DE102004053135A1 - Verfahren zum Abtragen einer Beschichtung von einem Bauteil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtragen von Beschichtungen, die auf Bauteilen wie Turbinenschaufeln aufgebracht werden. Nach Erreichen des Endes des Produktlebenszyklus der Turbinenschaufeln können diese Beschichtungen abgetragen werden, um die Turbinenschaufeln nach einer erneuten Beschichtung wieder verwenden zu können. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Abtragen der insbesondere Chromoxid-Verbindungen enthaltenen Beschichtung mittels eines Entschichtungsbades erfolgt, indem als Inhibitor Alkanolamin-Verbindungen oder diese enthaltene Salze (beispielsweise Triethanolamin) zugegeben werden. Diese verhindern vorteilhaft, dass während der Entschichtung der Turbinenschaufeln neue Chromoxid-Verbindungen entstehen bzw. die in der Beschichtung befindlichen Chromoxid-Verbindungen wirksam abgetragen werden, so dass die Chromoxid-Verbindungen die Abtragungsrate des Entschichtungsverfahrens nicht negativ beeinflussen können. Hierdurch lassen sich vorteilhaft verkürzte Behandlungszeiten für den Entschichtungsprozess erreichen. Durch Zugabe von 2% Triethanolamin (TEA) lässt sich die Behandlungszeit in Salzsäure beispielsweise auf unter eine Stunde reduzieren.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtragen einer Chrom und/oder Chromoxid-Verbindungen enthaltenden Beschichtung von einem Bauteil mit Hilfe eines Entschichtungsbades.
• Ein solcher Entschichtungsvorgang kann gemäß der EP 1 094 134 A1 beispielsweise mittels eines elektrochemischen Verfahrens durchgeführt werden. Dabei wird das zu entschichtende Bauteil in ein Eltrolyt eingetaucht und bildet dabei die Arbeitselektrode. Durch Anlegen einer Spannung an die entsprechenden Gegenelektroden wird die zu entschichtende Schicht auf dem Bauteil aufgelöst.
• Ein anderes Verfahren zur Entschichtung von Bauteilen ist in der EP 1 314 797 A2 beschrieben. Hierbei handelt es sich um ein chemisches Entschichtungsverfahren. Das zu entschichtende Bauteil wird in eine Lösung mit Salzsäure und einem den Angriff des Basismaterials des Bauteils verringernden Inhibitor eingetaucht. Das durch die Salzsäure gebildete Entschichtungsbad führt die Auflösung der Beschichtung herbei.
• Mit den erwähnten Verfahren können beispielsweise Turbinenschaufeln entschichtet werden, wenn diese das Ende der vorgesehenen Lebensdauer erreicht haben. Durch eine anschließende Neubeschichtung kann nämlich ein weiterer Lebenszyklus der Turbinenschaufeln ermöglicht werden, weswegen sich ein großes Interesse an einer wirksamen Entschichtung von Turbinenschaufeln ergibt. Bei der Entschichtung von Turbinenschaufeln müssen nicht nur die verbrauchten Beschichtungen, wie MCrAlY-Beschichtungen oder auch thermische Schutzschichten (so ge nannte Thermal Barriere Coating, im Folgenden mit TBC) entfernt werden, sondern auch im Laufe der Betriebszeit der Turbinenschaufel auf der Beschichtung entstandene Verunreinigungen, die bevorzugt aus komplexen kristallinen Verbindungen bestehen. In diesem Zusammenhang sind Verbindungen des Ca-Mg-Al-Si-O-Systems (im Folgenden mit CMAS bezeichnet) zu nennen. Weitere schwer zu entfernende Verbindungen bestehen aus so genannten thermisch gewachsenen Oxyden auf dem Grundmaterial des beschichteten Bauteils (im Folgenden TGO), wie z. B. Cr₂O₃- oder Cr_xCo_yO-Verbindungen. Diese Verbindungen weisen eine hohe chemische Stabilität auf, weswegen sie sich mit dem Entschichtungsbad nur mit hohem Zeitaufwand entfernen lassen. Weiterhin können während des Entschichtungsprozesses solche Verbindungen auch gebildet werden, wodurch das Entschichtungsverfahren zusätzlich verzögert wird. Die Verbindungen belegen zunehmend die Oberfläche des zu entschichtenden Bauteils, weswegen die Abtragungsrate bei der Entschichtung bei zunehmender Behandlungszeit sinkt. Gemäß der EP 1 314 797 A2 wird deswegen vorgeschlagen, den Entschichtungsprozess in mehreren Schritten durchzuführen, wobei jeweils zwischen den Behandlungsschritten eine mechanische Bearbeitung der Oberflächen erfolgt, so dass die entstandenen oder noch nicht entfernten Verunreinigungen abgetragen werden können.
• Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Abtragen von Chrom und/oder Chromoxid-Verbindungen enthaltenden Beschichtungen anzugeben, welche kurze Behandlungszeiten für den Entschichtungsprozess ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Abtragen einer Chrom und/oder Chromoxid-Verbindungen enthaltenden Beschichtung von einem Bauteil gelöst, bei dem das beschichtete Bauteil in ein Entschichtungsbad eingebracht und nach Ablauf der Behandlungszeit wieder entnommen wird, wobei dem Entschichtungsbad als Inhibitor eine Alkanolamin-Verbindung oder ein diese enthaltendes Salz beigegeben werden. Für Alkanolamin-Verbindungen und diese enthaltenden Salze als Inhibitoren hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, dass diese nicht nur einen Angriff des Grundwerkstoffs des beschichteten Bauteils durch das Entschichtungsbad verringern, sondern auch die Bildung von TGO unterdrücken bzw. die Auflösung von TGO und OMAS beschleunigen. Hierdurch kann vorteilhaft ein Entschichtungsprozess mit vergleichsweise hohen Abtragungsraten über einen längeren Behandlungszeitraum hin aufrechterhalten werden, als dies mit den gemäß dem Stand der Technik eingesetzten Inhibitoren möglich ist. Damit lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren wirtschaftlicher zur Anwendung bringen, insbesondere kann eine Unterbrechung des Entschichtungsverfahrens zwecks Zwischenschaltung eines mechanischen Bearbeitungsschrittes entfallen oder zumindest die Behandlungszeiträume zwischen diesen mechanischen Bearbeitungsschritten verlängert werden. Damit verringert sich insgesamt vorteilhaft die für den Entschichtungsprozess notwendige Verfahrensdauer, weswegen das Verfahren wirtschaftlicher angewendet werden kann. Weiterhin können Beschädigungen des Grundwerkstoffs des beschichteten Bauteils aufgrund mechanischer Bearbeitungsschritte vermieden werden, wodurch der Ausschuss bei der Entschichtung verringert wird, was zusätzlich zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beiträgt. Als vorteilhaft besonders effektiv hat sich die Anwendung von Triethanolamin oder eines von dessen Salzen, wie z. B. Triethanolaminborat als Inhibitor herausgestellt.
• Vorteilhaft ist es, als weitere Inhibitoren Carbonsäuren und/oder Aldehydverbindungen und/oder ungesättigte Alkohole zuzugeben, deren Wirkung als Inhibitor bei der Entschichtung bereits bekannt ist. Die Mischungen von Inhibitoren verbessern die Gesamtwirkung des Entschichtungsbades insgesamt vorteilhaft.
• Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei der Entschichtung von Turbinenschaufeln anwenden, wobei insbesondere MCrAlY-Beschichtungen und/oder thermische Schutzschichten von den Turbinenschaufeln entfernt werden können. Die MCrAlY-Beschichtung dient dabei häufig als Zwischenschicht zwischen der Turbinenschaufel und der thermischen Schutzschicht (TBC). Selbstverständlich können die genannten Schichtsysteme auch von beliebigen anderen Bauteilen abgetragen werden, sofern dies notwendig ist (z. B. von Zuleitungsrohren für Gasturbinen).
• Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur zeigt ein Diagramm, welches den Verlauf von verschiedenen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt. Das Ausführungsbeispiel des Verfahrens bestand in einem Abtragen einer MCrAlY-Beschichtung auf betriebsbeanspruchten Turbinenschaufeln, wobei als Entschichtungsbad eine fünfprozentige Salzsäure verwendet wurde. Weiterhin wurde in parallel durchgeführten Verfahren Triethanolamin in einprozentiger bzw. zweiprozentiger Konzentraton zugegeben. Während der Behandlungszeit wurde das Entschichtungsbad mit Ultraschall mit einer Frequenz von 36 kHz beaufschlagt.
• Bei den Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens handelte es sich um eine elektrochemische Entschichtung, wobei das Potential an der Turbinenschaufel bei 0,100 V SCE bzw. 0,340 V SHE gehalten wurde. Das Diagramm zeigt über der Behandlungszeit t in Stunden h den an der Turbinenschaufel gemessenen Strom I in Ampere A. Dieser Strom kann als direktes Maß für die Abtragungsrate an der Turbinenschaufel verwendet werden.
• Es zeigt sich, dass bei Zugabe von einem bzw. zwei Prozent Triethanolamin (TEA) sich die Stromdichte zum Auflösen im Vergleich zur Verwendung von reiner Salzsäure vervielfachen lässt. Hierdurch lässt sich in entsprechend kürzerer Zeit ein Abtrag der Beschichtung von der Turbinenschaufel erreichen. Dieser lässt sich im Diagramm anhand des Stromabfalls erkennen. Die notwendigen Behandlungszeiten lassen sich dadurch auf unter eine Stunde verringern.

Claims (5)

1. Verfahren zum Abtragen einer Chrom und/oder Cromoxid-Verbindungen enthaltenden Beschichtung von einem Bauteil, bei dem das beschichtete Bauteil in ein Entschichtungsbad eingebracht und nach Ablauf der Behandlungszeit wieder entnommen wird, wobei dem Entschichtungsbad als Inhibitor eine Alkanolamin-Verbindung oder ein diese enthaltendes Salz beigegeben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Inhibitor Triethanolamin oder eines von dessen Salzen beigegeben wird.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Inhibitoren Carbonsäuren und/oder Aldehydverbindungen und/oder ungesättigte Alkohole zugegeben werden.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung von einer Turbinenschaufel abgetragen wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine MCrAlY-Beschichtung und/oder eine thermische Schutzschicht ist.