DE4120305C1 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ätzlösung und ein Verfahren zum Entfernen
von metallischen Heißgaskorrosionsschutzschichten und Heißgasreak
tionsbelägen auf Triebwerksschaufeln mit einer Salzlösung und einem
Inhibitor.
Triebwerksschaufeln aus Ti-, Ni- oder Co-Basislegierungen, die mit
einer Aluminidschicht vor Heißgaskorrosionen geschützt werden, können
nach dem aus US-PS 43 39 282 bekannten Verfahren von der Aluminid
schicht befreit werden. Ein Nachteil dieses Verfahrens und der offen
barten Ätzlösung ist, daß es nicht für Heißgaskorrosionsschutz
schichten auf der Basis von MCrAlY-Schichten einsetzbar ist. Diese
Schichten zeichnen sich durch eine höhere Resistenz gegenüber Heiß
gaskorrosionsangriffen und Heißgasreaktionsbelägen aus, womit der
Nachteil verbunden ist, daß ihre Entfernung mit den bisher bekannten
Ätzlösungen zum Entfernen von Aluminidschichten nicht oder nur mit
erheblichen An- und Unterätzungen des Schaufelwerkstoffes möglich
wird. Die Zusammensetzung bekannter Ätzlösungen basiert auf einem
hohen Anteil reiner Säuren wie Salpetersäure, Flußsäure, Salzsäure,
Schwefelsäure oder Mischungen derselben mit geringen Zuschlägen an
Salzen wie Eisenchlorid oder Kupfersulfat und Inhibitoren, die ein
Anätzen des Schaufelwerkstoffs vermindern sollen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Ätzlösung und
ein Verfahren zum Entfernen von metallischen Heißgaskorrosions
schutzschichten und Heißgasreaktionsbelägen auf Triebwerksschaufeln
anzugeben. Dabei sollen besonders die heißgaskorrosionsfesten
Beschichtungen auf einer MCrAlY-Basis rückstandsfrei und ohne An
griff des Grundwerkstoffes entfernt werden. Außerdem sind
oberflächennahe Diffusionszonen zwischen Schaufelwerkstoff und
Beschichtung mit zu entfernen, ebenso wie auf der Beschichtung
beim Betrieb der Triebwerksschaufel entstandene Heißgasreaktionsbe
läge.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Ätzlösung aus einer Salzlösung
und mindestens einem Inhibitor, wobei die Salzlösung zu 5 bis 45
Gew.-% aus einem Hydrogensulfat besteht und 0,5 bis 10 Gew.-% Inhi
bitor aufweist und die Summe aus Hydrogensulfat und Inhibitor so
bemessen ist, daß mindestens 50 Gew.-% Wasser bezogen auf die gesamte
Ätzlösung enthalten sind.
Ein besonderer Vorteil dieser Ätzlösung ist, daß sie vollständig
säurefrei ist, so daß sowohl der Umgang mit dieser Ätzlösung als auch
ihre Entsorgung geringere Probleme als bei den bisher bekannten
säurehaltigen Ätzlösungen zum Entfernen von metallischen Heißgas
korrosionsschutzschichten und Heißgasreaktionsbelägen auf Triebwerks
schaufeln auftreten.
Die Gefahr einer Sulfatisierung der Schaufeloberfläche, wie sie bei
Zuschlägen von beispielsweise Kupfersulfat auftritt, wird durch den
Einsatz von Hydrogensulfaten vorteilhaft vermindert.
Die Ätzlösung hat den weiteren Vorteil, daß nicht nur galvanisch
abgeschiedene Metallbeschichtungen aus Chrom, Cadmium oder MCrAlY
sondern auch Niederdruck- und Hochdruck-plasmagespritzte Schichten
aus MCrAlY oder NiCr mit der erfindungsgemäßen Ätzlösung entfernt
werden können. Selbst Gleitlacke, Diffusionsschutzschichten, Oxid
schichten von geringer Dicke z. B. unter 1 µm oder Heißgasreaktionsbe
läge lassen sich rückstandsfrei mit der erfindungsgemäßen Ätzlösung
abbeizen.
