DE102010038270A1 - Process for cleaning substrates - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Entfernen von Sandteilchen von einem Substrat wird beschrieben. Das Verfahren schließt die Stufe des Behandelns des Substrates mit einer HxAF6 umfassenden Säurelösung ein, worin A ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Si, Ge, Ti, Zr, Al und Ga, und worin HxAF6 in einer Konzentration im Bereich von etwa 5 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% vorhanden ist.A method for removing sand particles from a substrate is described. The method includes the step of treating the substrate with an acid solution comprising H x AF 6 , wherein A is selected from the group consisting of Si, Ge, Ti, Zr, Al and Ga, and wherein H x AF 6 in a concentration in the Range from about 5% to about 40% by weight.

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Description

HINTERGRUNDBACKGROUND

Die Erfindung bezieht sich auf das Reinigen von Substratoberflächen und, spezieller, auf die Entfernung von Sandteilchen von Turbinentriebwerks-Oberflächen, wie Schaufeln.The invention relates to the cleaning of substrate surfaces and, more particularly, to the removal of sand particles from turbine engine surfaces, such as blades.

Sandverschmutzung ist kürzlich als ein Schlüsselfaktor zu Tage getreten, der die Leistungsfähigkeit in Turbinenkomponenten signifikant verschlechtert. So erfahren Flugzeugtriebwerke, die Inlandsrouten fliegen, häufig ein signifikantes Sandverschmutzen aufgrund der starken Sandaufnahme während des Leerlaufes, des Startes und der Landung. Es wurde festgestellt, dass der primäre Mechanismus für die Verschmutzung die verstärkte Rauheit von Kompressorschaufeln aufgrund des Ansaugens von Sand ist. Spezifisch resultiert diese verstärkte Rauheit aus der Bildung von Mikrogrübchen während des Aufprallens von Teilchen. Danach sammeln sich Sandteilchen mit Größen von weniger als 10 μm in diesen Grübchen unter Bildung der Verschmutzungsschichten an. Hohe Temperaturen in stromabwärts gelegenen Stufen des Kompressors führen zum Sintern der Sandteilchen, was die Schaufel-Sand-Adhäsion verstärkt. Folglich sind Wasserbehandlungen zum Waschen, die häufig angewendet werden, um die Turbinenkomponenten zu reinigen, oft nicht erfolgreich beim Entfernen der angesammelten Sandteilchen.Sand contamination has recently emerged as a key factor that significantly degrades performance in turbine components. For example, aircraft engines that fly inland routes often experience significant sand contamination due to heavy sand intake during idle, takeoff, and landing. It has been found that the primary pollution mechanism is the increased roughness of compressor blades due to the suction of sand. Specifically, this increased roughness results from the formation of micro-pits during impact of particles. Thereafter, sand particles of sizes less than 10 microns accumulate in these pits to form the soil layers. High temperatures in downstream stages of the compressor lead to sintering of the sand particles, which increases the blade-sand adhesion. Consequently, washing water treatments, which are often used to clean the turbine components, are often unsuccessful at removing the accumulated sand particles.

Es bleibt daher ein Bedarf im Stande der Technik an einem Verfahren zum Entfernen von Sandteilchen und Sandverschmutzungsschichten von, z. B., Turbinentriebwerks-Komponenten, während es minimale oder keine Auswirkung auf die Schaufeloberfläche darunter oder irgendwelche Schutzüberzüge auf einer solchen Oberfläche hat.There remains therefore a need in the art for a method of removing sand particles and sand pollutant layers from, e.g. Turbine engine components, while having minimal or no effect on the blade surface below or any protective coatings on such surface.

KURZE BESCHREIBUNGSHORT DESCRIPTION

Eine primäre Ausführungsform dieser Erfindung ist auf ein Verfahren zum Entfernen von Sandteilchen von einem Substrat gerichtet. Das Verfahren schließt die Stufe des Behandelns des Substrates mit einer Säurelösung ein, die HxAF6 umfasst, worin A ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Si, Ge, Ti, Zr, Al und Ga, und worin HxAF6 in einer Konzentration von etwa 5 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% vorhanden ist.A primary embodiment of this invention is directed to a method of removing sand particles from a substrate. The method includes the step of treating the substrate with an acid solution comprising H x AF 6 , wherein A is selected from the group consisting of Si, Ge, Ti, Zr, Al and Ga, and wherein H x AF 6 in a Concentration of about 5 wt .-% to about 40 wt .-% is present.

ZEICHNUNGDRAWING

Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der gleiche Bezugsziffern gleiche Teile repräsentieren, worin:These and other features, aspects, and advantages of the present invention will become better understood upon reading the following detailed description with reference to the accompanying drawings in which like reference numerals represent like parts, wherein: FIG.

1 eine Querschnittsansicht eines Teiles einer Turbinentriebwerks-Komponente ist und 1 FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion of a turbine engine component; and FIG

2 ein Verfahren zum Entfernen von Sandteilchen von einem Substrat veranschaulicht. 2 a method of removing sand particles from a substrate is illustrated.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Verfahren zum Entfernen von Sandteilchen von einem Substrat. Das Verfahren schließt die Stufe des Behandelns des Substrates mit einer HxAF6-Säurelösung ein, die eine Konzentration im Bereich von etwa 5 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% aufweist. Wie weiter unten detailliert beschrieben wird, sind typischerweise mildere Behandlungsbedingungen, wie geringere Konzentrationen von HxAF6-Säure in der wässerigen Lösung, geringere Temperaturen und kürzere Behandlungszeiten bevorzugt, um die Sandteilchen von dem Substrat zu entfernen, ohne beträchtlichen Schaden an dem darunter liegenden Überzug zu verursachen.Embodiments of the present invention relate to a method for removing sand particles from a substrate. The method includes the step of treating the substrate with an H x AF 6 acid solution having a concentration in the range of about 5% to about 40% by weight. As will be described in detail below, typically, milder processing conditions, such as lower concentrations of H x AF 6 acid in the aqueous solution, lower temperatures, and shorter treatment times are preferred to remove the sand particles from the substrate without significant damage to the underlying To cause plating.

