DE102004049825B4

DE102004049825B4 - Verfahren zum Entschichten von beschichteten Bauteilen

Info

Publication number: DE102004049825B4
Application number: DE102004049825A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Meier
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MEIER, REINHOLD, 84405 DORFEN, DE
Priority date: 2004-10-13
Filing date: 2004-10-13
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: DE102004049825A1

Abstract

Verfahren zum Entschichten von beschichteten Bauteilen, insbesondere von heißgaskorrosionsschutzbeschichteten Gasturbinenbauteilen, durch chemisch-mechanisches Ablaugen der äußeren Deckzone einer Beschichtung und nachfolgendes Abtragen der unter der äußeren Deckzone liegenden inneren Diffusionszone der Beschichtung mit folgenden zeitlich aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten:
a) Bereitstellen eines an mindestens einem Oberflächenabschnitt zu entschichtenden Bauteils;
b) chemisches Aufbrechen einer äußeren Deckzone einer zu entfernenden Beschichtung an dem oder jedem zu entschichtenden Oberflächenabschnitt;
c) zumindest teilweises Abtragen der chemisch aufgebrochenen Beschichtung durch nachfolgendes Strahlen des oder jedes zu entschichtenden Oberflächenabschnitts;
d) weiteres Abtragen der zu entfernenden Beschichtung durch nachfolgendes Laserstrahlabtragen einer inneren Diffusionszone der zu entfernenden Beschichtung an dem oder jedem zu entschichtenden Oberflächenabschnitt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entschichten von beschichteten Bauteilen, insbesondere von heißgaskorrosionsschutzbeschichteten Gasturbinenbauteilen.
Bauteile einer Gasturbine, wie zum Beispiel die Laufschaufeln, sind zur Bereitstellung einer Oxidationsbeständigkeit, einer Korrosionsbeständigkeit oder auch einer Erosionsbeständigkeit an den Oberflächen mit speziellen Beschichtungen versehen. Die Bauteile von Gasturbinen unterliegen während des Betriebs derselben einem Verschleiß oder können auf sonstige Art und Weise beschädigt werden. Zur Reparatur von Beschädigungen ist es in der Regel erforderlich, vom zu reparierenden Bauteil die Beschichtung bereichsweise, teilweise oder auch insgesamt zu entfernen bzw. abzutragen. Das Entfernen bzw. Abtragen von Beschichtungen bezeichnet man auch als Entschichten.

Die EP 1 219 728 A1 offenbart ein Verfahren zum Entschichten einer Turbinenschaufel, wobei bei dem dort offenbarten Verfahren ein Außenteil einer Korrosionsschutzschicht mittels eines Wasserstrahls abrasiv entfernt wird, und wobei anschließend ein Innenteil der Korrosionsschutzschicht chemisch entfernt wird. Beim chemischen Entfernen des Innenteils der Korrosionsschutzschicht vom beschichteten Bauteil besteht die Gefahr, dass der Grundwerkstoff des Bauteils angegriffen und beschädigt werden kann. Ein sicheres Entschichten eines Bauteils ist mit dem in der EP 1 219 728 A1 beschriebenen Verfahren demnach nicht möglich.

Die DE 196 48 807 A1 betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer schützenden Beschichtung von Oberflächen einer Leitfläche, insbesondere einer Gasturbinenschaufel. Dabei werden kritische Flächen durch Aufbringen eines ultra-violett-härtbaren Maskierungsmaterials geschützt, und die ungeschützten Bereiche chemisch entschichtet, z.B. durch Säure. Dann wird die Maskierung entfernt, und die darunter vorhandene Beschichtung mechanisch und somit schonender abgetragen. Im Wesentlichen gelten auch hier die Nachteile einer chemischen Entschichtung.

Die DE 102 48 093 A1 behandelt ein Verfahren zum Reinigen von Gererator- oder Turbinenkomponenten unter Verwendung eines Laserstrahls. Dabei werden Oberflächenverunreinigungen bzw. Beschichtungen durch Verdampfen ab getragen, ohne die Eigenschaften des Grundmaterials zu verändern. Die Abtragung wird überwacht, die daraus resultierenden Messwerte werden zur Lasersteuerung verwendet.

