DE19648807B4

DE19648807B4 - Verfahren zum Entfernen einer schützenden Beschichtung und Leitfläche

Info

Publication number: DE19648807B4
Application number: DE19648807A
Authority: DE
Inventors: Howard B. Hartford Dickie
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1995-11-27
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2016-11-27
Also published as: CH692182A5; US5695659A; FR2741559B1; FR2741559A1; SG68603A1; GB9623914D0; HK1010221A1; JPH09268903A; GB2307427B; GB2307427A; DE19648807A1

Abstract

Verfahren zum Entfernen einer Schutzschicht (20) von mit dieser versehenen Oberflächen einer Leitfläche (10), beispielsweiseder Leitfläche (10) einer Turbinenschaufel, die kritische Flächenbereiche aufweist, welche während des Entfernens der Schutzschicht (20) durch eine chemische Substanz mit einem Maskierungsmaterial (22) abgedeckt werden, gekennzeichnet durch ein ultra-violett-härtbares Maskierungsmaterial (22) für die kritischen Flächenbereiche der Leitfläche (10), dessen Haft- und Klebeeigenschaften so gewählt sind, dass es leckfrei sowie mit abhebungssicheren Kanten auf den Flächenbereichen haftet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer Schutzschicht von mit dieser versehenen Oberflächen einer Leitfläche – beispielsweise der Leitfläche einer Turbinenschaufel –, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Zudem erfaßt die Erfindung eine solche Leitfläche sowie die Verwendung eines Maskierungswerkstoffes für diese.
Durch die DE 41 20 305 C1 ist ein Verfahren zum Entfernen von metallischen Heißgaskorrosionsschutzschichten und Heißgasreaktionsbelägen auf Triebwerksschaufeln mit einer Salzlösung und einem Inhibitor bekannt geworden. Dabei wird auf den Inhalt der US 43 39 282 A Bezug genommen, nach deren Lehre Triebwerksschaufeln aus Ti-, Ni- oder Co-Basislegierungen, die mit einer Aluminidschicht vor Heißgaskorrosion geschützt werden, von dieser Aluminidschicht befreit werden. Der Autor jener Nachanmeldung möchte nun Heißgaskorrosionsschutzschichten auf der Basis von MCrAJY einsetzen und für deren rückstandsfreies Entfernen – ohne Angriff des Grundwerkstoffes – Sorge tragen. Jene Salzlösung besteht hier zu 5 bis 45 Gew.-% aus einem Hydrogensulfat und weist 0,5 bis 10 Gew.-% Inhibitor auf. Die Summe aus Hydrogensulfat und Inhibitor ist so bemessen, dass mindestens 50 Gew.-% Wasser – bezogen auf die gesamte Ätzlösung – enthalten sind. Mit dieser Ätzlösung können die MCrAJY-Schichten von Triebwerksschaufeln auf Ti-, Co- oder Ni-Basislegierungen entfernt werden. Da eine Triebwerksschaufel beschichtete sowie unbeschichtete Oberflächenbereiche aufweist, wird ein Abdecken der unbeschichteten – also zu schützenden – Flächen mit einem ätzlösungsresistenten Lack vorgeschlagen.
Bei der Überholung bzw. einer Regenerierung von Turbinenleitflächen, -schaufeln, -flügeln erfolgt das Entfernen jeglicher Schutzschicht bzw. schützenden Beschichtung durch Abziehen (”stripping”) oder ein entsprechendes Verfahren, so dass eine vollständige Inspektion nach Rissen durchgeführt werden kann. Typischerweise werden solche Beschichtungen unter Benutzung von Chemikalien wie heißen Säurelösungen abgezogen, im Falle der genannten DE 41 20 305 C1 mittels einer Ätzlösung.
Um dem Leckproblem zu begegnen, wurden die Abdeckungs- bzw. Maskierungsmaterialien auf Flächen weit über die kritischen Bereiche hinaus aufgebracht. Eine derart extensive Übermaskierung ist jedoch unerwünscht, da die maskierte Beschichtung über die kritischen Bereiche hinaus mechanisch entfernt werden muß – ein zeitaufwendiger und fehleranfälliger Prozeß.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Prozeß zum Entfernen einer schützenden Beschichtung von der Oberfläche einer Leitfläche zu schaffen, der ein Maskierungsmaterial mit exzellenten Haft- bzw. Klebeeigenschaften benutzt, welches im wesentlichen das Problem chemischen Leckens vermeidet. Ferner soll ein solcher Prozeß geschaffen werden, der ein Maskierungsmaterial mit einer solchen ausreichenden Viskosität benutzt, daß das Material bis zu seiner Härtung dort bleibt, wo es aufgebracht wurde. Es sollen die mit dem Entfernen der Beschichtung verbundenen Kosten und Zeit verringert werden, und eine Übermaskierung (overmasking) soll unnötig werden.