Der Begriff „Sand”, wie er hierin benutzt wird, kann allgemein als ein natürlich vorkommendes granulares Material definiert werden, das aus fein zerteilten Fels- und Mineralteilchen zusammengesetzt ist. Die üblichste Komponente von Sand ist häufig Siliciumdioxid (SiO2), typischerweise in der Form von Quarz. Die Zusammensetzung von Sand kann jedoch in weitem Rahmen variieren. In einigen Ausführungsformen bedeutet der Begriff „Sand” spezifisch eine Betzugnahme auf „CMAS”-Materialien, die Materialien auf der Grundlage einer Mischung von Calciumoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Siliciumdioxid sind. Die Teilchengröße der Sandteilchen ist üblicherweise submikron. In einer Ausführungsform liegt die mittlere Teilchengröße der Sandteilchen in einem Bereich von etwa 0,5 μm bis etwa 10 μm.The term "sand" as used herein may be broadly defined as a naturally occurring granular material composed of finely divided rock and mineral particles. The most common component of sand is often silica (SiO 2 ), typically in the form of quartz. However, the composition of sand can vary widely. In some embodiments, the term "sand" specifically refers to "CMAS" materials that are materials based on a mixture of calcia, magnesia, alumina, and silica. The particle size of the sand particles is usually submicron. In one embodiment, the mean particle size of the sand particles ranges from about 0.5 μm to about 10 μm.

Es wurde festgestellt, dass Sandverschmutzung häufig in Flugzeugtriebwerken stattfindet, die in geografischen Bereichen fliegen, die Wüsten aufweisen. Schaufeln in den Kompressorabschnitten solcher Flugzeugtriebwerke zeigen signifikante Ansammlungen von feinem Sand. Oberflächen von Turbinenkomponenten, wie Schaufeln, können Sand ansammeln, was zu einer verminderten Luftströmung und einer signifikanten Zunahme des spezifischen Brennstoffverbrauches ((SFC) führt. Die Ansammlung von Sand existiert sowohl in Teilchenform als auch in glasartigen Schichten.It has been found that sand pollution often occurs in aircraft engines flying in geographic areas that have deserts. Blades in the compressor sections of such aircraft engines show significant accumulations of fine sand. Surfaces of turbine components, such as blades, can accumulate sand, resulting in reduced airflow and a significant increase in specific fuel consumption (SFC) The accumulation of sand exists in both particulate and glassy layers.

Sandteilchen mit Größen von weniger als 10 μm sammeln sich auf den Schaufeln des Kompressors an. Hohe Temperaturen in den stromabwärts gelegenen Stufen des Kompressors führen zu einem Sintern der Sandteilchen, was die Schaufel-Sand-Adhäsion verstärkt. Das Sintern der Sandteilchen bildet eine zementartige Schicht der Sandteilchen auf der Schaufel. Folglich ist ein Waschen mit Wasser, das häufig wirksam beim Reinigen der Turbinenkomponenten ist, oft nicht erfolgreich beim Entfernen der angesammelten Sandteilchen.Sand particles with sizes of less than 10 μm accumulate on the blades of the compressor. High temperatures in the downstream stages of the compressor lead to a Sintering the sand particles, which reinforces the blade-sand adhesion. The sintering of the sand particles forms a cementitious layer of the sand particles on the blade. Consequently, washing with water, which is often effective in cleaning the turbine components, is often unsuccessful in removing the accumulated sand particles.

Das Verfahren schließt das Behandeln des Substrates mit einer milden wässerigen Lösung von HxAF6-Säure bei einer ausgewählten Temperatur für eine ausgewählten Zeitdauer und dann das Spülen der Turbinentriebwerks-Komponente in einem wässerigen Medium ein. Der Begriff „milde wässerige Lösung von HxAF6-Säure”, wie er hierin benutzt wird, bezieht sich auf eine wässerige Lösung von HxAF6-Säure, die im Wesentlichen frei von starken Säuren, wie Phosphorsäure, ist. Das Verfahren dieser Erfindung benutzt Fluorkieselsäure oder ihre Derivate, die die Formel HxAF6 haben. In dieser Formel ist A ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Si, Ge, Ti, Zr, Al und Ga. „x” hat einen Wert von 1 bis 6 und typischer von 1 bis 3. Materialien dieser Art sind kommerziell erhältlich oder können ohne unangemessene Anstrengung hergestellt werden. Die bevorzugte Säure ist H2SiF6. Sie wird durch verschiedene Namen bezeichnet, wie „Hydrofluorkieselsäure”, „Fluorkieselsäure”, „Fluokieselsäure”, „Hexafluorkieselsäure” und „HFS”. Materialien dieser Art sind in der US-PS 6,599,416 (Kool et al.) beschrieben, die durch Bezugnahme hier aufgenommen wird.The method includes treating the substrate with a mild aqueous solution of H x AF 6 acid at a selected temperature for a selected period of time and then purging the turbine engine component in an aqueous medium. The term "mild aqueous solution of H x AF 6 acid" as used herein refers to an aqueous solution of H x AF 6 acid that is substantially free of strong acids such as phosphoric acid. The process of this invention utilizes fluorosilicic acid or its derivatives having the formula H x AF 6 . In this formula, A is selected from the group consisting of Si, Ge, Ti, Zr, Al and Ga. "X" has a value of 1 to 6, and more typically 1 to 3. Materials of this type are commercially available or can be used without undue reliance Effort to be made. The preferred acid is H 2 SiF 6 . It is referred to by various names, such as "hydrofluorosilicic acid", "fluorosilicic acid", "fluosilicic acid", "hexafluorosilicic acid" and "HFS". Materials of this kind are in the U.S. Patent 6,599,416 (Kool et al.), Which is incorporated herein by reference.