Die DE 44 11 677 C1 schützt ein Verfahren zum Entfernen organischer Materialien von Triebwerkskomponenten. Das Material wird mit einer artgleichen Schmelze abgeschmolzen, dann folgen weitere Behandlungen mit temperiertem Öl und organischen Reinigern.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Entschichten von Bauteilen zu schaffen.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines an mindestens einem Oberflächenabschnitt zu entschichtenden Bauteils; b) chemisches Aufbrechen einer äußeren Deckzone einer zu entfernenden Beschichtung an dem oder jedem zu entschichtenden Oberflächenabschnitt; c) zumindest teilweises Abtragen der chemisch aufgebrochenen Beschichtung durch nachfolgendes Strahlen des oder jedes zu entschichtenden Oberflächenabschnitts; d) weiteres Abtragen der zu entfernenden Beschichtung durch nachfolgendes Laserstrahlabtragen einer in neren Diffusionszone der zu entfernenden Beschichtung an dem oder jedem zu entschichtenden Oberflächenabschnitt.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, einen äußeren Abschnitt bzw. eine äußere Deckzone einer Beschichtung chemisch aufzubrechen und durch Strahlen zumindest teilweise abzutragen. Der äußere Abschnitt der Beschichtung wird demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung auf chemisch-mechanischem Weg entfernt. Weiterhin schlägt das erfindungsgemäße Verfahren vor, im Anschluss an das Entfernen der äußeren Deckzone der Beschichtung eine innere Diffusionszone der Beschichtung durch Laserstrahlabtragen zu entfernen. Mit der erfindungsgemäßen Kombination, dass eine äußere Deckzone bzw. Aufbauzone der Beschichtung auf chemisch-mechanischem Weg und eine innere Diffusionszone der Beschichtung durch Laserstrahlabtragen entfernt wird, ist ein vollständiges sowie sicheres Entfernen der Beschichtung möglich. Der Grundwerkstoff des zu entschichtenden Bauteils wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht angegriffen, sodass im Anschluss an die Entschichtung eine sichere Wiederbeschichtung des entschichteten Bauteils durchgeführt werden kann. Die Integrität des zu entschichtenden Bauteils wird demnach mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht beeinträchtigt.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden vor dem chemischen Aufbrechen nicht beschichtete Oberflächenabschnitte und/oder nicht zu entschichtende Oberflächenabschnitte des zu entschichtenden Bauteils abgedeckt, wobei hierzu die nicht beschichteten Oberflächenabschnitte und/oder die nicht zu entschichtenden Oberflächenabschnitte in einem Werkstoff eingebettet werden, der gegenüber einer beim chemisch Aufbrechen zu verwendenden Substanz resistent ist.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine zu entschichtende Gasturbinenschaufel in schematisierter Darstellung.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme auf 1 am Beispiel einer zu entschichtenden Schaufel einer Gasturbine beschrieben.
So verfügt die in 1 gezeigte Schaufel 10 über ein Schaufelblatt 11 sowie einen Schaufelfuß 12. Nachfolgend soll davon ausgegangen werden, dass die Schaufel 10 im Bereich ihres Schaufelblatts 11 mit einer Beschichtung 13, nämlich einer Korrosionsschutzbeschichtung, beschichtet ist, wohingegen der Schaufelfuß 12 keine derartige Korrosionsschutzbeschichtung aufweist. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird nun ein Verfahren vorgeschlagen, um vom Bauteil, nämlich vom Schaufelblatt 11 der Schaufel 10, die Beschichtung 13 effektiv und sicher abzutragen.
Nach dem Bereitstellen der im Bereich ihres Schaufelblatts 11 zu entschichtenden Schaufel 10 werden im Sinne der hier vorliegenden Erfindung nicht beschichtete bzw. nicht zu entschichtende Oberflächenabschnitte der Schaufel 10 abgedeckt. Wie bereits erwähnt, soll im gezeigten Ausführungsbeispiel davon ausgegangen werden, dass die Schaufel 10 im Bereich ihres Schaufelfußes 12 nicht beschichtet ist. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird demnach der Schaufelfuß 12 abgedeckt, nämlich in einem Werkstoff eingebettet. Vorzugsweise werden nicht beschichtete bzw. nicht zu entschichtende Oberflächenbereiche des zu entschichtenden Bauteils in Polystyrol eingebettet bzw. von Polystyrol umspritzt.
Im Anschluss an das Abdecken bzw. Einbetten des nicht zu entschichtenden Schaufelfußes 12 der Schaufel 10 wird zum Entschichten des Schaufelblatts 11 der zu entschichtende Oberflächenabschnitt des Schaufelblatts 11 bzw. die Beschichtung 13 aktiviert. Zum Aktivieren wird das zu entschichtende Schaufelblatt 11 gereinigt, wobei das Reinigen vorzugsweise auf mechanischem Weg durch Strahlen durchgeführt wird.
Nach dem Aktivieren des zu entschichtenden Oberflächenabschnitts der Schaufel 10 wird die Beschichtung 13 mit einer Säure chemisch aufgebrochen. Handelt es sich bei der zu entfernenden Beschichtung zum Beispiel um PtAl-Beschichtung oder eine MCrAlY-Beschichtung, so kann mithilfe einer Säure aus der Beschichtung 13 Aluminium herausgelöst werden, sodass die Beschichtung 13 aufgebrochen wird und eine Hohlraumstruktur verbleibt. Der Werkstoff, in den nicht beschichtete bzw. nicht zu entschichtende Oberflächenbereiche des zu entschichtenden Bauteils eingebettet sind, ist gegenüber der beim chemischen Aufbrechen verwendeten Säure resistent.
Die so aufgebrochene Beschichtung 13 wird dann im Sinne der hier vorliegenden Erfindung durch mechanisches Strahlen zumindest teilweise abgetragen. Das mechanische Strahlen der chemisch aufgebrochenen Beschichtung 13 erfolgt unter Verwendung scharfkantiger Aluminiumoxid-Teilchen, die im Bereich des Schaufelblatts 11 auf die Beschichtung 13 auftreffen und die Beschichtung 13 vom Schaufelblatt 11 abtragen. Durch das chemische Aufbrechen sowie abrasive Abtragen wird eine äußere Deckschicht bzw. Aufbauzone der Beschichtung 13 vom Schaufelblatt 11 der Schaufel 10 abgetragen.
Im Anschluss an das chemische Aufbrechen sowie mechanische Abtragen der äußeren Deckzone bzw. Aufbauzone der Beschichtung 13 erfolgt im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ein weiteres Abtragen der zu entfernenden Beschichtung 13 durch nachfolgendes Laserstrahlabtragen einer inneren Diffusionszone der Beschichtung 13. Durch Laserstrahlabtragen wird ein exaktes Entfernen der Diffusionszone bis auf den Grundwerkstoff der zu entschichtenden Schaufel 10 durchgeführt, ohne dass der Grundwerkstoff angegriffen wird oder die Korngrenzen des Grundwerkstoffs beeinträchtig werden.
Im Anschluss an das Abtragen der inneren Diffusionszone durch Laserstrahlabtragen liegt ein entschichtetes Bauteil vor, welches problemlos wiederbeschichtet werden kann. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch sehr beständige Beschichtungen vom Bauteil sicher abgetragen werden können. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein stabiler sowie reproduzierbarer Entschichtungsprozess vorgeschlagen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt zur Entschichtung von Gasturbinenbauteilen, wie Gasturbinenschaufel, bei der Reparatur derselben eingesetzt. So ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Heißgaskorrosionsschutzschichten von Gasturbinenschaufeln zu entfernen, die über einen Grundwerkstoff aus einer Nickelbasislegierung oder einer Kobaltbasislegierung oder einer Eisenbasislegierung gebildet sind.