In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist das Hydrogensulfat
ein Ammoniumhydrogensulfat, ein Natriumhydrogensulfat, ein Kalium
hydrogensulfat oder Mischungen derselben. Ein Vorteil dieser Alkali
hydrogensulfate ist, daß sie gegenüber Erdalkalisulfaten eine um
mindestens den Faktor 2 verbesserte Abtragsrate zeigen. Ferner ist
eine ausgeprägte Abtragsverminderung zum Schaufelwerkstoff hin vor
teilhaft zu beobachten.
Als Inhibitoren haben sich vorzugsweise Mischungen aus Alkylsulfaten,
Alkylsulfonate, Alkylaryletoxylate, Polyglykole und Polyglykolether
oder in ihrer Wirkung vergleichbare Produkte bewährt.
Inhibitoren bewirken vorteilhaft nach Abtrag von Beschichtungen und
eventuellen Diffusionszonen unter der Beschichtung eine Passivierung
der Schaufeloberfläche. Inhibitoren sind als handelsübliche Produkte
für chemische Ätzverfahren auf dem
Markt eingeführt.
Eine bevorzugte Anwendung der Ätzlösung besteht in dem Abbeizen von
Sulfidationsprodukten, die sich beim Betrieb der Triebwerksschaufeln
auf der Heißgaskorrosionsschutzschicht aus MCrAlY als Reaktionsbelag
ablagern. Damit ist der Vorteil verbunden, daß für diese betriebsbe
dingten Ablagerungen auf einer MCrAlY-Schicht keine getrennte Abbeiz-
oder Reinigungslösung erforderlich wird.
Die Aufgabe ein Verfahren zum Entfernen von metallischen
Heißgaskorrosionsschutzschichten und Heißgasreaktionsbelägen auf
Triebwerksschaufeln anzugeben, wird durch ein Verfahren mit folgenden
Verfahrensschritten gelöst:
- a) Abdecken zum Schutz der nicht beschichteten Bereiche einer Trieb werksschaufel,
- b) Aktivieren der Bauteiloberfläche durch Abtragen passivierender Beläge,
- c) Aufheizen der Ätzlösung auf Temperaturen zwischen 20 und 95°C,
- d) Entfernen der metallischen Heißgaskorrosionsschutzschicht und des Heißgasreaktionsbelages durch Eintauchen der Turbinenschaufel in die temperierte Ätzlösung nach Anspruch 1 unter intensiver Ätz badbewegung für 2 bis 10 Stunden.
- e) Reinigung der Bauteiloberfläche.
Da eine Triebwerksschaufel beschichtete und unbeschichtete Oberflächen
aufweist, ist zunächst ein Abdecken der unbeschichteten Flächen mit bei
spielsweise einem ätzlösungsresistenten Lack erforderlich.
Nach Betrieb der Triebwerksschaufeln im Heißgaskanal einer Strömungs
maschine ist die Oberfläche der Schaufel nicht nur mit Sulfidations
produkten belegt, sondern überwiegend auch mit passivierenden Schichten
aus Metalloxiden, die über 1 µm dick sein können bedeckt. Derartig dicke
Oxidschichten werden von der Ätzlösung nur langsam abgetragen. Deshalb
steht am Anfang des Verfahrens ein Aktivierungsschritt, bei dem der
artige, passivierende Oxidhäute mechanisch durch Naßstrahlen oder
chemisch durch Reduktionslösungen aufgebrochen oder aufgelöst werden.
Das Verfahren hat den Vorteil, daß Heißgaskorrosionsschutzschichten
vorzugsweise MCrAlY-Schichten und Heißgasreaktionsbeläge aus Sulfi
dationsprodukten auf Triebwerksschaufeln schonend von dem Schaufel
grundwerkstoff aus Ti-, Co- oder Ni-Basislegierungen abgetragen werden
können. Dieser schonende Abtrag beinhaltet, daß weder Unterätzungen noch
Anätzungen der Schaufeloberfläche auftreten und die Schaufeloberfläche
rückstandsfrei von der Beschichtung befreit wird.