Wie hierin beschrieben, ergibt der Einsatz der HxAF6-Verbindung beträchtliche Vorteile für das Verfahren zur Sandentfernung. In vielen Fällen ist ein solches Verfahren sehr geeignet, z. B., wo es einen Bedarf an hohen Raten bei der Entfernung gibt. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass durch Einsetzen der wässerigen Lösung von Fluorkieselsäure und/oder der Derivate der Fluorkieselsäure die Sandteilchen von der Oberfläche der Schaufeln ohne Beschädigung der darunter liegenden Metalllegierungs-Oberfläche oder irgendeines dazwischenliegenden Überzuges, wie weiter unten beschrieben, entfernt werden können.As described herein, the use of the H x AF 6 compound provides significant benefits to the sand removal process. In many cases, such a method is very suitable, for. Where there is a need for high removal rates. Surprisingly, it has been found that by employing the aqueous solution of fluosilicic acid and / or the derivatives of fluosilicic acid, the sand particles can be removed from the surface of the blades without damaging the underlying metal alloy surface or any intermediate coating as described below.

Vorstufen für die HxAF6-Säure können auch eingesetzt werden. Eine „Vorstufe”, wie hierin benutzt, bezieht sich auf irgendeine Verbindung oder Gruppe von Verbindungen, die unter Bildung der Säure oder ihres Dianions AF6 –2 kombiniert werden können oder die in die Säure oder ihr Dianion unter Reaktionsbedingungen umgewandelt werden können, z. B. durch die Wirkung von Wärme, Rühren, Katalysatoren und Ähnlichen. Die Säure kann somit in situ, z. B. in einem Reaktionsgefäß, gebildet werden.Precursors for the H x AF 6 acid can also be used. A "precursor" as used herein refers to any compound or group of compounds that can be combined to form the acid or its dianion AF 6 -2 or that can be converted to the acid or its dianion under reaction conditions, e.g. By the action of heat, stirring, catalysts and the like. The acid can thus in situ, for. B. in a reaction vessel can be formed.

Als eine Veranschaulichung kann die Vorstufe manchmal ein Metallsalz, anorganisches Salz oder ein organisches Salz sein, in dem das Dianion ionisch gebunden ist. Nicht einschränkende Beispiele schließen Salze von Ag, Na, Ni und K ebenso wie organische Salze, wie ein quartäres Ammoniumsalz, ein. Die Dissoziation der Salze in einer wässerigen Lösung ergibt häufig die Säure. Im Falle von H2SiF6 ist ein geeignetes Salz, das eingesetzt werden kann, Na2SiF6.As an illustration, the precursor may sometimes be a metal salt, inorganic salt or an organic salt in which the dianion is ionically bonded. Non-limiting examples include salts of Ag, Na, Ni and K as well as organic salts such as a quaternary ammonium salt. Dissociation of the salts in an aqueous solution often yields the acid. In the case of H 2 SiF 6 , a suitable salt that can be used is Na 2 SiF 6 .

Der Fachmann ist vertraut mit dem Gebrauch von Verbindungen, die die Bildung von HxAF6 innerhalb einer wässerigen Zusammensetzung verursachen. So kann, z. B., H2SiF6 in situ durch die Reaktion einer siliciumhaltigen Verbindung mit einer fluorhaltigen Verbindung gebildet werden. Eine beispielhafte siliciumhaltige Verbindung ist SiO2, während eine beispielhafte fluorhaltige Verbindung Fluorwasserstoffsäure (d. h., wässeriges Hydrogenfluorid) ist.The person skilled in the art is familiar with the use of compounds which cause the formation of H x AF 6 within an aqueous composition. So can, for. B., H 2 SiF 6 are formed in situ by the reaction of a silicon-containing compound with a fluorine-containing compound. An exemplary silicon-containing compound is SiO 2 while an exemplary fluorine-containing compound is hydrofluoric acid (ie, aqueous hydrogen fluoride).

Nun auf 1 bezugnehmend ist dort eine Querschnittsansicht eines Teiles einer beispielhaften Turbinentriebwerks-Komponente abgebildet, die allgemein durch Bezugsziffer 10 bezeichnet wird. Die Turbinentriebwerks-Komponente ist in diesem Fall eine Schaufel. Die Komponente 10 schließt eine konkave Oberfläche 12 und eine konvexe Oberfläche 14 ein. Die Sandteilchen können von jeder Oberfläche oder aus Durchgängen, Einkerbungen oder verschiedenen Hohlräumen in solchen Oberflächen entfernt werden.Now up 1 Referring to FIG. 1, there is depicted a cross-sectional view of a portion of an exemplary turbine engine component generally indicated by reference numeral 10 referred to as. The turbine engine component in this case is a bucket. The component 10 closes a concave surface 12 and a convex surface 14 one. The sand particles can be removed from any surface or from passageways, indentations or various voids in such surfaces.

