oder mittels einer PVD-Beschichtung, ist es notwendig, die alte Schutzschicht vollständig zu entfernen.

Das einzige bislang bekannte und technisch genutzte Entschichtungsverfahren für Bauteile mit Heißgaskorrosionsschutzschichten ist ein nasschemischer Abätzvorgang. Üblicherweise erfolgt die Schichtablösung unter Verwendung von Salpetersäure und Flusssäurebädern. Bei einem derartigen Ätzvorgang werden 15 h bis 40 h benötigt, um eine 300 μm bis 400 μm dicke Heißgaskorrosionsschutzschicht von beispielsweise einer Turbinenschaufel zu entfernen. Der Prozess ist jedoch nicht steuerbar und eine gewünschte vollständige Entfernung der Schicht wird oftmals nur schlecht erreicht. Daraus resultiert wiederum eine nicht zufriedenstellende Oberflächengüte der entschichteten Turbinenschaufel. Darüber hinaus sind die Chemikalien regelmäßig zu entsorgen. Der hohe Umsatz von aggressiven Chemikalien führt zwangsläufig zu einer hohen Umweltbelastung.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zum Abtragen von Heißgaskorrosionsschutzschichten an Bauteilen und insbesondere an Turbinenschaufeln mit hoher Abtragsrate, guter Reproduzierbarkeit und mit einer hohen Umweltverträglichkeit zu schaffen. Nach dem Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens soll ein entschichtetes Bauteil eine hohe Oberflächengüte aufweisen. Darüber hinaus soll der Entschichtungsprozess bezüglich der Zusammensetzung des abgetragenen Materials und der Werkstücktemperatur zuverlässig kontrolliert und gesteuert werden können.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß erfolgt das Abtragen von Heißgaskorrosionsschutzschichten an Bauteilen, indem die Bauteile einem reaktiven oder nichtreaktiven Vakuumätzprozess unterzogen werden. Dabei wird mindestens ein Bauteil mit einem hochdichten Plasma, aus welchem Gasionen mit einer Stromdichte von über 30 mA/cm² und vorzugsweise von 300 bis 400 mA/cm² extrahiert werden, in Berührung gebracht, wobei das Bauteil, bezogen auf das Plasmapotential, mit einer negativen Biasspannung zwischen 50 V und 3000 V und vorzugsweise von 50 V bis 300 V beaufschlagt wird. Damit lassen sich durch physikalisches Ionenätzen selbst mit niedrigen Beschleunigungsspannungen (Biasspannungen) bereits außerordentlich hohe Ätzabtragsraten erreichen. Das physikalische Ionenätzen ist ein Prozess mit ausgesprochen niedriger Belastung für die Umwelt.

Das Plasma, mit welchem ein Bauteil wie beispielsweise eine Turbinenschaufel in Berührung gebracht wird, kann als flächig ausgedehntes Plasma oder als volumenfüllendes Plasma ausgebildet werden. Die Anzahl von Bauteilen, welche gleichzeitig einem Ätzprozess unterzogen werden, ist abhängig von der Größe eines auszubildenden Plasmas. Der Anordnung von Bauteilen in einem Plasma sind keine Grenzen gesetzt. So können diese im Plasma beispielsweise linear nebeneinander, kreisförmig und in mehreren Ebenen angeordnet werden. Zu beachten ist dabei jeweils, dass die gesamte zu behandelnde Oberfläche der Bauteile mit dem Plasma in Berührung gebracht wird. Für einen gleichmäßigen Ätzabtrag auf der Oberfläche aller gleichzeitig zu behandelnden Bauteile ist es vorteilhaft, die Bauteile im Plasma zu bewegen. Dabei können die Bauteile beispielsweise drehbar, rotierbar oder/und linear bewegbar in einem Plasma angeordnet werden.

Bei einem Plasma ist die extrahierbare Ionenstromdichte über physikalische Gesetzmäßigkeiten mit der Ladungsträgerdichte im Plasma verbunden. Von der Ladungsträgerdichte hängt auch die Dicke einer Plasmarandschicht ab, wobei die Dicke einer Plasmarandschicht wiederum über die Formtreue einer Entschichtung entscheidet. Je dünner eine Plasmarandschicht ausgebildet ist, umso feinere Strukturen können mit einem Plasma abgetragen werden bzw. umso höher ist die Oberflächengüte nach einer Entschichtung.

