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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung einer Aluminidbeschichtung
von einem metallischen Substrat. Insbesondere ist die Erfindung auf
ein Verfahren zur selektiven Entfernung einer Aluminidbeschichtung
unter Verwendung einer Abbeiz-Zusammensetzung gerichtet, um die
Beschichtung abzubauen und dann ohne Beschädigung des Substrates zu entfernen.
Die Erfindung betrifft auch ein Turbinentriebwerksteil mit einer
Aluminidbeschichtung, von der zumindest ein Abschnitt durch das
oben genannte Verfahren selektiv entfernt worden ist.
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Eine
Vielzahl von Beschichtungen wird häufig verwendet, um Metallteile
zu schützen,
die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, wie z.B. aus Superlegierungen
bestehende Teile. Zum Beispiel werden Gasturbinentriebwerks-Komponenten
(und andere industrielle Teile) oft aus Superlegierungen gebildet, die
einer Vielzahl von extremen Betriebsbedingungen standhalten können. Solche
Teile werden gewöhnlich
mit einer Beschichtung versehen, um sie vor umgebungsbedingtem Abbau,
die widrigen Auswirkungen der Korrosion und Oxidation eingeschlossen,
zu schützen.
Die Beschichtungen auf den in heißen Bereichen von Gasturbinen
verwendeten Komponenten, wie Laufschaufeln, Düsen, Brennkammern, Turbinenabdeckungen
und Übergangsstücke, gehören allgemein
in eine der zwei Klassen: Diffusionsbeschichtungen und Überzugsbeschichtungen.
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Diffusionsbeschichtungen
werden typischerweise aus aluminid-artigen Legierungen, wie Nickel-Aluminiden;
einem Edelmetall-Aluminid wie Platin-Aluminid; oder einem Nickel-Platin-Aluminid gebildet. Überzugsbeschichtungen
haben ty pischerweise die Zusammensetzung MCrAl(X), wobei M ein Element
ist, das ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus Ni, Co, Fe und Kombinationen derselben, und
X ein Element ist, das ausgewählt
wurde aus der Gruppe bestehend aus Y, Ta, Si, Hf, Ti, Zr, B, C und Kombinationen
derselben. Diffusionsbeschichtungen werden durch die Abscheidung
der konstituierenden Komponenten der Beschichtung gebildet, und
durch Reaktion jener Komponenten mit Elementen aus dem darunter
liegenden Substrat, um die Beschichtung durch Hochtemperatur-Diffusion
zu bilden. Im Gegensatz dazu werden Überzugsbeschichtungen im Allgemeinen
intakt abgeschieden, ohne Reaktion mit dem darunter liegenden Substrat.
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Während des
Betriebs sind Diffusions- und Überzugsbeschichtungen
oft oxidierenden Bedingungen ausgesetzt. Zum Beispiel sind Beschichtungen
auf Turbinenströmungsflächen während des
normalen Betriebs in dem heißen
Gasstrom typischerweise der Oxidation unterworfen. Unter solchen
Bedingungen, mit Temperaturen im Bereich von etwa 525-1150°C, werden
verschiedene oxidative Produkte auf den Beschichtungen gebildet.
Zum Beispiel Aluminiumoxide und andere Metalloxide, eingeschlossen
Nickeloxid, Kobaltoxid, Chromoxid und andere Basismetalloxide, die
sich oft auf einfachen Aluminid- und Platinaluminidbeschichtungen
bilden. Aluminiumoxide, Chromoxide und verschiedene Spinelle bilden
sich oft auf den MCrAl(X)-artigen Beschichtungen.
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Wenn
die Turbinentriebwerkskomponenten überholt werden, werden die
schützenden
Beschichtungen oft entfernt, um die Inspektion und Reparatur des
darunter liegenden Substrates zu erlauben. Verschiedene Abbeiz-Zusammensetzungen
wurden verwendet, um die Beschichtungen zu entfernen. Gewöhnlich müssen die
Oxidmaterialien entfernt werden, bevor die Beschichtungen mit der
Abbeiz-Zusammensetzung behandelt werden können. Verschiedene Techniken
sind für
die Oxidentfernung verwendet worden. Zum Beispiel sind Oxidmaterialien von
den außen
liegenden Bereichen der Turbinenkomponenten oft durch Sandstrahlen
entfernt worden.
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Alternativ
wurden die Turbinenkomponenten manchmal in einer Oxidentfernungslösung behandelt,
welche eine starke Mineralsäure
oder ein starkes Ätzmittel
aufweist. Beispiele solcher Mineralsäuren sind hydrochlorige Säure, Schwefelsäure und Salpetersäure. Die Ätzmittellösung beinhaltet
gewöhnlich
Natriumhydroxid, Caliumhydroxid oder verschiedene flüssige Salze.
Manchmal werden wiederholende Behandlungen verwendet, um die Oxide
zu entfernen. Nachdem die Entfernung der Oxide beendet ist, wird
das Substrat typischerweise in eine andere Lösung eingetaucht, die geeignet
ist, um das Beschichtungsmaterial selbst zu entfernen. Nach der gegenwärtigen Praxis
werden Aluminidmaterialien vom Substrat oft durch Aussetzung gegenüber verschiedenen
Säuren
oder Kombinationen von Säuren, d.h.
hydrochloriger Säure,
Salpetersäure
und Phosphorsäure
abgebeizt.
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Mit
der Verwendung der verschiedenen, oben erwähnten, Abbeiz-Zusammensetzungen
sind einige Nachteile verbunden. Einige Abbeiz-Zusammensetzungen
entfernen nicht ausreichende Mengen des Aluminidmaterials. Andere
Zusammensetzungen, welche die Aluminide entfernen, greifen durch
das Anätzen
des Basismetalls oder die Beschädigung
des Metalls durch intergranularen oder interdendritischen (im Fall
eines Einkristall-Materials) Angriff auch das Basismetall des Substrates
an. Einige Abbeiz-Zusammensetzungen werden bei erhöhten Temperaturen
verwendet, d.h. oberhalb 75°C,
um die Reaktion und die Entfernung der Beschichtung zu beschleuni gen.
Der Betrieb bei diesen Temperaturen kann einen verstärkten Angriff
des Basismetalls fördern
und kann Materialien zur Maskierung erfordern, um die ausgewählten Abschnitte
des aus Metall bestehenden Teils d.h. die innere Oberfläche der
Strömungsfläche, zu
schützen.