Die Art der Turbinentriebwerks-Komponente soll nicht beschränkt sein und sie kann zwischen einem Umhüllungsring, einer Laufschaufel (bucket oder blade), einer Düse oder einer Leitschaufel, einer Diaphragmakomponente, Dichtungskomponente, einem Ventilschaft, einer Düsenbox, einer Düsenplatte oder Ähnlichem variieren. Die Begriffe „Laufschaufel (blade)” und Laufschaufel (bucket)” können austauschbar benutzt werden. Im Allgemeinen ist eine Laufschaufel (blade) eine rotierende Schaufel eines Flugzeug-Turbinentriebwerkes und eine Laufschaufel (bucket) ist eine rotierende Schaufel eines Turbinentriebwerkes zur Energieerzeugung auf Land. Auch kann der Begriff ”Düse”, der allgemein auf eine stationäre Schaufel in einer Dampf- oder Gasturbine bezogen ist, austauschbar mit dem Begriff „Leitschaufel” benutzt werden.The nature of the turbine engine component is not intended to be limited and may vary between a shroud ring, a bucket or blade, a nozzle or vane, a diaphragm component, a seal component, a valve stem, a nozzle box, a nozzle plate, or the like. The terms "blade" and "bucket" can be used interchangeably. In general, a blade is a rotating blade of an aircraft turbine engine and a bucket is a rotating blade of a turbine engine for power generation on land. Also, the term "nozzle", which is generally related to a stationary blade in a steam or gas turbine, can be used interchangeably with the term "vane."

Die Turbinentriebwerks-Komponente, z. B. Substrat 12, kann allgemein eine Vielfalt metallischer Legierungen umfassen, z. B. Stahl oder Legierungen davon oder Titanlegierungen (z. B. Ti-6A1-4V). In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die Turbinentriebwerks-Komponente aus Superlegierungen gebildet, die bei hohen Temperaturen, häufig oberhalb von etwa 0,7 der absoluten Schmelztemperatur, eingesetzt werden können. Die Superlegierungen beruhen auf Nickel, Kobalt, Eisen oder einer gewissen Kombination daraus. Viele sind in der oben angegebenen PS von Kool et al. beschrieben.The turbine engine component, e.g. B. substrate 12 , may generally comprise a variety of metallic alloys, e.g. Steel or alloys thereof or titanium alloys (eg Ti-6A1-4V). In some preferred embodiments, the turbine engine component is formed from superalloys that can be used at high temperatures, often above about 0.7 of the absolute melting temperature. The superalloys are based on nickel, cobalt, iron or some combination thereof. Many are disclosed in the above-referenced PS by Kool et al. described.

Wie der Fachmann weiß, sind Turbinentriebwerks-Komponenten meistens mit ein oder mehreren Schutzüberzügen versehen. Die vorliegende Erfindung sieht daher die Entfernung von Sand von den Oberflächen dieser Überzüge ebenso wie die Entfernung von Sand von einem nicht überzogenen Substrat vor. Viele verschiedene Arten von Schutzüberzügen werden typischerweise benutzt, z. B. Diffusionsüberzüge oder Decküberzüge, wie in der Kool-PS beschrieben. Darüber hinaus können Decküberzüge, wie die „MCrAl(X)”-Materialien (die als metallische Überzüge angesehen werden) durch Wärmesperrenüberzüge (TBC's) bedeckt sein. Nicht einschränkende Beispiele der Letzteren schließen Keramiküberzüge, wie Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumdioxid, ein. Einige der TBS's sind in der US-PS 6,921,586 (Zhao et al.) beschrieben, die durch Bezugnahme hier aufgenommen wird. Die Dicke des (der) Schutzüberzuges (Schutzüberzüge) hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der Art des überzogenen Gegenstandes, der Zusammensetzung des Substrates und den Umgebungsbedingungen, denen der Gegenstand ausgesetzt wird. As those skilled in the art know, turbine engine components are usually provided with one or more protective coatings. The present invention therefore provides for the removal of sand from the surfaces of these coatings as well as the removal of sand from an uncoated substrate. Many different types of protective coatings are typically used, e.g. As diffusion coatings or topcoats, as described in Kool-PS. In addition, overcoats such as the "MCrAl (X)" materials (which are considered to be metallic coatings) may be covered by thermal barrier coatings (TBCs). Non-limiting examples of the latter include ceramic coatings such as yttria-stabilized zirconia. Some of the TBS's are in the U.S. Patent 6,921,586 (Zhao et al.), Which is incorporated herein by reference. The thickness of the protective coating (s) depends on various factors such as the type of article coated, the composition of the substrate and the environmental conditions to which the article is exposed.

2 ist ein veranschaulichendes Fließbild für ein beispielhaftes, nicht einschränkendes Verfahren zum Entfernen von Sandteilchen von einem Substrat. Bei Block 20 wird das Substrat mit einer HxAF6-Säurelösung mit einer Konzentration in einem Bereich von etwa 5 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% behandelt. Das Substrat kann, z. B., durch mindestens teilweises Eintauchen des Substrates in ein Bad der HxAF6-Säurelösung behandelt werden. Das Bad kann während der Behandlung mechanisch gerührt werden. 2 Figure 3 is an illustrative flow sheet for an exemplary, non-limiting, method of removing sand particles from a substrate. At block 20 For example, the substrate is treated with an H x AF 6 acid solution having a concentration in a range of about 5% to about 40% by weight. The substrate may, for. Example, be treated by at least partial immersion of the substrate in a bath of H x AF 6 acid solution. The bath can be stirred mechanically during the treatment.

