DE60114948T2

DE60114948T2 - Verhinderung des Fliessens von Lotmaterial, und Abdeckmaterial dafür

Info

Publication number: DE60114948T2
Application number: DE60114948T
Authority: DE
Inventors: William Gerald Messelling; Richard William Cincinnati Geibel
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2000-08-02
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2021-08-01
Also published as: CA2353244A1; SG97189A1; EP1177852A3; JP2002192335A; US6460754B1; DE60114948D1; EP1177852B1; BR0103167A; EP1177852A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren das dazu dient, Metallkomponenten durch Hartlöten instand zu setzen oder in sonstiger Weise zu behandeln. Insbesondere betrifft die Erfindung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Verfahren zur Ausbildung einer Fließbarriere aus einer Hartlotlegierung auf einer hartzulötenden Komponente, und entsprechend dem Oberbegriff nach Anspruch 11 eine Stopp-Aufschlämmung (siehe beispielsweise die US-A-4 726 104).
Löcher, Risse, Splitter und sonstige Fehler in Metallkomponenten werden häufig durch Ofenhartlöten repariert. Wenn derartige Komponenten innerer Hohlräume aufweisen, wie es beispielsweise bei Strömungsflächen von Gasturbinentriebwerken der Fall ist, neigt die Reparaturlegierung manchmal dazu, in die Innenräume zu fließen. Dies ist nicht erwünscht, da sich nach einem Erstarren der Legierung in den Innenräumen die innere Konfiguration, Masse und Masseverteilung der Komponente hinsichtlich der Konstruktionsparameter verändert und Innenräume möglicherweise sogar verlegt. Dementsprechend wurden bisher häufig als innere Lötstoppmittel bezeichnete Schlämme, Vorformlinge und Spachtelmassen als innere Maskierungsmittel verwendet, um zu verhindern, dass während einer Reparatur Hartlotlegierung in die Innenräume fließt.
Es ist ebenfalls erwünscht, zu vermeiden, dass Hartlotlegierung während des Hartlötens in Spalte und auf gewisse Flächen gelangt, d.h. es besteht ein Bedarf nach einem Weg, um Barrieren gegen den Hartlotlegierungsfluss zu errichten.
Kurz gesagt, betrifft die Erfindung daher gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zur Ausbildung einer Fließbarriere von Hartlotlegierung auf einer hartzulötenden Komponente. Ein Quantum einer Stopp-Aufschlämmung, die ein Oxidpulver und einen Binder enthält, wird auf eine Fläche der Komponente aufgebracht. Die Stopp-Aufschlämmung wird getrocknet, um den Binder zu festigen und ein ausgehärtetes Lötstoppmaterial auf der Oberfläche zu bilden, um eine Barriere für den Hartlotmittelfluss zu erzeugen.
Die Erfindung betrifft gemäß Anspruch 4 außerdem ein Verfahren, um einen Hartlotlegierungsfluss in einen Innenraum einer mittels Hartlöten zu reparierenden Komponente zu verhindern. Der Innenraum wird mit einer Stopp-Aufschlämmung versehen, die pulverisiertes Oxid und einen Binder enthält.
Die Stopp-Aufschlämmung wird getrocknet, um den Binder zu festigen und ein ausgehärtetes Lötstoppmaterial in dem Innenraum zu bilden, das in den Innenraum führende Öffnungen versiegelt.
Die Erfindung betrifft gemäß Anspruch 11 ferner eine Stopp-Aufschlämmung zur Aufbringung auf hartzulötende Komponenten zur Ausbildung einer Hartlötstoppbarriere.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird eine Stopp-Aufschlämmung aus einem Binder und einem Oxidpulver zubereitet.
Der erfindungsgemäße Binder verwendet vorzugsweise Polyethylenoxid (PEO), das ein feines, wasserlösliches, weißes Pulver nach einer chemischen Formel (-CH₂CH₂O-)_n ist. PEO ist beispielsweise bei Aldrich Chemical Company of Milwaukee, Wisconsin erhältlich. Wenn PEO mit destilliertem oder deionisiertem Wasser gemischt wird, ist die sich ergebende Mischung ein zähflüssiges Fluid. Dieses Fluid dient als ein Binderschlamm, der anschließend mit einem Oxidpulver gemischt wird, um eine Stopp-Aufschlämmung zu bilden.