Prozesse bei erhöhten Temperaturen
vergrößern auch
die Energiekosten und erfordern möglicher Weise zusätzliche
Sicherheitsvorkehrungen. Die inneren Oberflächen der Strömungsfläche werden
oft mit einem Wachs oder Plastik gefüllt, um die Oberflächen, die
kein Abbeizen erfordern, zu schützen.
Diese Materialien müssen vor
der Benutzung der Teile entfernt werden, was zusätzliche Herstellungsschritte
und Kosten hinzufügt. Weiterhin
können
die herkömmlichen
Behandlungslösungen,
die große
Mengen starker Mineralsäuren einsetzen,
eine übermäßige Menge
von gefährlichen Dämpfen emittieren,
welche durch ein Ventilations-Abgas-System entfernt werden müssen.
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Einige
Prozesse nutzen vor der Säurebehandlung
das Sandstrahlen, um die Substratoberfläche vorzubehandeln und zu aktivieren
und um nach dem Aussetzen gegenüber
der Abbeiz-Zusammensetzung, die verbliebene abgebaute Beschichtung
zu entfernen. Diese Schritte können
sehr zeitaufwändig sein
und können
das Substrat auch beschädigen
und die Lebensdauer begrenzen. Besondere Sorge kann zu tragen erforderlich
sein, um Sandstrahl-Schäden gegenüber dem
Substrat zu vermeiden, oder gegenüber irgendeiner schützenden
Beschichtung, die nicht vom Metallteil entfernt wird. Weiterhin
kann Sandstrahlen nicht allgemein verwendet werden, um Oxidmaterial
von inneren Abschnitten oder Hohlräumen in den Metallteilen zu
entfernen. Zum Beispiel wäre
das Sandstrahlen nicht geeignet für die Anwendung in inneren
Kühldurchgängen von
Hochdruckturbinenlaufschaufeln, wo die Sandpartikel die inneren Durchgänge blockieren
könnten.
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Die
GB 1 525 322 offenbart ein
Verfahren zum Abbeizen von Aluminidbeschichtungen mit einer Salpetersäurelösung bei
einer Temperatur von 10-45°C.
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Die
US 3,833,414 offenbart ein
Verfahren zur Entfernung einer Aluminidbeschichtung, das alternierende
Behandlungen in sauren und alkalischen Lösungen umfasst.
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Die
EP 1 136 593 offenbart ein
Verfahren zur Erneuerungen von Diffusionsbeschichtungen auf Superlegierungssubstraten,
einschließlich
des chemischen Abbeizens einer Aluminidbeschichtung mit einer 25%-igen
Salpetersäurelösung, welche
einen Fluoridaktivator enthält.
Es ist daher offensichtlich, dass neue Prozesse zur Entfernung von
Aluminidbeschichtungen von Metallsubstraten in diesem Tätigkeitsbereich
gefragt sind. Es wäre
wünschenswert, wenn
die Prozesse im Wesentlichen die gesamte Aluminidbeschichtung entfernten,
während
das Basismetall nicht beschädigt
wird. Weiterhin wäre
es wünschenswert,
wenn die Prozesse bei niedrigen Temperaturen ausgeführt werden
können,
um den Angriff auf das Basismetall zu minimieren oder zu eleminieren.
Es wäre
auch wünschenswert,
wenn die Prozesse die vorhergehenden Schritte, wie das Sandstrahlen
ausschließen,
so dass sie verwendet werden könnten,
um die Beschichtung von den inneren Bereichen des Metallteils effektiv
zu entfernen, ohne die inneren Durchgänge zu blockieren. Verschiedene
Aspekte und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden in den beiliegenden Ansprüchen bestimmt.
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Andere
Details, welche die verschiedenen Ausführungsformen dieser Erfindung
betreffen, werden in den beigefügten
Ansprüchen
festgelegt.
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Die
oben genannten Verfahren weisen einen Schritt der Kontaktierung
der Oberfläche
des Substrates mit mindestens einer Abbeiz-Zusammensetzung auf,
die 20% bis etwa 40%, vom Gewicht der Zusammensetzung, Salpetersäure aufweist,
bei einer Temperatur unter etwa 20°C für mindestens zwei Stunden,
um die Beschichtung ohne Beschädigung des
Substrates abzubauen.
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Innerhalb
der oben genannten Bereiche können
in dem Prozess der Erfindung verschiedene Abbeiz-Zusammensetzungen
und Prozessierungsbedingungen genutzt werden. Die Wahl einer besonderen
Zusammensetzung oder Bedingung wird von verschiedenen Faktoren abhängen, wie
dem Substrattyp, dem Typ der Aluminidbeschichtung, die vom Substrat
entfernt wird, der beabsichtigten Endnutzung des Substrates und
von der Gegenwart oder Abwesenheit von zusätzlichen Behandlungsschritten (d.h.
Vorbehandlung, Reinigungs-, Neutralisations- und/oder Abspül-Schritte).
Die Fachleute werden in der Lage sein, die angemessenen Abbeiz-Zusammensetzungen
und Prozessbedingungen für
eine gegebene Situation basierend auf der offenbarten Lehre, auszuwählen.
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Das
Substrat der vorliegenden Erfindung kann irgendein metallisches
Material oder eine Legierung, die typischerweise durch eine Aluminidbeschichtung
geschützt
ist, sein. So wie hierin verwendet bezieht sich „metallisch" auf Substrate, die
in erster Linie aus Metall oder Metalllegierungen gebildet werden,
die aber auch einige nichtmetallischen Komponenten beinhalten können. Nicht
limitierende Beispiele metallischer Materialien weisen mindestens
1 Element auf, ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Kobalt, Ni ckel, Aluminium, Chrom,
Titan und Mischungen derselben (d.h. Edelstahl).
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Oft
ist das Substrat eine hitzeresistente Legierung, d.h. ein nickel-basiertes
Material oder ein kobalt-basiertes
Material. Solche Materialien werden in verschiedenen Referenzen
beschrieben, eingeschlossen die
US-Patente
5,399,313 und
4,116,723 . Die
Art des Substrates kann weit variieren, ist aber oft in der Form
eines Strahltriebwerksteils, wie eine Strömungsflächenkomponente. In einem anderen
Beispiel, kann das Substrat der Kolbenkopf eines Dieselmotors sein,
oder jedes andere Substrat, das eine hitzeresistente oder oxidationsresistente
Beschichtung erfordert. Das Substrat kann auch in Form eines Haushaltswarenartikels
(d.h. Kochgeschirr) und anderer industrieller Apparaturen oder Ausrüstung bestehen.