Das bevorzugte Niveau der HxAF6-Säure, die angewendet wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Sie schließen die Art und Menge des entfernten Sandes, die Stelle des Sandes auf einem Substrat, die Art des Substrates, die thermische Geschichte des Substrates und Sandmaterials (z. B. wie fest der Sand an dem Substrat haftet), die Zeit und Temperatur für die Behandlung und die Stabilität der Säure in der Behandlungslösung ein.The preferred level of H x AF 6 acid used depends on several factors. They include the type and amount of sand removed, the location of the sand on a substrate, the type of substrate, the thermal history of the substrate and sand material (eg how tight the sand adheres to the substrate), the time and temperature for the treatment and the stability of the acid in the treatment solution.

Als eine allgemeine Regel ist die HxAF6-Säure in einer Behandlungs-Zusammensetzung bei einem Niveau von etwa 5 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% vorhanden. Üblicherweise liegt das Niveau in dem Bereich von etwa 10 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-%. Im Falle von H2SiF6 liegt eine bevorzugte Konzentration (hier in molaren Einheiten) bei etwa 0,2 M bis etwa 2,2 M. Die Einstellung der Menge der HxAF6-Säure und anderer Komponenten, die unten beschrieben sind, kann leicht durch Berücksichtigen stöchiometrischer Parameter und durch Beobachten der Wirkung von speziellen Zusammensetzungen auf die Sandentfernung von dem Substrat erfolgen.As a general rule, the H x AF 6 acid is present in a treating composition at a level of from about 5% to about 40% by weight. Usually, the level is in the range of about 10% to about 30% by weight. In the case of H 2 SiF 6 , a preferred concentration (here in molar units) is from about 0.2 M to about 2.2 M. Adjusting the amount of H x AF 6 acid and other components described below. can be readily accomplished by considering stoichiometric parameters and by observing the effect of particular compositions on the removal of sand from the substrate.

Die Temperatur der HxAF6-Säurelösung kann üblicherweise bei bis zu etwa 100°C gehalten werden. In einigen spezifischen Ausführungsformen wird die Temperatur unter etwa 50°C gehalten. In einigen besonders bevorzugten Ausführungsformen liegt die Temperatur im Bereich von etwa 50°C bis etwa 80°C.The temperature of the H x AF 6 acid solution can usually be maintained at up to about 100 ° C. In some specific embodiments, the temperature is kept below about 50 ° C. In some particularly preferred embodiments, the temperature is in the range of about 50 ° C to about 80 ° C.

Typischerweise ist Umgebungsdruck während der Behandlung des Substrates mit der HxAF6-Säure geeignet.Typically, ambient pressure is suitable during treatment of the substrate with the H x AF 6 acid.

Die zum Entfernen der Sandteilchen erforderliche Zeit (d. h., die Zeit des Eintauchens in die wässerige Zusammensetzung) kann beträchtlich variieren. Faktoren, die die Auswahl einer geeigneten Zeit beeinflussen, schließen die spezielle Zusammensetzung des entfernten, auf Sand beruhenden Materials ebenso wie seine Dichte und Dicke ein. Die Zeit kann auch mit der Temperatur der HxAF6-Säurelösung variieren. Für eine höhere Temperatur der Fluorkieselsäurelösung kann die Behandlungszeit, z. B., kürzer sein und umgekehrt. Üblicherweise wird das Substrat zumindest teilweise in ein Bad des Benetzungsmittels für die Behandlung für eine Zeitdauer in einem Bereich von etwa 1 Minute bis etwa 36 Stunden und vorzugsweise von etwa 5 Minuten bis etwa 8 Stunden eingetaucht. In einigen Fällen liegt eine besonders bevorzugte Eintauchzeit in dem Bereich von etwa 10 Minuten bis etwa 2 Stunden. Die Zeit des Eintauchens des Substrates in dem Bad hängt üblicherweise von der Temperatur des Bades und der Art des Schutzüberzuges auf dem Substrat ab. Längere Eintauchzeiten können, z. B., für Substrate akzeptabel sein, die Schutzüberzüge, wie MCrAlY und TBC, aufweisen, weil die Natur solcher Schutzüberzüge gegen HxAF6-Säurelösung inert ist. Im Falle solcher Schutzüberzüge bleibt das darunter liegende Substrat meistens unbeschädigt – selbst nach längerem eintauchen des Substrates in die HxAF6-Säurelösung.The time required to remove the sand particles (ie, the time of immersion in the aqueous composition) can vary considerably. Factors that influence the selection of an appropriate time include the specific composition of the removed, sand-based material as well as its density and thickness. The time may also vary with the temperature of the H x AF 6 acid solution. For a higher temperature of the fluorosilicic acid solution, the treatment time, for. B., be shorter and vice versa. Typically, the substrate is at least partially immersed in a wetting agent bath for treatment for a period of time in the range of about 1 minute to about 36 hours, and preferably from about 5 minutes to about 8 hours. In some cases, a particularly preferred dipping time is in the range of about 10 minutes to about 2 hours. The time of immersion of the substrate in the bath usually depends on the temperature of the bath and the nature of the protective coating on the substrate. Longer immersion times can, for. For example, it may be acceptable for substrates that have protective coatings such as MCrAlY and TBC because the nature of such protective coatings is inert to H x AF 6 acid solution. In the case of such protective coatings, the underlying substrate usually remains undamaged - even after prolonged immersion of the substrate in the H x AF 6 acid solution.