Tabelle 1 veranschaulicht den Vergleich eines Glimmentladungsplasmas mit einer typischen Ladungsträgerdichte von 1·10^–10 cm^–3 und einer angenommenen Elektronentemperatur von 3 eV mit einem magnetisch verstärkten Hohlkatodenbogenentladungsplasma mit einer Ladungsträgerdichte von 5·10^–12 cm^–3, ebenfalls mit einer Elektronentemperatur von 3 eV. Aus dem Glimmentladungsplasma lassen sich Ionen mit einer Stromdichte von 0,24 mA/cm² extrahieren. Bei einem Glimmentladungsplasma kann mit einer sehr hohen Biasspannung, die der Prozessstabilität bereits abträglich ist, eine Entschichtungsrate von 60 nm/min erreicht werden. Mit dem Hohlkatodenplasma und einer Spannung von 200 V ergeben sich bereits Abtragsraten von 3,9 μm/min. Die Dicke der Plasmarandschicht beträgt 3 mm bei der Glimmentladung und 140 μm bei der Hohlkatodenentladung. Die mit dem Glimmentladungsplasma erreichbare Entschichtungszeit von 28 h für eine 0,1 mm dicke Nickelschicht und die beschränkte Formtreue von 3 mm Genauigkeit ermöglichen kein sauberes Entschichten an Kanten und am Übergang zu Bohrungen. Deshalb ist die Nutzung von Glimmentladungsplasmen bei der Entschichtung von beispielsweise Turbinenschaufeln ungeeignet. Mit dem wesentlich dichteren Hohlkatodenplasma sind jedoch attraktive Beschichtungszeiten und eine gute Formtreue bei der Entschichtung von Turbinenschaufeln erzielbar.

Tabelle 1

Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren sind bei einem nichtreaktiven Prozess in einem Hohlkatodenplasma Sputterabtragsraten von bis zu 10 μm/min bei einer Beschleunigungsspannung von höchstens 300 V erzielbar.

Zum Minimieren von Mikro-Bogenentladungen auf der Oberfläche von zu entschichtenden Bauteilen ist es zweckmäßig, eine mittelfrequent unipolar gepulste oder auch bipolar gepulste Biasspannung zu verwenden. Werden mehrere Bauteile nebeneinander im Plasma angeordnet, können diese sowohl elektrisch verbunden und mit nur einer gemeinsamen Stromversorgungseinrichtung oder mit einzelnen Stromversorgungseinrichtungen zum Bereitstellen einer Biasspannung betrieben werden. Das Verwenden einzelner Stromversorgungseinrichtungen für jedes Bauteil ermöglicht eine Strombegrenzung bei den einzelnen Stromversorgungseinrichtungen auf kleinere Maximalströme. Ein weiterer Vorteil ergibt sich beim Auftreten einer Mikro-Bogenentladung an der Oberfläche eines Bauteils. Wird jedes einzelne Bauteil auf Mikro-Bogenentladungen überwacht, braucht nur die des Bauteils zugehörige Stromversorgungseinrichtung kurzzeitig zum Löschen der Mikro-Bogenentladung ausgetastet werden, alle anderen Stromversorgungseinrichtungen bzw. Bauteile bleiben davon unberührt. Dadurch ist eine höhere Oberflächengüte der entschichteten Bauteile erzielbar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass nur geringere Ströme bei auftretenden Mikro-Bogenentladungen ausgetastet werden müssen.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ist das Erzeugen eines Plasmas von der Erzeugung der Biasspannung(en) getrennt, d.h. für beide Vorgänge werden separate Stromversorgungseinrichtungen verwendet. Durch kurzzeitige Abschaltungen) einer Biasspannung zur Unterdrückung von Mikro-Bogenentladungen) an einem Bauteil wird die Erzeugung des Plasmas daher nicht berührt. Das Plasma braucht daher nicht erneut gezündet werden.