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Das
metallische Material ist oft eine Superlegierung typischerweise
nickel-, kobalt- oder eisen-basiert, obwohl nickel- und kobalt-basierte
Legierungen für
Hochleistungsanwendungen bevorzugt sind. Das Basiselement, typischerweise
Nickel oder Kobalt, ist das dem Gewicht nach vorherrschende Einzelelement
in der Superlegierung. Nickel-basierte Superlegierungen beinhalten
gewöhnlich
mindestens etwa 40% Nickel und mindestens 1 Komponente ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Kobalt, Chrom, Aluminium, Wolfram, Molybdän, Titan
und Eisen. Beispiele von nickel-basierten Superlegierungen werden
gekennzeichnet durch die Handelsnamen Inconel®, Nimonic® und
René® und
beinhalten ausgerichtet erstarrte Legierungen und Einzelkristalllegierungen.
Kobalt-basierte Superlegierungen beinhalten gewöhnlich mindestens etwa 30%
Co und mindestens 1 Komponente aus der Gruppe bestehend aus Nickel,
Chrom, Aluminium, Wolfram, Mo lybdän, Titan und Eisen. Beispiele
von kobalt-basierten Superlegierungen sind gekennzeichnet durch
die Handelsnamen Haynes®, Nozzaloy®, Stellite® und
Ultimet®.
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Die
Aluminidbeschichtung auf dem Substrat kann auf der Komponente auf
einer Vielzahl von Bereichen aufgebracht werden. Im Fall eines Turbinentriebwerks
wird die Beschichtung oft auf die Brennkammereinsätzen, Brennkammerdomen,
Abdeckungen, Strömungsflächen, eingeschlossen
der Schaufeln oder Laufschaufeln, Düsen und Leitschaufeln aufgebracht.
Die Beschichtung kann auf flachen Bereichen des Substrates genauso
wie auf gewölbten oder
irregulären
Oberflächen
gefunden werden. Die Beschichtung kann auch auf Oberflächen von
inneren Hohlräumen
in dem Substrat gebildet werden, d.h. Vertiefungen, hohlen Bereichen
oder Löchern. Zum
Beispiel können
die Hohlräume
in der Form von radialen Kühllöchern oder
Serpentinendurchgängen vorliegen,
welche eine Gesamtlänge
von bis zu etwa 30 Inches (etwa 76,2 cm) in den Strömungsflächen des
Turbinentriebwerks haben. Es ist oft schwierig, die Beschichtung
von der Oberfläche
dieser Hohlräume
durch herkömmliche,
nahe liegende Prozesse, wie Sandstrahlen, Plasmaätzen, oder Laser-Abtragung,
zu entfernen.
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Die
Dicke der Beschichtung wird von einer Vielzahl von Faktoren abhängen. Diese
beinhalten die Länge
der Betriebsdauer für
die Komponente, dessen thermische Geschichte und die besondere Zusammensetzung
der Beschichtung und des Substrates. Gewöhnlich hat die Beschichtung
eine Dicke im Bereich von wenigen Micrometern bis etwa 150 μm und am
häufigsten
im Bereich von etwa 25 μm
bis etwa 75 μm.
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Die
Abbeiz-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung weist etwa 20
bis etwa 40%, typischer von etwa 25% bis etwa 30%, noch typischer von
etwa 28% bis etwa 32%, vom Gewicht der Zusammensetzung, Salpetersäure auf.
Diese relativ hohe Konzentration an Salpetersäure verursacht oft einen geringeren
Angriff auf das Basismetall als geringerere Konzentrationen an Salpetersäure. Der Ausgleich
der Abbeiz-Zusammensetzung
ist typischerweise ein geeignetes Lösungsmittel, wie Wasser, obwohl
geringere Mengen anderer Säuren
und Zusätze
wie unten beschrieben, in der Zusammensetzung enthalten sein können. Anorganische
Säuren,
wie Chlorwasserstoffsäure
und Schwefelsäure und
aliphatische und aromatische Säuren
die hier nützlich
sind, werden in dem
US-Patent 5, 976,265 , von
Sangeeta et al. offenbart.
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Die
Abbeiz-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann verschiedene
andere Zusätze
beinhalten, die einer Vielzahl von Funktionen dienen. Nicht beschränkende Beispiele
dieser Zusätze sind
Lösungsmittel,
Inhibitoren, Dispergiermittel, oberflächenaktive Stoffe (Detergentien),
chelatbildende Agentien, benetzende Agentien, Entflockungsmittel,
Stabilisatoren, Agentien zum Verhindern der Ausfällung, Oxidations-Agentien,
Reduktions-Agentien und Anti-Schaum-Agentien.
Die gewöhnlich
befähigten
Fachleute sind mit solchen Zusätzen
und den für
ihre Anwendung effektiven Gehalten vertraut.
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In
bestimmten Ausführungsformen
kann ein organisches Lösungsmittel
verwendet werden um die Aktivität
der Salpetersäure
relativ zum Substrat zu reduzieren und um deren Fähigkeit
zu benetzen zu vergrößern. (Die
chemische Wechselwirkung zwischen einer Säure und einem Lösungsmittel
aus Kohlenwasserstoff wird oft unterschieden von der Wechselwirkung
zwischen der Säure
und einem Lösungsmittel
wie Wasser.) Die Kombination aus Salpetersäure und dem organischen Lösungsmittel
kann im Wesentlichen die gesamte Aluminidbeschichtung entfernen,
ohne das Substrat negativ zu beeinträchtigen. So wie hierin verwendet
bezieht sich „Aktivität" im Allgemeinen auf
ein Maß der
Reaktivität
der Säure
gegenüber
dem Substrat und/oder der Aluminidbeschichtung, die vom Substrat
entfernt wird.