Die Aufgabe wird durch den Prozeß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch die Leitfläche mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß weist der Prozeß zum Entfernen einer schützenden Beschichtung von Oberflächen einer Leitfläche allgemein die Schritte des Vorsehens einer (Luft-) Leitfläche mit einer zu entfernenden, schützenden Beschichtung sowie mit schutzbedürftigen Flächen auf, und des Aufbringens eines Maskierungsmaterials auf die schutzbedürftigen Flächen. Der Schritt des Aufbringens der Maskierung umfaßt das Aufbringen eines ultraviolett-(UV-)-härtbaren Maskierungsmaterials auf die Flächen, welche Schutz benötigen. Nachdem das UV-härtbare Maskierungsmaterial aufgebracht worden ist, wird das Material gehärtet, durch Aussetzen des Maskierungsmaterials einer UV-Strahlung für eine Zeitdauer, die zum Bewirken der Härtung ausreichend ist, typischerweise etwa 60 Sekunden. Nachdem das Maskierungsmaterial ausgehärtet ist, wird die schützende Beschichtung von nicht maskierten Bereichen der Leitfläche unter Benutzung einer chemischen Abstreiftechnik (stripping technique) entfernt.
Bevorzugt wird das UV-härtbare Maskierungsmaterial, welches in dem erfindungsgemäßen Prozeß verwendet wird, auf Bereiche der Leitfläche aufgebracht, welche Luft-Kühlöffnungen für Turbinenschaufeln, einen Hinterkantenschlitz, Endlöcher (tip holes), den Plattformabschnitt (platform portion) und/oder den Verankerungsbereich (root portion) umfassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
1: ist eine Perspektivansicht einer Turbinenschaufel-Leitfläche;
2: ist eine Rückansicht eines Bereichs der Turbinenschaufel-Leitfläche von 1 zum Darstellen eines hinteren Kantenschlitzes; und
3: ist eine Perspektivansicht der Turbinenschaufel-Leitfläche von 1 mit Flächen, die durch ein Maskierungsmaterial maskiert sind.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, weist eine typische Turbinenschaufel-Leitfläche 10 eine Vorderkante 11 und eine Hinterkante 13 auf, sowie eine Anzahl von kritischen Bereichen, welche zumindest einen Satz von Luft-Kühlöffnungen 12 entlang zumindest einer Oberfläche, zumindest einen Schlitz 14 in der Hinterkante 13, Löcher 15 in einem Endbereich 17 (tip portion) der Leitfläche 10, einen Plattformabschnitt (platform portion) 16 sowie einen Verankerungsabschnitt 18 aufweisen, wobei alle diese während eines chemischen Abstreifvorganges, der zum Entfernen einer Schutzschicht 20 von den übrigen Abschnitten der Leitfläche 10 benutzt wird, maskiert werden müssen. Zum Schützen dieser kritischen Bereiche der Leitfläche 10 ist es wünschenswert, diese mit einer Auftragsschicht oder einem Maskierungsmaterial 22, wie in 3 gezeigt, zu bedecken.
Es hat sich für den Erfinder herausgestellt, daß das Maskierungsmaterial 22, welches auf die Leitfläche zum Schützen der obigen, kritischen Bereiche aufgebracht wird, gewisse Eigenschaften zeigen muß. Beispielsweise muß das Maskierungsmaterial 22 hinreichende Haft- bzw. Klebeeigenschaften aufweisen, so daß Kanten des Materials sich nicht abheben und während des chemischen Abstreifprozesses (stripping) zu einem Lecken (leck) führen. Ferner muß das Maskierungsmaterial 22 eine Viskosität dergestalt aufweisen, daß es bis zum Härten an der Stelle bleibt, wo es aufgebracht wurde, ohne Nachgeben oder Fließen. Weiterhin muß das Maskierungsmaterial 22 so gewählt sein, daß nur eine Minimalmenge von Maskierungsmaterial über die kritischen Bereiche, die zu schützen sind, hinaus aufgebracht werden muß.
Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, daß ein besonders nützliches Maskierungsmaterial ein UV-härtbares Material ist. Auch hat sich herausgestellt, daß dieser Materialtyp dahingehend vorteilhaft ist, daß er die gewünschten Eigenschaften im Hinblick auf Haftung und Viskosität besitzt. Auch hat sich herausgestellt, daß vorteilhaft der Zeitaufwand zum Härten dieses Materialtyps deutlich geringer ist, als die zum Härten anderer Maskierungsmaterialien benötigte Zeit. Beispielsweise benötigten gewisse Maskierungsmaterialien, die früher bei Entfernungsprozessen benötigt wurden, zum Härten etwa vier Stunden. Auch benötigten diese im allgemeinen das Aufbringen von zumindest zwei Beschichtungen. Das UV-härtbare Maskierungsmaterial, welches im erfindungsgemäßen Prozeß verwendet wird, benötigt etwa 60 Sekunden zum Härten und das Aufbringen einer einzelnen Schicht.
Ein UV-härtbares Material, welches als Maskierungsmaterial im erfindungsgemäßen Prozeß verwendet werden kann, ist ein Acryl-Kleber, welcher durch eine aktinische Strahlung, wie eine ultraviolett-Strahlung, aktiviert werden kann. Ein Beispiel eines solchen Materials ist unter dem Handelsnamen DYMAX 29605 erhältlich. Dieses Material ist ein reaktiver Acryl-Kleber, welcher durch aktinische Strahlung aktiviert wird, und welcher, zusätzlich zu einem Photoinitiator, zumindest etwa 1,0 Gew.-% einer Perester-Verbindung oder Cumol-Hydroperoxid (Cumol-Wasserstoffperoxid), und 0,5 Gew.-% einer tautomeren organischen Säure enthält. Er ist beschrieben im US-Patent 5,039,715 (Bachmann et al.) auf welches Bezug genommen wird, und welches in die vorliegende Anmeldung einbezogen sein soll.
Erfindungsgemäß wird das UV-härtbare Material auf die kritischen Bereiche der Schaufel der Turbinenschaufel-Leitfläche aufgebracht, welche die Luft-Kühlöffnungen 12, den/die Hinterkanten-Schlitz(e) 14, die Endlöcher 15, den Plattformabschnitt 16 und den Wurzelabschnitt 18 aufweisen. Bevorzugt wird das UV-härtbare Maskierungsmaterial 22 durch Injizieren des Maskierungsmaterials in flüssiger Form durch eine kleine Nadel, vergleichbar einer Spritze, aufgebracht, so daß es über die Luft-Kühlöffnungen 12, den/die Hinterkantenschlitz(e) 14, die Endlöcher 15, den Plattformabschnitt 16 und den Verankerungs- bzw. Wurzelabschnitt 18 fließt, sowie auf diesen benachbarte Bereiche.
In den meisten Fällen ist nur eine Schicht von Maskierungsmaterial zum Schützen der kritischen Flächen notwendig. Natürlich ist es möglich, daß in einigen Fällen zwei oder mehr Schichten des UV-härtbaren Maskierungsmaterials 22 wünschenswert sein können. Während es zudem bevorzugt ist, das Maskierungsmaterial unter Benutzung einer Spritzen-ähnlichen Nadel aufzubringen, ist es möglich, daß andere Aufbringtechniken, einschließlich des Aufstreichens (painting) benutzt werden könnten, falls gewünscht.
Nachdem das UV-härtbare Maskierungsmaterial auf die kritischen Bereiche der Leitfläche 10 aufgebracht ist, wird die Leitfläche einer ultra-violetten Strahlung für eine Zeitdauer ausgesetzt, die ausreichend ist, um das Maskierungsmaterial auszuhärten. Es hat sich herausgestellt, daß das Plazieren der Leitfläche 10 mit dem Maskierungsmaterial 22 unter eine ultra-violette Lampe für einen Zeitraum von etwa 60 Sekunden ausreichend ist, um das Maskierungsmaterial auszuhärten.