Der Binder enthält PEO in einem Anteil von zwischen 20 Gew.-% und 25 Gew.-%, eher bevorzugt 20 Gew.-%. Der Binder enthält Wasser in einem Anteil von zwischen 75 Gew.-% und 80 Gew.-%, eher bevorzugt etwa 80 Gew.-%. Während des Schrittes des Bilden des Binders werden diese Komponenten gewogen und das Wasser wird dem PEO hinzugefügt, oder das PEO wird dem Wasser hinzugefügt. Das Wasser wird vorzugsweise vor dem Hinzufügen des PEO auf eine Temperatur von etwa 200°F (90°C) mäßig erwärmt. Die beiden Komponenten werden anschließend mittels eines Spatels oder einer sonstigen Mischvorrichtung, beispielsweise einem elektrischen Mischer mit variabler Geschwindigkeit, gründlich gemischt. Das Mischen wird fortgesetzt bis die Mischung ein zähflüssiges Fluid wird, das einen Binderschlamm bildet, in dem sich keine Klumpen von PEO-Pulver in der Mischung zeigen. Die Mischzeit beträgt etwa 10 Minuten.
Nach dem Mischen wird dem Binderschlamm ermöglicht, vorzugsweise für etwa 2 Stunden abzukühlen und vor der Verwendung anschließend vorzugsweise mindestens etwa 24 Stunden sich zu setzen. Es ist wichtig, dass der Binder vor der Verwendung kühl und frei von Luftblasen ist.
Vorzugsweise wird der Wasser/PEO-Mischung Xanthangummi hinzugefügt. Um dies durchzuführen, wird der Xanthangummi dem Wasser/PEO zugegeben, nachdem dieses für 10 Minuten ge mischt wurde, anschließend wird das Mischen vor dem Kühlen für weitere 10 Minuten mit dem in der Mischung befindlichen Xanthangummi fortgesetzt. Es hat sich herausgestellt, dass das Hinzufügen von Xanthangummi die Haltbarkeitsdauer steigert, dadurch dass die Neigung zur Absonderung von PEO und Wasser verringert wird. Xanthangummi wird vorzugsweise in einem Anteil von zwischen 0,2 Gew.-% und 0,4 Gew.-% des gesamten Binders hinzugefügt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der Anteil von PEO zwischen 20 Gew.-% und 25 Gew.-%, eher bevorzugt etwa 20 Gew.-%; der Anteil an Wasser beträgt zwischen 75 Gew.-% und 80 Gew.-%, eher bevorzugt geringfügig weniger als etwa 80 Gew.-%; und der Anteil an Xanthangummi beträgt zwischen 0,2 Gew.-% und 0,4 Gew.-%, eher bevorzugt etwa 0,3 Gew.-%. Beispielsweise enthält der Schlamm 20 Gew.-% PEO, 79,7 Gew.-% Wasser und 0,3 Gew.-% Xanthangummi. Xanthangummi kann beispielsweise von Nutrasweet Kelco Company of San Diego, Kalifornien, bezogen werden. Das Mischen wird wie oben beschrieben, in der Weise durchgeführt, dass der Xanthangummi dem Wasser nach dem PEO hinzugefügt wird.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass ein lösungsmittelfreier Binder verwendet wird, der hier als im Wesentlichen frei von organischen Lösungsmitteln wie Azeton, 111'-Trichlorethan und Toluol definiert ist. Der im Zusammenhang mit dieser Erfindung verwendete Binder weist die folgenden Vorteile auf: er ist für die Umwelt unschädlich, enthält keine schädlichen Lösungsmittel, basiert nicht auf Lösungsmitteln sondern auf Wasser, lässt sich bei Verschütten problemlos aufwischen, ist geruchlos, weist eine längere Haltbarkeitsdauer als herkömmliche Binder auf, sowohl PEO- als auch Xanthangummirohmaterialien stehen in problemlos zu handhabender Pulverform zur Verfügung, seine Abbrandeigenschaften sind ausgezeichnet und seine Ausgangs stoffe sind reichlich verfügbar und verhältnismäßig kostengünstig. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Binder gute Beschickungsfähigkeiten aufweist, was die Gefahr von Porenbildung reduziert.