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Beispiele
organischer Lösungsmittel,
die im Allgemeinen die Anforderungen für diese Klasse von Abbeiz-Zusammensetzungen
erfüllen,
sind aliphatische Alkohole, aromatische Alkohole, chlorierte Alkohole,
Ketone, nitril-basierte Lösungsmittel,
nitrierte Kohlenwasserstofflösungsmittel,
nitrierte aromatische Lösungsmittel
sowie Nitrobenzol, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Amine und irgendwelche
Mischungen der vorgenannten. Spezifische Beispiele von aliphatischen
Alkoholen, die hierin nützlich
sind, sind Methanol, Ethanol und Isopropanol. Mischungen von Alkoholen
können
genauso verwendet werden. Spezifische Beispiele aromatischer Alkohole
sind Phenole und substituierte Phenole. Die Verwendung solcher Mischungen
kann gelegentlich in einem leichten Anätzen resultieren oder in einer
geringen Menge an Korrosion des Substrates, was typischerweise im
Wesentlichen einheitlich ist. So wie hierin verwendet bezieht sich „einheitliche
Korrosion" auf die
Entfernung einer sehr dünnen
kontinuierlichen Schicht des Substrates, gewöhnlich weniger als 2 μm in der
Dicke. Einheitliche Korrosion und leichtes Anätzen sind keine bedeutenden
Nachteile für
einige Endanwendungen des Substrates. Dies steht im Gegensatz zum
Auftreten von ernstem Anätzen
das im Substrat Löcher
ergibt, die oft eine Tiefe von mindestens etwa 25 μm, und gewöhnlich eine
Tiefe von etwa 25 μm
bis etwa 500 μm
aufweisen.
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In
einigen Ausführungsformen
beinhaltet die Abbeiz-Zusammensetzung
außerdem
ein Benetzungsmittel. Das Benetzungsmittel reduziert die Oberflächenspannung
der Zusammensetzung, wodurch ein besserer Kontakt mit dem Substrat
und der Aluminidbeschichtung ermöglicht
wird, insbesondere auf den inneren Oberflächen der Metallteile, um das Abbeizen
der Aluminidbeschichtung zu verbessern. Geeignete Benetzungsmittel
beinhalten Polyalkylenglykole, Glyzerol, Fettsäuren, Seifen, Emulsionsmittel,
und oberflächenaktive
Substanzen. Das Benetzungsmittel liegt gewöhnlich mit einem Gehalt im
Bereich von etwa 0,1% Gew.% bis etwa 5 Gew.%, basierend auf dem
Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vor.
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Inhibitoren
sowie Essigsäure
werden manchmal in der Beiz-Zusammensetzung eingesetzt, um die Aktivität der Säure in der
Zusammensetzung herabzusetzen. Die herabgesetzte Aktivität erhöht wiederum
das Potenzial für
das Anätzen
der Substratoberfläche.
Falls er eingesetzt wird, beträgt
der Gehalt des Inhibitors gewöhnlich
von etwa 1 Gew.% bis etwa 15 Gew.%, basierend auf dem Gewicht der
Abbeiz-Zusammensetzung.
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Oxidationsmittel
werden manchmal in der Abbeiz-Zusammensetzung eingesetzt, um die
Entstehung einer reduzierenden Umgebung zu vermeiden. Beispiele
beinhalten Peroxide (d.h. Wasserstoffperoxide), Chlorat, Perchlorate,
Nitrate, Permanganate, Chromate und Osmate (d.h. Osmiumtetroxid). Der
Gehalt des eingesetzten Oxidationsmittels reicht gewöhnlich von
etwa 0,01 Gew.% bis etwa 5 Gew.%, basierend auf dem Gewicht der
gesamten Abbeiz-Zusammensetzung.
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Die
Abbeiz-Zusammensetzung kann auf eine Vielzahl von Arten auf das
Substrat aufgebracht werden. In einigen Aus führungsformen wird das Substrat
entweder teilweise oder ganz in ein Bad mit der Zusammensetzung
eingetaucht. Das Eintauchen auf diese Art (in irgendeine Art von
Behälter)
erlaubt oft den größten Grad
an Kontakt zwischen der Zusammensetzung und der Beschichtung, die
gerade entfernt wird. Das Substart kann unter Verwendung eines geeigneten
Gestells (zum Beispiel eines solchen das eine Polypropylen- oder andere nicht
leitfähige Oberfläche hat),
das angehoben werden kann, um das Substart zu entfernen, nachdem
die gewünschte Eintauchzeit
erreicht ist. Die Eintauchzeit und die Badtemperatur wird von vielen
der oben beschriebenen Faktoren abhängen, wie die Art der Beschichtung,
die zu entfernen ist, und der Säure
(oder den Säuren),
die in dem Bad eingesetzt werden. Jedoch wird das Bad während das
Substrat darin eingetaucht wird typischerweise bei einer Temperatur
unter etwa 20°C
gehalten. In einigen Ausführungsformen
wird das Bad bei einer Temperatur von 0°C bis etwa 15°C, oft von
etwa 4°C
bis etwa 12°C
gehalten. Temperaturen deutlich höher als 20°C resultieren typischerweise
in einem schnelleren Entfernen der Aluminidbeschichtung und können ein übermäßiges Anätzen des
Basismetalls verursachen. Die Anwendung von geringeren Temperaturen
schützt
hierbei das Metallsubstrat und die Maskierungsmaterialien, die anwesend
sein können,
und reduziert auch die mit höher temperierten
Bädern
verbundenen Sicherheitsrisiken, wenn flüchtige Komponenten vorliegen.
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Bäder, die
Abbeiz-Zusammensetzung aufweisen, werden oft gerührt oder auf andere Weise bewegt,
während
der Prozess ausgeführt
wird, um den maximalen Kontakt zwischen der Abbeizlösung und
der Beschichtung, die gerade entfernt wird, zu erlauben. Eine Vielzahl
von bekannten Techniken kann für
diesen Zweck eingesetzt werden, wie die Verwendung von Rührern, Ultraschallrühren, magnetischem
Rühren,
Luftblasenerzeugung oder Zirkulationspumpen. Die Eintauchzeit in
das Bad wird basierend auf vielen der oben diskutierten Faktoren
variieren. Im kommerziellen Maßstab
wird die Eintauchzeit gewöhnlich
von etwa 2 Stunden bis etwa 20 Stunden insgesamt variieren, wobei
diese auf 2 oder mehr Abbeizschritte aufgeteilt sein können. In
einigen Ausführungsformen
wird die gesamte Eintauchzeit von etwa 3 bis etwa 15 Stunden, typischerweise
von etwa 4 bis etwa 10 Stunden und noch typischer von etwa 6 bis
etwa 8 Stunden dauern. Längere
Abbeiz-Dauern innerhalb der oben genannten Bereiche fördern die
komplettere Entfernung der Aluminidbeschichtung, können aber
auch einen größeren Angriff
auf das Basismetall verursachen. Daher wird die Abbeizzeit, die
Konzentration der Salpetersäure
in der Abbeiz-Zusammensetzung und die Temperatur der Abbeiz-Zusammensetzung
selektiv gewählt,
um die gewünschte
Balance zwischen der Maximierung der Entfernung der Aluminidbeschichtung
und der Minimierung des Angriffs auf das Basismetall für eine besondere
Beschichtung und ein Metallsubstrat bereitzustellen.