10: Schaufel
11: Schaufelblatt
12: Schaufelfuß
13: Beschichtung

Claims

Verfahren zum Entschichten von beschichteten Bauteilen, insbesondere von heißgaskorrosionsschutzbeschichteten Gasturbinenbauteilen, durch chemisch-mechanisches Ablaugen der äußeren Deckzone einer Beschichtung und nachfolgendes Abtragen der unter der äußeren Deckzone liegenden inneren Diffusionszone der Beschichtung mit folgenden zeitlich aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen eines an mindestens einem Oberflächenabschnitt zu entschichtenden Bauteils; b) chemisches Aufbrechen einer äußeren Deckzone einer zu entfernenden Beschichtung an dem oder jedem zu entschichtenden Oberflächenabschnitt; c) zumindest teilweises Abtragen der chemisch aufgebrochenen Beschichtung durch nachfolgendes Strahlen des oder jedes zu entschichtenden Oberflächenabschnitts; d) weiteres Abtragen der zu entfernenden Beschichtung durch nachfolgendes Laserstrahlabtragen einer inneren Diffusionszone der zu entfernenden Beschichtung an dem oder jedem zu entschichtenden Oberflächenabschnitt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem chemischen Aufbrechen gemäß Schritt b) nicht beschichtete Oberflächenabschnitte und/oder nicht zu entschichtende Oberflächenabschnitte abgedeckt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu die nicht beschichteten Oberflächenabschnitte und/oder die nicht zu entschichtenden Oberflächenabschnitte in einem Werkstoff eingebettet werden, der gegenüber einer beim chemisch Aufbrechen zu verwendenden Substanz resistent ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu die nicht beschichteten Oberflächenabschnitte und/oder die nicht zu entschichtenden Oberflächenabschnitte in Polystyrol eingebettet werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem chemischen Aufbrechen gemäß Schritt b) der oder jede zu entschichtende Oberflächenabschnitt aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu der oder jede zu entschichtende Oberflächenabschnitt gereinigt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum chemischen Aufbrechen gemäß Schritt b) der oder jede zu entschichtende Oberflächenabschnitt mit einer Säure behandelt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum zumindest teilweisen Abtragen der aufgebrochenen Beschichtung gemäß Schritt c) der oder jede zu entschichtende Oberflächenabschnitt mit scharfkantigen Aluminiumoxid-Teilchen mechanisch gestrahlt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Laserstrahlabtragen gemäß Schritt d) die Diffusionszone der zu entfernenden Beschichtung bis auf den Grundwerkstoff des zu entschichtenden Bauteils abgetragen wird.
Verwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 zur Entschichtung von Gasturbinenbauteilen, insbesondere zur Entschichtung von Gasturbinenschaufeln bei der Reparatur derselben, die aus einer Nickelbasislegierung oder einer Kobaltbasislegierung oder einer Eisenbasislegierung gebildet sind.