Die Abtragsrate beim Vakuumätzen wird wesentlich mitbestimmt durch die in ein Plasma eingespeiste elektrische Energiemenge. Aus ökonomischer Sicht ist es daher wünschenswert, das Ionenätzen von Bauteilen wie beispielsweise Turbinenschaufeln mit einer möglichst hohen Leistung zu betreiben. Zu beachten ist hierbei jedoch, dass eine maximal zulässige Oberflächentemperatur der Bauteile nicht überschritten wird, um die Materialeigenschaften nicht zu verändern. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn während des Ätzvorgangs die Oberflächentemperatur der Bauteile erfasst und überwacht wird. Das Entschichten der Bauteile kann dann mit einer Leistung erfolgen, bei der die maximal zulässige Oberflächentemperatur nur geringfügig unterschritten wird. Damit kann eine wirtschaftlich günstige Entschichtung von beispielsweise Turbinenschaufeln realisiert werden.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, die Materialzusammensetzung des abgetragenen Materials zu erfassen und mit der Materialzusammensetzung der abzutragenden Schicht bzw. des Bauteilgrundkörpers zu vergleichen. Dadurch kann ermittelt werden, ob eine abzutragende Schicht bereits vollständig entfernt wurde. Trifft dies zu, kann ein Ätzvorgang automatisch beendet werden. Das Entschichten von Bauteilen mit Heißgaskorrosionsschutzschichten wird somit voll steuerbar.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden thermische Emissionen von der Oberfläche eines Bauteils bzw. charakteristische Emissionslinien aus dem Plasma, welches ein Bauteil unmittelbar umgibt, mittels mindestens eines optischen Sensors erfasst, an eine Steuereinrichtung weitergeleitet und dort bezüglich Oberflächentemperatur bzw. Materialzusammensetzung evaluiert. Dabei kann jedem Bauteil mindestens ein optischer Sensor fest zugeordnet werden oder die Bauteile werden während des Entschichtens periodisch einzeln an einem oder mehreren optischen Sensoren vorbeigeführt, wobei die jeweils erfassten Daten eines optischen Sensors an eine Steuereinrichtung übermittelt werden, welche diese Daten demjenigen Bauteil zuordnet, das sich momentan in einer Sichtlinie des optischen Sensors befindet.