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Das
Ausgesetztsein gegenüber
der Abbeiz-Zusammensetzung verursacht, dass die Aluminidbeschichtung
auf der Oberfläche
des Substrates abgebaut wird. Zum Beispiel kann eine Beschichtung tiefe
Risse bekommen, ihre Unversehrtheit kann herabgesetzt werden und
ihre Anhaftung an das Substrat kann wesentlich gesenkt werden. In
einigen Ausführungsformen
kann die Oberfläche
durch den Kontakt oder durch das Eintauchen in Wasser oder eine wässrige Lösung für eine kurze
Zeit, d.h. weniger als etwa 1 Minute, abgespült werden, um die Abbeiz-Zusammensetzung
und/oder die abgebaute Beschichtung von der Oberfläche zu entfernen.
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Die
Entfernung der abgebauten Beschichtung ohne Beschädigung des
Substrates kann durch verschiedene andere im Stand der Technik bekannte Verfahren
bewerkstelligt werden. Zum Beispiel kann die abgebaute Beschichtung
durch das Abschleifen der Substratoberfläche, wie durch Verwendung eines sanften
Schleifschrittes, der die Beschädigung
des Substrates minimiert, entfernt werden. Zum Beispiel kann ein
leichtes Sandstrahlen durchgeführt
werden, indem ein Druckluftstrom, der Aluminiumoxidpartikel aufweist,
mit einem Druck von weniger als 40 psi (etwa 2,8 kgf/cm2),
typischerweise weniger als etwa 20 psi (etwa 1,4 kgf/cm2) über die
Oberfläche
gerichtet wird. Für
das Sandstrahlen können
verschiedene schleifende Partikel verwendet werden, das heißt Metalloxidpartikel
wie Aluminiumoxid, Silikonkarbid, Glaskugeln, zerbrochenes Glas,
Natriumkarbonat und gemahlene Maiskolben. Die durchschnittliche Partikelgröße ist gewöhnlich geringer
als etwa 500 μm
und typischerweise geringer als etwa 100 μm.
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Das
Sandstrahlen wird für
die Zeitdauer ausgeführt,
die erforderlich ist, um die abgebaute Beschichtung zu entfernen.
Die Dauer des Sandstrahlens in dieser Ausführungsform wird von verschiedenen
Faktoren abhängen.
Im Falle einer Aluminidbeschichtung mit einer Dicke von etwa 50 μm bis etwa 100 μm wird das
Sandstrahlen gewöhnlicher
Weise für
etwa 60 Sekunden bis etwa 120 Sekunden ausgeführt, wenn ein Luftdruck von
etwa 20 psi (etwa 1,4 kgf/cm2) bis etwa
30 psi (etwa 2,1 kgf/cm2) eingesetzt wird
und die Sandpartikel eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger
als etwa 100 μm
aufweisen.
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Andere
für das
leichte Abtragen der Oberfläche
bekannte Techniken können
anstatt des Sandstrahlens verwendet werden. Zum Beispiel kann die Oberfläche manuell
mit einem Faser-Kissen, d.h. einem Kissen mit polymeren, metallischen
oder keramischen Fasern, gerieben werden. Alternativ kann die Oberfläche mit
einem flexiblen Rad oder Band in den Aluminiumoxid oder Silikonkarbid-Partikel
einbettet worden sind, poliert werden. Flüssige Schleifmaterialien können auf
den Rädern
oder Ringen verwendet werden. Zum Beispiel können sie in einem Dampf-Honungs-Prozess
auf das Rad gesprüht
werden. Diese alternativen Techniken können gesteuert werden, um die
Kontaktstärke
gegenüber
der Substratoberfläche,
die nicht größer ist
als die bei den oben diskutierten leichten Sandstrahltechniken eingesetzte
Kraft, aufrecht zu erhalten.
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Andere
Techniken können
eingesetzt werden, um das abgebaute Material zu entfernen. Ein Beispiel
ist die Laser-Abtragung
der Oberfläche.
Alternativ kann das abgebaute Material von der Oberfläche abgeschabt
werden. In einer anderen Ausführungsform
können
Schallwellen (d.h. Ultraschallwellen), die von einem Ultralschall-Horn
stammen, gegen die Oberfläche
gerichtet werden, um Vibrationen zu verursachen, welche das abgebaute
Material loslösen.
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In
einigen Beispielen kann das abgebaute Material durch eine aggressivere
Bewegung, d.h. eine Bewegung mit größerer Kraft als die durch den Einsatz
von Ultraschalltechniken selbst erzeugte Kraft. Zum Beispiel kann
das Substrat in ein Bad eingetaucht werden, das schnell mit einem
mechanischen Rührer
(d.h. zur „allgemeinen
Bewegung") gerührt wird,
und das auch mittels Ultraschall gerührt wird (d.h. für die „lokale
Bewegung"). Die
Bewegung kann ausgeführt
werden, bis das abgebaute Material losgeschüttelt ist. Bei jeder dieser
alternativen Techniken werden die Fachleute mit den Betriebsangleichungen
vertraut sein, die gemacht werden können, um die die auf das Substart
angewandte relevante Kraft zur Minimierung des Schadens gegenüber der Substratoberfläche zu regeln.
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In
einigen Ausführungsformen
kann ein ausgedehnter Abspülschritt
angewendet werden, um die abgebaute Beschichtung zu entfernen, ohne
das Substrat zu beschädigen.
Dies kann das Kontaktieren der abgebauten Aluminidbeschichtung mit
einer wässrigen
Lösung
beinhalten, die ein Benetzungsmittel, wie die zuvor beschriebenen,
zum Beispiel ein Polyalkylenglykol wie Polyethylenglykol, aufweist. Das
Benetzungsmittel liegt gewöhnlich
mit einem Gehalt von etwa 0,1% bis etwa 5 Gew.%, basierend auf dem
Gesamtgewicht der Abspüllösung vor.
Das Abspülen
kann durch eine Vielzahl von Techniken ausgeführt werden, wird aber gewöhnlich durchgeführt, indem
das Substrat in ein bewegtes Bad einer Abspüllösung für eine Zeitdauer von etwa 1
Minute bis etwa 30 Minuten eingetaucht wird. Der ausgedehnte Spülschritt
kann Teile aus Aluminidpartikeln und Oxiden vom Substrat entfernen.