Die für die vorliegende Erfindung eingesetzte wässerige Zusammensetzung kann verschiedene andere Additive einschließen, die einer Vielfalt von Funktionen dienen. Nicht einschränkende Beispiele dieser Additive sind Inhibitoren, Dispersionsmittel, oberflächenaktive Mittel, Chelat bildende Mittel, Benetzungsmittel, Ausflockungsmittel, Stabilisatoren, dem Absetzen entgegenwirkende Mittel und der Schaumbildung entgegenwirkende Mittel. Der Fachmann ist vertraut mit spezifischen Arten solcher Additive und mit effektiven Niveaus für ihren Gebrauch. Ein Beispiel eines Inhibitors für die Zusammensetzung ist eine relativ schwache Säure, wie Essigsäure, die oben erwähnt ist. Ein solches Material neigt zum Vermindern der Aktivität der primären Säure in der Zusammensetzung. Dies ist in einigen Fällen erwünscht, z. B. um die Möglichkeit irgendeiner Beschädigung des (der) darunter liegenden Überzuges (Überzüge) oder der Substratoberfläche zu vermindern.The aqueous composition used for the present invention may include various other additives serving a variety of functions. Nonlimiting examples of these additives are inhibitors, dispersants, surfactants, chelating agents, wetting agents, flocculating agents, stabilizers, anti-settling agents and antifoaming agents. Those skilled in the art are familiar with specific types of such additives and with effective levels for their use. An example of an inhibitor of the composition is a relatively weak acid, such as acetic acid, mentioned above. Such a material tends to reduce the activity of the primary acid in the composition. This is desirable in some cases, e.g. For example, the possibility of any damage to the underlying one (s) Coating (coatings) or the substrate surface to reduce.

Die wässerige Lösung der HxAF6-Säure der vorliegenden Erfindung ist nicht nur wirksam beim Entfernen der die Sandteilchen enthaltenden Abscheidung auf dem Substrat sondern ist üblicherweise auch mild für das darunter liegende Metall der Schaufel und für irgendwelche der Schutzüberzüge. In anderen Worten, bei geeigneter Überwachung des Behandlungsverfahrens werden die darunter liegenden Oberflächen nicht beeinträchtigt.The aqueous solution of the H x AF 6 acid of the present invention is not only effective in removing the deposit containing the sand particles on the substrate but is also usually mild for the underlying metal of the blade and for any of the protective coatings. In other words, with proper monitoring of the treatment process, the underlying surfaces are not affected.

Wahlweise wird, wie in Block 22 veranschaulicht, das Substrat mit einem Benetzungsmittel, wie einem oberflächenaktiven Mittel, vor der Behandlung mit der HxAF6-Säurelösung behandelt. Die Behandlung mit dem Benetzungsmittel kann eine bessere Wechselwirkung zwischen den Sandteilchen und der HxAF6-Säure erleichtern, um die Entfernung des Überzuges zu erleichtern.Optionally, as in block 22 illustrates treating the substrate with a wetting agent such as a surfactant prior to treatment with the H x AF 6 acid solution. The treatment with the wetting agent may facilitate a better interaction between the sand particles and the H x AF 6 acid to facilitate the removal of the coating.

Nicht einschränkende Beispiele geeigneter oberflächenaktiver Mittel schließen Detergenzien, säurestabile oberflächenaktive Mittel, nicht säurestabile oberflächenaktive Mittel und Kombinationen davon ein. Ein Beispiel eines säurestabilen oberflächenaktiven Mittels kann Polyethylenoxid einschließen, das kommerziell als Triton x-100TM (hergestellt durch Research Chemicals Limited [CAS Nr. 9002-93-1]) erhältlich ist. Ein Beispiel eines nicht säurestabilen oberflächenaktiven Mittels schließt Trinatriumphosphat ein, das kommerziell als Alconox TSPTM erhältlich ist.Non-limiting examples of suitable surfactants include detergents, acid stable surfactants, non-acid stable surfactants, and combinations thereof. An example of an acid-stable surfactant may include polyethylene oxide commercially available as Triton x-100 (manufactured by Research Chemicals Limited [CAS No. 9002-93-1]). An example of a non-acid-stable surfactant includes trisodium phosphate, which is commercially available as Alconox TSP TM.

Wahlweise wird das Substrat, wie in Block 24 veranschaulicht, vor der Behandlung mit dem Benetzungsmittel mit Wasser gespült. Das Spülen des Substrates mit Wasser beseitigt irgendwelche Schmutzteilchen oder lose Sandteilchen von der Oberfläche des Substrates.Optionally, the substrate becomes as in block 24 illustrated, rinsed with water before treatment with the wetting agent. Rinsing the substrate with water eliminates any debris or loose sand particles from the surface of the substrate.

Das Substrat kann, wie bei Block 26 gezeigt, wahlweise mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit nach der Behandlung mit der HxAF6-Säurelösung gespült werden, um irgendwelche Trümmer oder unerwünschten Chemikalien von der Oberfläche des Substrates zu entfernen. In einer Ausführungsform kann das Spülen durch Anwenden eines Wasserstrahles ausgeführt werden.The substrate can, as in block 26 optionally rinsed with water or other liquid after treatment with the H x AF 6 acid solution to remove any debris or unwanted chemicals from the surface of the substrate. In one embodiment, rinsing may be accomplished by applying a jet of water.