Der Binderschlamm wird anschließend dem Oxidpulver hinzugefügt, um eine Stopp-Aufschlämmung zu bilden. Die Stopp-Aufschlämmung enthält zwischen 20 Gew.-% und 25 Gew.-% Binder, eher mehr als etwa 20 Gew.-% Binder.
Die Stopp-Aufschlämmung enthält ferner vorzugsweise zwischen 75 Gew.-% und 80 Gew.-% Oxid, vorzugsweise in Pulverform. Das Oxid muss geeignet sein, den bei der speziellen Anwendung verwendeten Löttemperaturen standzuhalten, und sollte gute Fließeigenschaften aufweisen, wenn es zusammen mit dem Binder in Form eines Schlamms vorliegt. Das gegenwärtig bevorzugte Oxid ist Aluminiumoxid. Eine besonders bevorzugte Stopp-Aufschlämmung enthält zwischen 75 Gew.-% und 80 Gew.-% Aluminiumoxid und eher bevorzugt etwa 80 Gew.-% Aluminiumoxid. Das Aluminiumoxid weist eine Partikelgröße von vorzugsweise zwischen 100 und 220 Grit?, eher bevorzugt etwa 120 Grit auf. Ein geeignetes Aluminiumoxid für diese Anwendung ist von A & B Deburring in Cincinnati, Ohio unter der Härtegradbezeichnung D50TF5/58 Klasse D erhältlich.
Die Stopp-Aufschlämmung wird in die Innenräume der zu reparierenden Komponente eingebracht und in die gewünschte Tiefe gedrückt, und seine exponierte Oberflächenstruktur wird geglättet. Die Komponente wird anschließend in einem Lufttrockenofen unter Bedingungen angeordnet, die ausreichen um den Binder zu trocknen, um die Stopp-Aufschlämmung setzen zu lassen, ein ausgehärtetes inneres Lötstoppmaterial zu erhalten und die Gefahr von Entgasen während des nachfolgenden Hartlötens zu minimieren. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gehört zu diesen Bedingungen eine Trocknungstemperatur von zwischen 55°C (130°F) und 80°C (175°F) für mindestens etwa 15 Minuten, vorzugsweise für zwischen 15 und 45 Minuten.
Die Komponente wird aus dem Trockenofen entfernt und ist nun für das Hartlöten bereit, das wie üblich durchgeführt wird. Nach dem Hartlötvorgang wird das innere ausgehärtete Lötstoppmaterial durch Sondieren mittels einer starren Sonde, beispielsweise mittels eines Dentalinstruments oder durch Ausblasen mit Druckluft, entfernt.
Neben der Verhinderung des Hartlotlegierungsflusses auf Innenflächen einer Komponente, lässt sich das oben erörterte Lötstoppmaterial und Verfahren zusätzlich anwenden, um einen Fluss von Hartlotlegierung in andere Bereiche als Innenräume zu verhindern. Beispielsweise kann das Lötstoppmaterial in einem Spalt angeordnet werden, um zu verhindern, dass Hartlotlegierung in den Spalt fließt, beispielsweise im Falle eines Dichtungsspalts in einer Strömungsfläche. Das Lötstoppmaterial lässt sich auch in dieser Weise verwenden, um über einen Spalt oder dergleichen eine Brücke aus Hartlotlegierung auszubilden. Es eignet sich außerdem dazu, einen Damm zu erzeugen, um zu verhindern, dass Hartlotlegierung in einen speziellen Bereich der Oberfläche einer Komponente fließt. In diesen Anwendungen wird ein Quantum der Stopp-Aufschlämmung auf einer Fläche der Komponente, beispielsweise in einem Spalt oder längs einer Fläche, angeordnet, an der eine Damm erzeugt werden soll. Die Stopp-Aufschlämmung wird anschließend getrocknet, um den Binder zu festigen und ein ausgehärtetes Lötstoppmaterial auf der Oberfläche zu bilden, um eine Barriere für den Hartlotmittelfluss zu errichten.