Jede verbleibende dünne
Schicht eines zusammenhängenderen Aluminidmaterials
kann in einem anderen Bewegungsschritt entfernt werden oder durch
das erneute Inkontaktbringen des Substrates mit einer Abbeiz-Zusammensetzung.
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In
anderen Ausführungsformen
kann die abgebaute Beschichtung durch den Einschluss eines Schrittes
der Kontaktierung der abgebauten Beschichtung mit einem ätzenden
Material entfernt werden. Das Ätzmittel
kann auch die Oberfläche
säubern,
irgendwelche Oxide, die infolge des Abbeizschrittes gebildet wurden,
entfernen und die Oberfläche
für irgendwelche
zusätzlichen
Prozessierungsschritte, wie einen zweiten Abbeizschritt, aktivieren. Beispiele
von Ätzmitteln
beinhalten Kaliumhydroxid (KOH), Natriumhydroxid (NaOH), Amoniumhydroxid (NH4OH), Lithiumhydroxid (LiOH), Triethylamin ((C2H5)3N;
TEA), Tetramethylammoniumhydroxid ((CH3)4NOH; TMAH) und Mischungen derselben. Die Kontaktzeit
kann von etwa 20 Minuten bis etwa 4 Stunden reichen, obwohl längere und
kürzere
Zeiten gewählt
werden können,
abhängig
von den Eigenschaften des konkreten Ätzmittels, der Beschichtung und
des Basismetalls.
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Das Ätzmittel
kann in der Form eines flüssigen
Salzes sein, gewöhnlicher
Weise liegt es aber als wässrige
Lösung
mit 10% bis 50%, typischerweise von 15% bis 30%, noch typischer
von 17% bis 25% des Ätzmittels
vom Gewicht der Zusammensetzung vor. Die Ätzmittellösung hat gewöhnlich eine Temperatur
von 60°C
bis 100°C,
typischerweise von 65°C
bis 90°C,
noch typischer von 70°C
bis 85°C.
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Die Ätzmittellösung kann
auf eine Vielzahl von Arten auf das Substrat aufgebracht werden,
aber so wie oben beschrieben wird das Substrat typischerweise in
ein Bad der Ätzmittellösung eingetaucht.
In einer Ausführungsform
wird das Substrat unter Verwendung eines geeigneten Gestells (zum
Beispiel eines mit einer Polypropylen- oder anderen nicht leitfähigen Oberfläche) in
das Bad abgesenkt, so dass es angehoben werden kann, um das Substrat,
nachdem die gewünschte
Eintauchzeit erreicht ist, zu entfernen. Die Ätzlösung wird typischerweise bewegt
während
sie mit dem Substrat in Kontakt ist. In einer Ausführungsform
ist dies Ultraschallanregung. Alternativ kann eine aggressivere
Anregung, wie oben beschrieben, angewendet werden.
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Eine Ätzmittellösung wie
oben beschrieben kann auch verwendet werden, um vorzubehandeln, zu
reinigen oder um Oxide von dem metall-basierten Substrat, vor dem
Kantakt mit der Abbeiz-Zusammensetzung, zu entfernen. In einer Ausführungsform wird
die Ätzmittellösung vor
und nach jedem Kontakt mit der Abbeiz-Zusammensetzung verwendet,
um zu reinigen oder Oxide von dem Substrat zu entfernen. Ein Spülschritt
wird dabei typischerweise zwischen den Behandlungen mit dem Ätzmittel
und dem Säurebad
bereitgestellt, um mögliche
heftige Reaktionen zwischen dem Ätzmittel
und den Säurelösungen zu vermeiden.
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Nach
der Entfernung der Beschichtung von dem Substrat kann Druckluft über das
Substrat geblasen werden, um irgendwelche verbliebenen Aluminidpartikel,
Oxide oder Schleifpartikel zu entfernen. Falls gewünscht kann
das Substrat dann mit einem geeigneten Material erneut beschichtet
werden. Zum Beispiel können
schützende
Platin-Aluminid-Beschichtungen
für Triebwerksteile
wieder auf die Oberfläche
von einem Superlegierungssubstrat aufgebracht werden.
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In
einigen Ausführungsformen
der Erfindung kann die Substratoberfläche mit zwei (oder mehr) Abbeiz-Zusammensetzungen
infolge in Kontakt gebracht werden. Die erste Zusammensetzung kann schnell
etwas von der Aluminidbeschichtung entfernen. Die zweite (oder nachfolgende)
Abbeiz-Zusammensetzung kann dann die verbleibende Aluminidbeschichtung
langsamer entfernen, mit weniger oder ohne Anätzen oder Angriff des Substrats,
mit Ausnahme des möglichen
Auftretens von gleichmäßiger Korrosion,
so wie zuvor diskutiert.
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Typischerweise
liegt jede Abbeiz-Zusammensetzung in Form eines Bades vor, in welches
das Substrat eingetaucht wird. Die Kontaktzeiten und Badtemperaturen
können,
wie zuvor beschrieben, variieren. In einer Ausführungsform wird das Substrat in
ein erstes Bad, das bei einer Temperatur im Bereich von 4°C bis 12°C gehalten
wird eingetaucht, bei einer Eintauchzeit zwischen 3 und 4 Stunden.
Nach dem Spülen
und dem Kontakt mit einer Ätzmittellösung wird
das Substrat dann, wie oben beschrieben, in ein zweites Bad eingetaucht,
das typischerweise auch bei einer Temperatur im Bereich von 4°C bis 12°C gehalten
wird, mit einer Eintauchzeit zwischen 3 und 4 Stunden. Zusätzliche
Abbeizschritte können eingesetzt
werden, sind aber oft nicht nötig.
Wie oben beschrieben kann das Substrat dann verschiedenen Schritten
unterworfen werden, um die abgebaute Beschichtung zu entfernen.