Nachdem das UV-härtbare Maskierungsmaterial ausgehärtet ist, werden die unmaskierten Abschnitte der Turbinenschaufel-Leitfläche 10 einem chemischen Abstreifprozeß (chemical stripping Operation) ausgesetzt, zum Entfernen der Schutzschicht. Jeder geeignete chemische Abstreifprozeß, der aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann zum Entfernen der schützenden Beschichtung benutzt werden. Typischerweise ist der chemische Abstreifprozeß ein Säure-Abstreif-Prozeß unter Benutzung von heißen, sauren Materialien, wie solche, die von United Technologies Corporation als SPOP 301 oder SPOP 308 bezeichnet werden.
Danach werden die während des Abstreifvorgangs benutzten Chemikalien durch Abspülen entfernt, und das UV-härtbare Maskierungsmaterial 22 wird durch Abbrennen in einem ordnungsgemäß belüfteten Ofen, bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von etwa 480°C (900°F) bis etwa 700°C (1300°F), entfernt. Sobald das Maskierungsmaterial entfernt worden ist, wird die Beschichtung auf den Leitflächen, die vorher unterhalb des Maskierungsmaterials 22 lagen, mechanisch durch Schleifen (blending) mit feinem Sandpapier oder Scheiben auf Luft oder elektrischen Schleifmaschinen entfernt. Sobald die schützende Beschichtung vollständig von den Oberflächen der Leitfläche 10 entfernt worden ist, kann die Leitfläche auf Risse inspiziert werden, dann repariert, wieder beschichtet und wieder installiert werden.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, ist die Benutzung eines UV-härtbaren Materials als Maskierungsmaterial ziemlich vorteilhaft. Das UV-härtbare Material weist exzellente Hafteigenschaften auf, wodurch ermöglicht wird, daß die Kanten des Maskierungsmaterials auf den Oberflächen der Leitflächen ohne Lecken haften. Zusätzlich muß nur eine minimale Menge von UV-härtbarem Material auf die zu schützenden Flächen der Leitflächen aufgebracht werden. Dies ist besonders vorteilhaft, denn dadurch wird wesentlich das Problem einer Übermaskierung überwunden, und es wird signifikant die benötigte Zeit zum Entfernen des Maskierungsmaterials vermindert. Ferner härtet das UV-härtbare Material schneller als andere Arten von Maskierungsmaterial. Daher wird eine beträchtliche Zeitersparnis durch Benutzen eines UV-Maskierungsmaterials bei dem erfindungsgemäßen Prozeß realisiert.
Während der erfindungsgemäße Prozeß im Kontext des Entfernens einer schützenden Beschichtung von einer Leitfläche einer Turbinenschaufel beschrieben wurde, ist zu berücksichtigen, daß das Verfahren zum Entfernen einer schützenden Beschichtung von jeder Art von Leitfläche (airfoil) benutzt werden kann.

Claims

Verfahren zum Entfernen einer Schutzschicht (20) von mit dieser versehenen Oberflächen einer Leitfläche (10), beispielsweiseder Leitfläche (10) einer Turbinenschaufel, die kritische Flächenbereiche aufweist, welche während des Entfernens der Schutzschicht (20) durch eine chemische Substanz mit einem Maskierungsmaterial (22) abgedeckt werden, gekennzeichnet durch ein ultra-violett-härtbares Maskierungsmaterial (22) für die kritischen Flächenbereiche der Leitfläche (10), dessen Haft- und Klebeeigenschaften so gewählt sind, dass es leckfrei sowie mit abhebungssicheren Kanten auf den Flächenbereichen haftet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Acryl-Kleber als Maskierungsmaterial (22) eingesetzt wird, der/das durch UV-Strahlung aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Auftragen eines reaktiven Acryl-Klebers, der zusätzlich zu einem Photoinitiator zumindest etwa 1,0 Gew.-% einer Perester-Verbindung oder Cumol-Hydroperoxid (Cumol-Wasserstoffperoxid) sowie 0,5 Gew.