Claims

Verfahren zur Ausbildung einer Fließbarriere einer Hartlotlegierung auf einer durch Hartlöten zu behandelnden Komponente, wobei zu dem Verfahren gehört: das Aufbringen eines Quantums einer Stopp-Aufschlämmung, die ein Oxidpulver und einen Binder enthält, auf eine gewählte Fläche der Komponente und Trocknen der Stopp-Aufschlämmung, um den Binder zu festigen und ein ausgehärtetes Fließstoppmaterial auf der Oberfläche zu bilden, um eine Flussbarriere für die Hartlötlegierung zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidpulver Aluminiumoxidpulver und der Binder ein Polyethylenoxidbinder ist und dass der Polyethylenoxidbinder lösungsmittelfrei ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Stopp-Aufschlämmung zwischen 75 Gew.-% und 80 Gew.-% Aluminiumoxid und zwischen 20 Gew.-% und 25 Gew.-% Polyethylenoxidbinder enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Polyethylenoxidbinder zwischen 75 Gew.-% und 80 Gew.-% Wasser und zwischen 20 Gew.-% und 25 Gew.-% Polyethylenoxid enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Barriere zur Verhinderung des Fließens der Hartlötlegierung in In nenräume der durch Hartlöten zu reparierenden Komponente dient und bei dem der Aufbringschritt beinhaltet: dass der Innenraum mit einer Stopp-Aufschlämmung mit einem Oxidpulver und einem Binder versehen wird und dass der Trocknungsschritt beinhaltet, dass die Stopp-Aufschlämmung in dem Innenraum getrocknet wird und in den Innenraum führende Öffnungen versiegelt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Stopp-Aufschlämmung zwischen 75 Gew.-% und 80 Gew.-% Aluminiumoxid und zwischen 20 Gew.-% und 25 Gew.-% Polyethylenoxidbinder enthält.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Polyethylenoxidbinder lösungsmittelfrei ist und zwischen 75 Gew.-% und 80 Gew.-% Wasser und zwischen 20 Gew.-% und 25 Gew.-% Polyethylenoxid enthält.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Polyethylenoxidbinder zwischen 0,2% und 0,4% Xanthangummi enthält.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Trocknen der Stopp-Aufschlämmung durchgeführt wird, indem die Komponente für 15 Minuten einer Temperatur zwischen 55°C (130°F) und 80°C (175°F) ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, beinhaltend: das Aufbringen einer Hartlotlegierung auf eine zu reparierende Stelle auf der Komponente nachdem das ausgehärtete Lötstoppmaterial ausgebildet worden ist, Erwärmen der Hartlotlegierung auf eine Löttemperatur, um das Hartlöten zu bewirken, Abkühlen der Hartlotlegierung, um der Hartlotlegierung zu ermöglichen, zu erstarren und Entfernen des ausgehärteten Lötstoppmaterials von der Komponente.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Entfernen des ausgehärteten Lötstoppmaterials durch mechanische Mittel bewirkt wird, wobei zwischen dem Ausblasen mit Druckluft und dem Auskratzen mit einer starren Sonde gewählt wird.
Stopp-Aufschlämmung zur Aufbringung auf hartzulötende Komponenten zur Ausbildung einer Hartlötstoppbarriere, dadurch gekennzeichnet, dass die Stopp-Aufschlämmung zwischen 20 Gew.-% und 25 Gew.-% Polyethylenoxidbinder und zwischen 75 Gew.-% und 80 Gew.-% Aluminiumoxid enthält, wobei der Polyethylenbinder Polyethylenoxid und Wasser enthält.
Stopp-Aufschlämmung nach Anspruch 11, bei der der Polyethylenoxidbinder zwischen 75 Gew.-% und 80 Gew.-% Wasser und zwischen 20 Gew.-% und 25 Gew.-% Polyethylenoxid enthält.
Stopp-Aufschlämmung nach Anspruch 12, bei der der Polyethylenoxidbinder zwischen 0,2% und 0,4% Xanthangummi enthält.
Stopp-Aufschlämmung nach Anspruch 11, bei der der Polyethylenoxidbinder lösungsmittelfrei ist.