Ein bevorzugter Bereich der Ätzbadtemperatur liegt bei diesem Verfahren
zwischen 50 bis 95°C. Der darunter liegende Bereich der Ätzbadtemperatur
zwischen 20 und 50°C wird vorzugsweise für Reinigungs- und Abbeizvorgänge
von Heißgasreaktionsbelägen eingesetzt, während der obere Bereich der
Ätzbadtemperatur zwischen 50 bis 95°C vorteilhaft zum Entfernen von
metallischen Heißgaskorrosionsschutzschichten angewandt wird. Deshalb ist
es vorteilhaft das Ätzbad zunächst für 1/3 der Ätzzeit auf niedriger
Temperatur zwischen 20 und 50°C zu halten und für 2/3 der Ätzzeit auf
hoher Temperatur zwischen 50 bis 95°C zu belassen.
An Hand des folgenden Beispiels wird die Erfindung näher erläutert.
Zunächst wird eine Ätzlösung aus 100 bis 850 g/l Hydrogensulfat vor
zugsweise ein Ammonium-, Natrium- oder Kaliumsalz mit 1-20 g/l In
hibitor aus einem
Gemisch aus Alkylsulfaten, Alkysulfonaten, Alkylaryletoxylate,
Polyglykole und Polyglykolether Rest Wasser hergestellt. Die Ätz
lösung mit dieser Zusammensetzung wird auf eine Temperatur zwischen
20 und 95°C vorzugsweise 50 bis 95°C aufgeheizt und in diesem
Beispiel auf 70°C gehalten. Eine Turbinenschaufel aus dem Werkstoff
Rene 100 und einer MCrAlY-Beschichtung wird nach einer Aktivierungs
behandlung und dem Abdecken nichtbeschichteter Oberflächen in das auf
70°C temperierte Ätzbad eingetaucht. Die Aktivierungsbehandlung in
diesem Beispiel bestand in einem Naßstrahlen mit Keramikkugeln aus
Al2O3.
Die Turbinenschaufel wurde nach 3 Stunden dem Ultraschallätzbad ent
nommen und zeigte eine perfekt entschichtete Oberfläche.
Derartige Behandlungen der beschichteten Schaufeloberflächen werden
bei der Instandsetzung und Reparatur von Triebwerken angewandt.
Claims (7)
1. Ätzlösung zum Entfernen von metallischen Heißgaskorrosions
schutzschichten und Heißgasreaktionsbelägen auf Triebwerksschau
feln mit einer Salzlösung und mindestens einem Inhibitor, dadurch
gekennzeichnet, daß die Salzlösung zu 5 bis 45 Gew.-% aus einem
Hydrogensulfat besteht und 0,5 bis 10 Gew.-% Inhibitor aufweist und
die Summe aus Hydrogensulfat und Inhibitor so bemessen ist, daß
mindestens 50 Gew.-% Wasser bezogen auf die gesamte Ätzlösung
enthalten sind.
2. Ätzlösung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hy
drogensulfat ein Ammoniumhydrogensulfat, Natriumhydrogensulfat,
Kaliumhydrogensulfat oder Mischungen derselben ist.
3. Ätzlösung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ätzlösung als Inhibitor ein Gemisch aus Alkylsulfaten, Alkylsulfo
naten, Alkylaryletoxylat, Polyglykol, Polyglykolether aufweist.
4. Verfahren zum Entfernen von metallischen Heißgaskorrosionsbelägen
auf Triebwerksschaufeln mit einer Ätzlösung nach Anspruch 1, das
durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
- a) Abdecken zum Schutz der nicht beschichteten Bereiche einer Triebwerksschaufel,
- b) Aktivieren der Bauteiloberfläche durch Abtragen passivierender Beläge,
- c) Aufheizen der Ätzlösung auf Temperaturen zwischen 20 und 95°C,
- d) Entfernen der metallischen Heißgaskorrosionsschutzschicht und des Heißgasreaktionsbelages durch Eintauchen der Turbinenschaufel in die temperierte Ätzlösung unter intensiver Ätzbadbewegung für 2 bis 10 Stunden,
- e) Reinigen der Bauteiloberfläche.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzbad
beim Eintauchen der Triebwerksschaufel auf 50 bis
95°C gehalten wird.
6. Verwendung der Ätzlösung nach einem der Ansprüche 1 bis 3
zum Entfernen von Heißgaskorrosionsschutzschichten
aus MCrAlY mit M als Metall wie Co, Ni oder Ta.
7. Verwendung der Ätzlösung nach einem der Ansprüche 1 bis 3
zum Abbeizen von Heißgasreaktionsbelägen
vorzugsweise von Sulfidationsprodukten.
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