Die infolge des hochdichten Plasmas extrahierbaren hohen Ionenstromdichten von bis zu 400 mA/cm² ermöglichen es, hohe Ätzabtragsraten auch bei verhältnismäßig niedrigen Biasspannungen bis 300 V zu erreichen. Daraus resultiert eine geringere Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Mikro-Bogenentladungen, denn je höher eine Biasspannung ist, umso höher ist die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Mikro-Bogenentladungen. Auch das Ausbilden von Stoßkaskaden-Spikes mit deren nachteiligen Folgen bezüglich des Aufrauens einer Bauteiloberfläche im Ätzprozess wird durch das Verwenden einer niedrigen Biasspannung vermieden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die Fig. zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Ätzens von Turbinenschaufeln mittels einer plasmaerzeugenden Einheit,
2 eine schematische Darstellung des Ätzens von Turbinenschaufeln mittels dreier plasmaerzeugender Einheiten.
1 zeigt schematisch einen horizontalen Schnitt durch eine Plasmaquelle einer Einheit, welche geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren zum Entschichten von drei Turbinenschaufeln 100 auszuführen. Die in 1 dargestellte Einheit umfasst insgesamt drei identische übereinander angeordnete Plasmaquellen gemäß der Schnittdarstellung. Ein inhomogenes Magnetfeld 101 wird mittels einer Magneteinrichtung, umfassend eine magnetische Erregerspule 102 und zwei in einem Winkel zueinander angeordnete magnetische Polschuhe 103 und 104, erzeugt. Die Polschuhe 103 und 104 sind derart geformt, dass das Magnetfeld 101 in dem Bereich, in welchem die Polschuhe 103 und 104 am weitesten voneinander beabstandet sind, homogenisiert ausgebildet wird. Die magnetische Feldstärke wird in dem Bereich, in welchem die Polschuhe 103 und 104 am weitesten voneinander beabstandet sind, auf etwa 5 kA/m eingestellt. Dadurch ergibt sich am anderen Ende der Polschuhe zwischen den Polschuhen 103 und 104 eine Feldstärke von etwa 25 kA/m.
Der Polschuh 104 ist im Bereich des größten Abstandes der Polschuhe 103 und 104 durchbrochen. Unmittelbar vor der Durchbruchsöffnung des Polschuhs 104, außerhalb des Magnetfeldes 101, wird eine Hohlkatode 105 in Verbindung mit einer Ringanode 106 angeordnet. Zum Zünden des Plasmas wird nur diese Ringanode 106 als Anode verwendet. Dabei wird der Strom ausschließlich von einer Stromversorgungseinrichtung 107 erzeugt. Nach dem Zünden des Plasmas, d.h. die Hohlkatode 105 ist auf Emissionstemperatur aufgeheizt und brennt stabil, wird die Plasmaentladung durch Einschalten einer Stromversorgungseinrichtung 108 zu einer Anode 109 gezogen. Die Anode 109 ist im Bereich des geringsten Polschuhabstandes und somit des stärksten magnetischen Feldes zwischen den Polschuhen 103; 104 angeordnet. Der Stromsollwert der Stromversorgungseinrichtung 108 wird etwa 10 % bis 30 % niedriger eingestellt als der Sollwert der Stromversorgungseinrichtung 107. Der Differenzstrom wird der Ringanode 106 zur Stabilisierung der Entladung zugeführt. Typische Entladungsströme, die zwischen Hohlkatode 105 und Anode 109 auftreten, bewegen sich in einem Bereich zwischen 50 A und 500 A.
Die Hohlkatode 105 benötigt einen geringen Durchfluss von Arbeitsgas, in der Regel wird das Edelgas Argon als Arbeitsgas verwendet, zur Ausbildung des Hohlkatodeneffektes. Das durch die Hohlkatode 105 strömende Gas steht jedoch auch dem Ätzprozess zur Verfügung. Der Einlass von zusätzlichem Edel- oder Inertgas, in die nicht dargestellte Prozesskammer, zur Speisung der Gasentladung erfolgt durch Einlassbohrungen 110 in der Anode 109.
Beim Arbeitsdruck in der Prozesskammer ist zu beachten, dass dieser so niedrig wie möglich gewählt wird, um die Streuung der von der Anode 109 zu einem zu bearbeitenden Objekt beschleunigten Ionen gering zu halten, wobei die Untergrenze durch die Stabilität der Gasentladung bestimmt wird. Im praktischen Betrieb ergibt sich ein Arbeitsdruckbereich von 0,1 Pa bis 1 Pa. Im Bereich des schwächeren magnetischen Feldes baut sich ein längsgestreckter Plasmaschild 111 durch die Führung der Elektronen im longitudinalen Magnetfeld 101 auf. Dieser von der Hohlkatode 105 ausgehende Plasmaschild 111 füllt durch Plasmadiffusion eine gewisse Breite aus. Mit dem derartig ausgebildeten Plasmaschild 111 ist es möglich, an der Oberfläche der Turbinenschaufeln 100 einen Ätzabtrag mit hoher Abtragsrate zu erzielen. Die Arbeitsbreite einer derartigen Vorrichtung, die durch die Abmaße eines ausgebildeten Plasmaschildes bestimmt wird, kann durch das Aneinanderreihen von mehreren Plasmaquellen auf nahezu beliebige Maße erweitert werden. Damit können auch mehrere übereinander angeordnete Ebenen mit Turbinenschaufeln gleichzeitig einem Ätzprozess unterzogen werden.