Zusätzlich zu (oder anstelle von) der Spülstufe 26 kann die Behandlung der sandverschmutzten Oberfläche auch mindestens eine folgende Stufen einschließen, um irgendwelchen zurückbleibenden Restsand oder Anderes zu entfernen. Wie in der genannten Kool-PS beschrieben, kann eine Nachreinigungs- oder „Schmutzentfernungs”-Operation ausgeführt werden. Dies kann in der Form einer Abschleifstufe erfolgen, die die Beschädigung des Substrates oder von Schutzüberzügen minimiert. Als ein Beispiel kann ein Sandstrahlen ausgeführt werden, indem man einen Druckluftstrom, der Aluminiumoxid-Teilchen enthält, über die Oberfläche richtet. Der Luftdruck beträgt üblicherweise weniger als 100 psi. Das Sandstrahlen wird für eine genügende Zeitdauer ausgeführt, um irgendwelches restliches Material zu entfernen. Andere bekannte Techniken zum Abschleifen der Oberfläche können anstelle des Sandstrahlens benutzt werden. Viele dieser Techniken sind in der US-PS 5,976,265 beschrieben, die durch Bezugnahme hier aufgenommen wird. So kann die Oberfläche, z. B., manuell mit einem Faserkissen geschrubbt werden, z. B. einem Kissen, mit polymeren, metallischen oder keramischen Fasern. Alternativ kann die Oberfläche mit einer flexiblen Scheibe oder einem solchen Band poliert werden, in das Aluminiumoxid- oder Siliciumcarbid-Teilchen eingebettet worden sind. Flüssige abschleifende Materialien können alternativ auf den Scheiben oder Bändern benutzt werden. Diese alternativen Techniken werden in einer Weise kontrolliert, dass eine Kontaktkraft gegen die Oberfläche aufrechterhalten wird, die nicht größer ist als die Kraft, die bei den oben erläuterten Sandstrahltechniken benutzt wird.In addition to (or instead of) the rinse step 26 For example, the treatment of the sand-soiled surface may also include at least one subsequent step to remove any remaining residual sand or other. As described in the aforementioned Kool-PS, a post-cleaning or "soil removal" operation may be performed. This may be in the form of a grinding step that minimizes damage to the substrate or protective coatings. As an example, sand blasting may be performed by directing a stream of compressed air containing alumina particles over the surface. The air pressure is usually less than 100 psi. Sandblasting is performed for a sufficient amount of time to remove any residual material. Other known techniques for abrading the surface can be used instead of sandblasting. Many of these techniques are in the U.S. Patent 5,976,265 described herein by reference. So the surface, z. B., manually scrubbed with a fiber pillow, z. As a pillow, with polymeric, metallic or ceramic fibers. Alternatively, the surface may be polished with a flexible disk or tape in which alumina or silicon carbide particles have been embedded. Liquid abrasive materials may alternatively be used on the disks or tapes. These alternative techniques are controlled in a manner that maintains contact force against the surface that is not greater than the force used in the sandblasting techniques discussed above.

Andere Techniken (oder Kombinationen von Techniken) könnten anstelle des Abschleifens benutzt werden, um irgendwelches restliches Material zu entfernen. Beispiele schließen das Schleudern des Gegenstandes (z. B. Wasserschleudern) oder Laserabtragen seiner Oberfläche ein. Alternativ könnte das restliche Material von der Oberfläche abgekratzt werden. Als noch eine andere Alternative könnten Schallwellen (z. B. Ultraschall) gegen die Oberfläche gerichtet werden, die Vibrationen erzeugen, die das zerstörte Material lösen. Für jede dieser alternativen Techniken wäre der Fachmann mit Betriebseinstellungen vertraut, die auszuführen sind, um die relevante Kraft zu regeln, die auf die Oberfläche des Gegenstandes ausgeübt wird (wie im Falle der Abschleiftechnik), um Beschädigung des Substrates oder darüber liegender Schutzüberzüge zu minimieren. Der Gegenstand wird nach dieser Stufe manchmal gespült, z. B., unter Anwendung von Wasser oder einer Kombination von Wasser und eines Benetzungsmittels.Other techniques (or combinations of techniques) could be used instead of abrading to remove any residual material. Examples include spinning the article (eg, water spin) or laser ablation of its surface. Alternatively, the remaining material could be scraped off the surface. As yet another alternative, sound waves (eg, ultrasound) could be directed against the surface, generating vibrations that would dislodge the destroyed material. For each of these alternative techniques, those skilled in the art would be familiar with operating adjustments to be made to control the relevant force exerted on the surface of the article (as in the case of the abrading technique) to minimize damage to the substrate or overlying protective coatings. The object is sometimes rinsed after this stage, z. B., using water or a combination of water and a wetting agent.

Das Bad kann während dieser Stufe zum Entfernen des Restes gerührt werden. Z. B. kann das Bad mechanisch gerührt werden (wie zuvor beschrieben), während das Substrat in der HxAF6-Säurelösung behandelt wird. In einer Ausführungsform kann das Bad mechanisch gerührt werden, während das Substrat mit einem Benetzungsmittel behandelt wird.The bath can be stirred during this stage to remove the remainder. For example, the bath may be mechanically agitated (as described above) while the substrate is being treated in the H x AF 6 acid solution. In one embodiment, the bath may be mechanically agitated while the substrate is being treated with a wetting agent.