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In
einer anderen Ausführungsform
weist die Erfindung ein Verfahren zur selektiven Entfernung einer
Aluminidbeschichtung von mindestens einer innen liegenden Oberfläche eines
metall-basierten Substrates auf, das die folgenden Schritte aufweist:
- (a) Kontaktierung der Oberfläche des
Substrates mit einer wässrigen
Lösung,
wobei die Lösung
zu 10% bis 50% ihres Gewichtes ein Ätzmittel aufweist, bei einer
Temperatur von 60°C
bis 100°C für 1 bis
4 Stunden;
- (b) Kontaktierung der Oberfläche
des Substrates mit mindestens einer Abbeiz-Zusammensetzung, die
20% bis 40%, vom Gewicht der Zusammensetzung, Salpetersäure aufweist,
bei einer Temperatur unter 20°C
für mindestens
2 Stunden, um die Beschichtung ohne Beschädigung des Substrats abzubauen;
- (c) Kontaktierung der Oberfläche
des Substrates mit einer wässrigen
Lösung,
wobei die Lösung
zu 10% bis 50% ihres Gewichtes ein Ätzmittel aufweist, bei einer
Temperatur von 60°C
bis 100°C für 20 Minuten
bis 2 Stunden;
- (d) Kontaktierung der Oberfläche
des Substrates mit mindestens einer Abbeiz-Zusammensetzung, die
20% bis 40%, vom Gewicht der Zusammensetzung, Salpetersäure aufweist,
bei einer Temperatur unter 20°C
für mindestens
2 Stunden, um die Beschichtung ohne Beschädigung des Substrats abzubauen;
- (e) Kontaktierung der Oberfläche
des Substrates mit einer wässrigen
Lösung,
wobei die Lösung
zu 10% bis 50% ihres Gewichtes ein Ätzmittel aufweist, bei einer
Temperatur von 60°C
bis 100°C für 1 bis
4 Stunden, um die Beschichtung ohne Beschädigung des Substrats abzubauen.
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In
einer Ausführungsform
wird die Ätzmittellösung durch
Ultraschall angeregt während
sie mit dem Substrat in Kontakt ist. Die Ätzmittellösung weist typischerweise 15%
bis 30%, noch typischer von 17% bis 25%, vom Gewicht der Zusammensetzung, eines Ätzmittels
wie Kaliumhydroxid auf. Die Temperatur des Ätzmittels ist gewöhnlich von
65°C bis 90°C, typischerweise
von 70°C
bis 85°C.
In einer Ausführungsform
kontaktiert die Ätzmittellösung das Substrat
für eine
Zeit, die in jedem der Schritte (a) und (e) von 1,5 bis 2,5 Stunden
dauert, und von 20 Minuten bis zu 1 Stunde, typischerweise von 25
bis 35 Minuten in Schritt (c).
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In
einer anderen Ausführungsform
wird das Verfahren der Erfindung verwendet, um die Aluminidbeschichtung
von innen liegenden Schaft- und Fuß-Oberflächen einer Hochdruckturbinenlaufschaufel
zu entfernen. Der Schaft-Abschnitt der Turbinenlaufschaufel ist
typischerweise ein hoch belasteter Bereich, dessen Oberflächen oft
unterhalb der Übergangstemperatur
duktil-nach-brüchig
der Aluminidbeschichtung arbeiten. Dies macht die Aluminidbeschichtung
noch anfälliger
für die
Bildung von feinen Rissen in der Beschichtung, die sich bis zum
Substrat ausbreiten können
und zu einer metallischen Ermüdung
und zum Ausfall der Laufschaufel führen können. In einem Aspekt der Erfindung
wird die Aluminidbeschichtung von den innen liegenden Schaft-Oberflächen komplett
entfernt, aber nicht von den inneren und äußeren Oberflächen der
Strömungsfläche, wo
die schützende
Beschichtung erwünscht
ist. Das kann erreicht werden durch das Eintauchen der Turbinenlaufschaufel
in der Abbeiz-Zusammensetzung nur bis zu der gewünschten Stufe des Schaft-Abschnitts
der Laufschaufel. Dies vermeidet die Notwendigkeit zur Maskierung
des Strömungsflächenabschnitts
der Laufschaufel, wo die Aluminidbeschichtung erwünscht ist.
Da die Abbeiz-Zusammensetzung bei relativ niedrigen Temperaturen
verwendet wird, werden keine Säuredämpfe produziert,
welche die unmaskierten Bereiche der innen liegenden und außen liegenden
Oberflächen
der Strömungsfläche angreifen
können,
wenn nicht Mischungen von Chlorwasserstoffsäure und Salpetersäure verwendet
werden, die typischerweise erwärmt werden,
um die Abbeizrate zu erhöhen.
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Nach
einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Turbinentriebwerksteil
mit einem metall-basierten Substrat und einer Aluminidbeschichtung
auf mindestens einer Oberfläche
derselben, wobei mindestens ein Abschnitt dieser Beschichtung selektiv von
mindestens einer Oberfläche
des Substrates entfernt worden ist durch eine Methode, welche die
folgenden Schritte aufweist:
- (a) Kontaktierung
der Oberfläche
des Substrates mit mindestens einer Abbeiz-Zusammensetzung, die
von 20% bis 40%, vom Gewicht der Zusammensetzung, Salpetersäure aufweist
bei einer Temperatur weniger als 20°C für mindestens 2 Stunden, um
die Beschichtung ohne Beschädigung
des Substrates abzubauen; und
- (b) Entfernung der abgebauten Beschichtung ohne Beschädigung des
Substrates.
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In
einigen Ausführungsformen
ist zumindest ein Abschnitt der Aluminidbeschichtung selektiv von mindestens
einer Oberfläche
des Substrates entfernt worden, unter Verwendung der oben genannten
Methode und, wie oben beschrieben, unter Auswahl verschiedener Abbeiz-Zusammensetzungen, Ätzmittel und
Prozessbedingungen.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren
gerichtet zur Ersetzung einer abgenutzten oder beschädigten Aluminidbeschichtung
auf mindestens einer Oberfläche
eines metall-basierten Substrates, das die folgenden Schritte aufweist:
- (i) Selektive Entfernung der Aluminidbeschichtung
von der Oberfläche
des Substrates durch (a) Kontaktierung der Oberfläche des
Substrates mit mindestens einer Abbeiz-Zusammensetzung, die von 20% bis zu
40%, vom Gewicht der Zusammensetzung, Salpetersäure aufweist, bei einer Temperatur
von weniger als 20°C
für mindestens 2
Stunden, um die Beschichtung ohne Beschädigung des Substrates abzubauen; und
(b) Entfernung der abgebauten Beschichtung ohne Beschädigung des
Substrates; und
- (ii) Aufbringung einer neuen Alumnidbeschichtung auf die Oberfläche des
Substrates.
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Techniken
zur Aufbringung einer neuen Aluminidbeschichtung sind aus dem Stand
der Technik bekannt. Zum Beispiel können für die Abscheidung von Überzugsbeschichtungen
verschiedene thermische Sprühtechniken
angewandt werden. Die Beispiele beinhalten das Vakuumplasmasprühen (VPS), Luftplasmasprühen (APS)
und Hochgeschwindigkeits-Oxi-Brennstoff
(HVOF). Andere Abscheidungstechniken können auch verwendet werden,
so wie das Spottern und die Physikalische Dampfabscheidung (PVD),
d.h. Physikalische Dampfabscheidung mittels Elektronenstrahl (EB-PVD).