Die Turbinenschaufeln 100 werden dabei innerhalb einer Ebene nebeneinander derart angeordnet, dass jede Turbinenschaufel 100 zumindest teilweise in den Plasmaschild 111 eintaucht. Ein Rotieren der Turbinenschaufeln 100 im Plasmaschild 111 gewährleistet einen gleichmäßigen Ätzabtrag auf der gesamten Oberfläche aller Turbinenschaufeln 100. Um das Beschleunigen der Ionen zur Oberfläche der Turbinenschaufeln 100 hin zu verstärken, wird an jede Turbinenschaufel 100 mittels Stromversorgungseinrichtungen 119 eine Biasspannung angelegt. Jeder Turbinenschaufel 100 ist dabei eine separate Stromversorgungseinrichtung 119 zugeordnet, welche eine jeweilige Turbinenschaufel 100 über ein Widerstandsnetzwerk 118 mit allen drei Anoden 109 (entsprechend den drei Plasmaquellen) der Vorrichtung verbindet.
Neben dem Durchbruch, durch welchen die Hohlkatode 105 hindurchgerichtet ist, weist der Polschuh 104 drei weitere Durchbruchsöffnungen auf. Durch diese Öffnungen hindurchgerichtet ist jeweils ein optischer Sensor 127, wobei jeweils ein optischer Sensor 127 auf eine Turbinenschaufel 100 ausgerichtet ist. Dabei erfasst eine Sichtlinie 128 eines optischen Sensors 127 sowohl die Oberfläche einer zugeordneten Turbinenschaufel 100 als auch das Plasma, das diese Turbinenschaufel oberflächennah umgibt. Damit lassen sich einerseits charakteristische Emissionslinien aus dem Plasma erfassen, welche Auskunft über die Zusammensetzung des abgetragenen Materials geben, und andererseits lässt sich ein thermisches Emissionsspektrum von der Oberfläche der Turbinenschaufel 100 erfassen, welches Auskunft über die Oberflächentemperatur der Turbinenschaufel 100 gibt. Beide Parameter werden kontinuierlich mittels der optischen Sensoren 127 erfasst, über ein optisches Leitsystem an eine Einrichtung 129 übertragen und dort mittels Filter separiert und bezüglich Materialzusammensetzung und Oberflächentemperatur evaluiert.
2 zeigt schematisch eine horizontale Schnittdarstellung einer Einrichtung umfassend drei identische Einheiten 200A; 200B und 200C, von denen jede separat geeignet ist, einen flächig ausgedehnten Plasmaschild auszubilden. Die drei Einheiten sind gegenüberliegend derart angeordnet, dass sich die zugehörigen Plasmaschilde überlappen bzw. durchdringen und ein sogenanntes Volumenplasma 211 ausbilden.
Eine Anzahl von Turbinenschaufeln 200 ist kreisförmig nebeneinander in einem im Volumenplasma 211 befindlichen Drehkorb 221 angeordnet. Zum Gewährleisten eines gleichmäßigen Ätzabtrages während des Entschichtungsprozesses rotiert sowohl der Drehkorb 220 um seine Achse als auch jede einzelne Turbinenschaufel 200. Je nach Höhe der Turbinenschaufeln 200 können diese innerhalb des Drehkorbes 221 in mehreren horizontalen Ebenen übereinander angeordnet werden. Die Anordnung der Einheiten 200A; 200B; 200C und das dadurch ausgebildete Volumenplasma 211 gewährleisten ein gleichzeitiges Ätzen der gesamten Oberfläche aller im Volumenplasma 211 angeordneten Turbinenschaufeln 200 mit einer Ätzrate von 2 bis 5 μm/min. Die Turbinenschaufeln 200 sind elektrisch miteinander verbunden, jedoch gegenüber dem Drehkorb 221 elektrisch isolierend aufgehängt. Eine Bias-Spannungsversorgung erfolgt für sämtliche Turbinenschaufeln 200 gemeinsam mittels einer Stromversorgungseinrichtung 222. Um die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Mikro-Bogenentladungen drastisch zu reduzieren, wird zur Bias-Spannungsversorgung eine unipolar gepulste Gleichspannung von 300 V mit einer Umlauffrequenz von 40 kHz und einem Verhältnis von Puls zu Pulspause von 80 % zu 20 % verwendet.
Das Ankoppeln der Biasspannung erfolgt über ein Widerstandsnetzwerk 218 zu den Anoden 209 der Einheiten 200A; 200B; 200C. Über eine seitlich zwischen den Einheiten 200B und 200C angeordnete Einrichtung 223, umfassend mehrere Kollimatoren und ein optisches Leitsystem, wird jede mit Turbinenschaufeln bestückte horizontale Ebene im Drehkorb überwacht. Das Erfassen der optischen Signale erfolgt durch Synchronisieren der Messwerterfassung mit der aktuellen Drehposition des Drehkorbes 221. Sobald sich eine Turbinenschaufel 200 im Bereich einer Sichtlinie 224 eines Kollimators befindet, erfolgt das Erfassen der optischen Emission. Sowohl die thermische Emission von der Oberfläche einer Turbinenschaufel 200 wie auch die Emission charakteristischer Linien aus dem die Turbinenschaufel 200 unmittelbar umgebenden Plasma werden gemeinsam über einen Lichtkanal aus dem Plasma herausgeführt und in einer nachfolgenden Einrichtung 225 durch Filter separiert. Ausgewählte charakteristische Emissionslinien aus dem Plasma geben Auskunft über die Zusammensetzung des abgetragenen Materials und aus dem thermischen Emissionsspektrum von der Oberfläche der Turbinenschaufel wird die Oberflächentemperatur bestimmt. Mit diesen Daten lässt sich ein Wechsel in der Zusammensetzung des abgetragenen Materials und damit der Übergang vom Schichtmaterial in das Grundmaterial der Turbinenschaufeln 200 erkennen. Die Kontrolle der Oberflächentemperatur stellt sicher, dass zu keinem Zeitpunkt eine maximal erlaubte Temperaturbelastung der Turbinenschaufeln 200 unbeabsichtigt überschritten wird.