Wie zuvor erwähnt, kann die vorliegende Erfindung auch angewendet werden, um wirksam Sand von irgendeiner internen Region oder aus einem Hohlraum in einem Gegenstand zu entfernen, z. B. Vertiefungen, hohlen Regionen, Durchgängen oder Löchern. Im Falle einer Turbinenschaufel ist die interne Region häufig in Form radialer Kühllöcher oder Serpentinen-Durchgängen vorhanden. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugt eine synergistische Wirkung und resultiert in einem außerordentlich wirksamen Reinigungsverfahren für Schaufeln und andere Teile von Turbinentriebwerken, die fest haftende Sandteilchen aufweisen.As previously mentioned, the present invention can also be applied to effectively remove sand from any internal region or cavity in an article, e.g. B. Depressions, hollow regions, passages or holes. In the case of a turbine blade, the internal region is often in the form of radial cooling holes or serpentine passages. The process of the present invention produces a synergistic effect and results in an extremely effective cleaning process for blades and other parts of turbine engines having strong adherent sand particles.

Während nur gewisse Merkmale der Erfindung veranschaulicht und hierin beschrieben wurden, sind dem Fachmann viele Modifikationen und Änderungen zugänglich. Es sollte daher klar sein, dass die beigefügten Ansprüche alle solchen Modifikationen und Änderungen umfassen, die in den Umfang der Erfindung fallen.While only certain features of the invention have been illustrated and described herein, many modifications and changes will occur to those skilled in the art. It is therefore to be understood that the appended claims encompass all such modifications and changes that fall within the scope of the invention.

Ein Verfahren zum Entfernen von Sandteilchen von einem Substrat wird beschrieben. Das Verfahren schließt die Stufe des Behandelns des Substrates mit einer HxAF6 umfassenden Säurelösung ein, worin A ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Si, Ge, Ti, Zr, Al und Ga, und worin HxAF6 in einer Konzentration im Bereich von etwa 5 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% vorhanden ist.A method for removing sand particles from a substrate is described. The method includes the step of treating the substrate with an acid solution comprising H x AF 6 , wherein A is selected from the group consisting of Si, Ge, Ti, Zr, Al and Ga, and wherein H x AF 6 in a concentration in the Range from about 5% to about 40% by weight.

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Claims (10)

Verfahren zum Entfernen von Sandteilchen von einem Substrat, umfassend die Stufe des Behandelns des Substrates mit einer HxAF6 umfassenden Säurelösung, worin A ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Si, Ge, Ti, Zr, Al und Ga, und worin HxAF6 in einer Konzentration im Bereich von etwa 5 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% vorhanden ist.A method for removing sand particles from a substrate, comprising the step of treating the substrate with an acid solution comprising H x AF 6 , wherein A is selected from the group consisting of Si, Ge, Ti, Zr, Al and Ga, and wherein H x AF 6 is present in a concentration ranging from about 5% to about 40% by weight. Verfahren nach Anspruch 1, worin die HxAF6-Säurelösung eine wässerige Lösung ist.The method of claim 1, wherein the H x AF 6 acid solution is an aqueous solution. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Konzentration der HxAF6-Säure in einem Bereich von etwa 10 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-% liegt.The process of claim 1 wherein the concentration of H x AF 6 acid is in a range of from about 10% to about 30% by weight. Verfahren nach Anspruch 2, worin die HxAF6-Säurelösung während der Behandlung bei einer Temperatur von nicht mehr als etwa 100°C gehalten wird.The method of claim 2, wherein the H x AF 6 acid solution is maintained at a temperature of not more than about 100 ° C during the treatment. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Substrat mit einem Benetzungsmittel vor der Behandlung mit der Fluorkieselsäurelosung behandelt wird.The method of claim 1, wherein the substrate is treated with a wetting agent prior to treatment with the fluorosilicic acid solution. Verfahren nach Anspruch 5, worin das Benetzungsmittel ein oberflächenaktives Mittel umfasst.The method of claim 5, wherein the wetting agent comprises a surfactant. Verfahren nach Anspruch 5, weiter umfassend das Spülen des Substrates mit Wasser vor der Behandlung mit dem Benetzungsmittel.The method of claim 5, further comprising rinsing the substrate with water prior to treatment with the wetting agent. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend das Spülen des Substrates mit Wasser nach der Behandlung mit der HxAF6-Säurelösung.The method of claim 1, further comprising rinsing the substrate with water after treatment with the H x AF 6 acid solution. Verfahren nach Anspruch 1, worin mindestens ein Schutzüberzug über dem Substrat angeordnet ist und die entfernten Sandteilchen solche sind, die an einer Oberfläche des Schutzüberzuges haften.The method of claim 1 wherein at least one protective coating is disposed over the substrate and the removed sand particles are those adhered to a surface of the protective coating. Verfahren zum Entfernen von Sandteilchen von einer Oberfläche mindestens eines Schutzüberzuges, der auf einem Superlegierungssubstrat angeordnet ist, umfassend die Stufe des Behandelns des überzogenen Substrates mit einer HxAF6 umfassenden Säurelösung, worin A ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Si, Ge, Ti, Zr, Al und Ga, und worin HxAF6 in einer Konzentration im Bereich von etwa 5 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% vorhanden ist.A method for removing sand particles from a surface of at least one protective coating disposed on a superalloy substrate, comprising the step of treating the coated substrate with an acid solution comprising H x AF 6 , wherein A is selected from the group consisting of Si, Ge, Ti , Zr, Al and Ga, and wherein H x AF 6 is present in a concentration ranging from about 5% to about 40% by weight.
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