-% einer tautomeren organischen Säure enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche (10) Luft-Kühlungsöffnungen (12) aufweist und das ultra-violetthärtbare Maskierungsmaterial (22) über die Luft-Kühlungsöffnungen sowie auf diesen benachbarte Bereiche der Leitfläche aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche (10) einen Hinterkantenschlitz (14) aufweist und das ultraviolett-härtbare Maskierungsmaterial (22) über den Hinterkantenschlitz sowie auf diesem benachbarte Bereiche der Leitfläche aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche (10) einen Plattformabschnitt (16) aufweist und das ultra-violetthärtbare Maskierungsmaterial (22) über dem Plattformabschnitt sowie auf diesem benachbarte Bereiche der Leitfläche aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche (10) einen Verankerungsabschnitt (18) aufweist und das ultra-violetthärtbare Maskierungsmaterial (22) über dem Verankerungsabschnitt sowie auf diesem benachbarte Bereiche der Leitfläche aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche (10) einen Endabschnitt (17) sowie eine Mehrzahl von Löchern (15) in dem Endabschnitt aufweist und das ultra-violett-hartbare Maskierungsmaterial (22) über den Löchern sowie auf diesen benachbarte Bereiche der Leitfläche aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das ultra-violett-härtbare Maskierungsmaterial (22) in flüssiger Form auf die kritischen Bereiche der Leitfläche aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive, acrylhaltige Klebematerial aufgetragen sowie durch ultra-violette Strahlung aktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Schritte: Härten des UV-härtbaren Maskierungsmaterials (22) und Ablösen der schützenden Beschichtung von unmaskierten Bereichen der Leitfläche (10).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Härtens das Aussetzen des UV-härtbaren Materials einer ultra-violetten Strahlung für eine zum Härten des Maskierungsmaterials ausreichende Zeit aufweist und das Ablösen der schützenden Beschichtung von den unmaskierten Bereichen der Leitfläche (10) durch Säure-Ablösen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Maskierungsmaterial (22) unter einer UV-Lampe während eines Zeitraumes von etwa 60 sec. ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch: Spülen der Leitfläche nach dem Vorgang des Ablösens, Entfernen des gehärteten Maskierungsmaterials und mechanisches Entfernen der schützenden Beschichtung, die vorher unterhalb des Maskierungsmaterials (22) lag.
Leitfläche, beispielsweise Leitfläche (10) einer Turbinenschaufel, mit auf ihren Oberflächen vorgesehener, durch Kontakt mit einer chemischen Lösung entfernbarer Schutzschicht (20) sowie ausgewählten Bereichen der Oberflächen, die von einem Maskierungsmaterial (22) überdeckt und nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche behandelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein ultra-violett härtbares Maskierungsmaterial (22) haftend mit der Leitfläche (10) an den ausgewählten Bereichen so verbunden ist, dass die Kanten der Schicht aus dem Maskierungsmaterial während des Kontaktes der Leitfläche mit der chemischen Lösung an der Oberfläche haften sowie die mit dem Maskierungsmaterial bedeckten, ausgewählten Bereiche leckfrei sind.
Leitfläche nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche (10) Luft-Kühlöffnungen (12) aufweist und das Maskierungsmaterial (22) die Luft-Kühlöffnungen sowie diesen benachbarte Bereiche der Leitfläche bedeckt.
Leitfläche nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche (10) mindestens einen Hinterkantenschlitz (14) aufweist und das Maskierungsmaterial (22) diesen sowie diesem benachbarte Bereiche der Leitfläche bedeckt.
Leitfläche nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche (10) einen Plattformabschnitt (16) aufweist und das Maskierungsmaterial (22) diesen sowie ihm benachbarte Bereiche der Leitfläche bedeckt.
Leitfläche nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche (10) einen Verankerungsabschnitt (18) aufweist und das Maskierungsmaterial (22) den Verankerungsabschnitt sowie diesem benachbarte Bereiche der Leitfläche bedeckt.
Leitfläche nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfläche (10) eine Mehrzahl von Löchern (15) nahe einem Endbereich (17) aufweist und das Maskierungsmaterial (22) die Löcher sowie diesen benachbarte Bereiche der Leitfläche bedeckt.
Verwendung eines durch UV-Strahlen aktivierbaren Acrylklebers als Maskierungswerkstoff für besondere Bereiche der mit einer Schutzschicht versehenen Oberflächen einer Leitfläche, beispielsweise einer Turbinenschaufel, nach einem der Ansprüche 12 bis 20.
Verwendung nach Anspruch 21 mit einem Photoinitiator und wenigstens etwa 1,0 Gew.-% einer Perester-Verbindung oder Cumol-Wasserstoffperoxid und 0,5 Gew.-% einer tautomeren organischen Säure.