Claims

Verfahren zum Abtragen von Heißgaskorrosionsschutzschichten an Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragen mittels reaktivem oder nichtreaktivem Vakuumätzen erfolgt, wobei mindestens ein Bauteil (100; 200) mit einem hochdichten Plasma (111; 211), aus welchem Gasionen mit einer Stromdichte von über 30 mA/cm² extrahiert werden, in Berührung gebracht wird und das Bauteil (100; 200), bezogen auf das Plasmapotential, mit einer negativen Biasspannung zwischen 50 V und 3000 V beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hochdichte Plasma (111; 211) als Hohlkatodenbogenentladungsplasma ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (100; 200) vorzugsweise mit einer Biasspannung zwischen 50 V und 300 V beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das hochdichte Plasma (111) als flächig ausgedehntes Plasma ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das hochdichte Plasma (211) als volumenfüllendes Plasma ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (100; 200) im Plasma (111; 211) gedreht und/oder axial bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (100; 200) mit einer mittelfrequent unipolar oder bipolar gepulsten Bias-Spannung beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bias-Spannung kurzzeitig ausgetastet wird, wenn eine Mikro-Bogenentladung erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim gleichzeitigen Behandeln von mehreren Bauteilen (200) die Bauteile (200) elektrisch leitend miteinander verbunden werden, wobei eine Stromversorgungseinrichtung (222) eine Bias-Spannung für alle Bauteile (200) bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim gleichzeitigen Behandeln von mehreren Bauteilen (100) jedem Bauteil (100) eine separate Stromversorgungseinrichtung (119) zum Bereitstellen einer Bias-Spannung zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bauteil (100) separat bezüglich auftretender Mikro-Bogenentladungen überwacht wird, wobei eine Mikro-Bogenentladung gelöscht wird, indem jene Stromversorgungseinrichtung (119) kurzzeitig ausgetastet wird, welche dem Bauteil (100) zugeordnet ist, auf dessen Oberfläche die Mikrobogenentladung erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Vakuumätzens die Oberflächentemperatur des Bauteils (100; 200) erfasst und kontrolliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Vakuumätzens die Materialzusammensetzung des abgetragenen Materials erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur oder/und die Materialzusammensetzung mittels mindestens eines optischen Sensors (127; 223) erfasst wird/werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumätzen automatisch gestoppt wird, wenn die erfasste Materialzusammensetzung nicht mehr der Materialzusammensetzung der abzutragenden Heißgaskorrosionsschutzschicht entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumätzen mit einer elektrischen Leistung erfolgt, bei welcher eine maximal zulässige Oberflächentemperatur des Bauteils (100; 200) nur geringfügig unterschritten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauteil (100; 200) eine Turbinenschaufel bearbeitet wird.