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Für die Aufbringung
von Diffusionsbeschichtungen, d.h. Edelmetall-Aluminidbeschichtungen
wie Platin-Aluminide oder Palladium-Aluminide sind verschiedene
Techniken bekannt. Zum Beispiel kann im Fall der Platin-Aluminide
das Platin unter Verwendung von P-Salz, Q-Salz oder anderen geeigneten Platin-Elektroplattierungslösungen anfänglich auf dem
Substrat elektroplattiert werden. In einem zweiten Schritt wird
die Platinschicht mit Aluminiumdampf diffusionsbehandelt, um die
Platin-Aluminidbeschichtung zu bilden.
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Die
folgenden Beispiele illustrieren einige Ausführungsformen dieser Erfindung,
sollten aber nicht dahin gehend verzerrt werden, um für den Schutzumfang
der Erfindung in irgendeiner Art eine Begrenzung darzustellen. In
den Beispielen war jede Probeschaufel eine Hochdruckturbinenlaufschaufel, die
für einige
Zeit in einem kommerziellen Gasturbinentriebwerk verwendet worden
ist. Die Turbinenlaufschaufeln bestanden aus einer nickel-basierten Einzelkristall-Superlegierung,
gekennzeichnet durch den Handelsnamen René® N5.
Die Turbinenlaufschaufeln wurden extern mit einer Platin-Aluminid-Bindemittel-Beschichtung
und einer oberen EB-PVD Ytriumoxid-stabilisierten Zirkoniumoxid-Wärmedämmbeschichtung beschichtet.
Die inneren Oberflächen
der Turbinenlaufschaufeln wurden mit einer einfachen Aluminidbeschichtung
beschichtet.
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Beispiel 1
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Eine
Probelaufschaufel wurde gemäß einem Prozess,
der mehrere Schritte beinhaltete, behandelt. Zuerst wurde die Wärmedämmbeschichtung
auf aggressive Weise durch Sandstrahlen mit Aluminiumoxid entfernt.
Die Laufschaufel wurde dann injiziert mit dem kommerziellen säureresistenten
Plastisol®-Harz
um die Kühllöcher und
die innen liegenden Durchgänge
vor chemischen Abbeizlösung
zu schützen.
Die Laufschaufel wurde dann in ein Bad eingetaucht, das aus einer
50:50 (dem Gewicht nach) Mischung von Salpetersäure und Phosphorsäure bestand.
Das Bad wurde bei einer Temperatur von etwa 170-190°F (etwa 77-88°C) gehalten.
Nach etwa 2 bis 4 Stunden wurde die Laufschaufel entfernt und in
kaltem Leitungswasser gespült.
Das Plastisol®-Harz wurde
von den innen liegenden Oberflächen
entfernt, indem die Laufschaufel für 1 Stunde einer Temperatur
von etwa 1100°F
(etwa 593°C)
in einem Warmluftofen ausgesetzt wurde. Die außen liegende Oberfläche der
Laufschaufel wurde dann mit 220-Mesh
Aluminiumoxidpartikeln bei einem Druck von etwa 20-30 psi (etwa
1,4-2,1 kgf/cm2) leicht sandgestrahlt. Der obige
Prozess entfernte die Aluminidbeschichtung von den außen liegenden
Oberflächen
der Laufschaufel nicht aber von den innen liegenden Oberflächen.
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Beispiel 2
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Eine
Probelaufschaufel wurde unter Anwendung eines Prozesses der Erfindung
behandelt, um die Aluminidbeschichtung von einem Abschnitt von deren
innen liegenden Oberflächen
ohne Beschädigung
der außen
liegenden Platin-Aluminid-Bindeschicht
zu entfernen. Der Prozess beinhaltete die Vorbehandlung und Aktivierung
der abzubeizenden Oberfläche,
gefolgt vom Eintauchen des Teils in einer kalten Salpetersäurelösung, um
die Beschichtung abzubauen, und dann das Eintauchen in eine heiße Kaliumhydroxidlösung, um
die abgebaute Beschichtung zu entfernen. Zuerst wurde die Fußplatte
vom hinteren Rand des Kühlkreislaufes
der Leitschaufel durch Abschleifen entfernt, um einen besseren Zugang
zu den innen liegenden Kühldurchgänge der Laufschaufel
bereitzustellen. Die Oberflächen
der Laufschaufel wurden dann vorbehandelt und durch das Eintauchen
in ein wässriges
Bad, das etwa 15% bis etwa 20% KOH (vom Gewicht) aufwies, aktiviert, und
wurde für
2 Stunden bei 160-180°F
(71-82°C) und
Ultraschallanregung gehalten. Nach dem Spülen in entionisiertem Wasser
wurden Fuß und
Schaft der Laufschaufel in eine Lösung eingetaucht, die 30% (vom
Gewicht) Salpetersäure
und etwa 0,3% (vom Gewicht) Aktivol® 1658
Benetzungsmittel aufwies, und für
3,5 Stunden bei 45-55°F
(etwa 7-13°C)
gehalten, um die Beschichtung ohne Beschädigung des Substrates abzubauen.
Nach dem Spülen
in entionisiertem Wasser wurde die Laufschaufel für zusätzliche
25-35 Minuten unter Ultraschallanregung in ein KOH-Bad zurück gebracht,
um die abgebaute Beschichtung zu entfernen und um die Oberfläche zu reaktivieren.
Fuß und
Schaft der Laufschaufel wurden er neut für 3,5 Stunden eingetaucht in
eine kalte Lösung
aus Salpetersäure,
um die verbleibende Beschichtung abzubauen, ohne das Substrat zu
beschädigen.
Nach dem Spülen
in entionisiertem Wasser wurde die Laufschaufel unter Ultraschallanregung
zurückgegeben
für 2 Stunden
in das KOH-Bad, um die abgebaute Beschichtung zu entfernen.
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Der
obige Prozess entfernte die Aluminidbeschichtung komplett von den
innen liegenden und außen
liegenden Oberflächen
der Fuß-
und Schaft-Abschnitte der Laufschaufel mit einem zu vernachlässigenden
Effekt gegenüber
dem Basismetall und gegenüber
der Aluminidbeschichtung auf den innen liegenden und außen liegenden
Abschnitten des Strömungsflächenabschnitts
der Laufschaufel. Im Gegensatz zu Beispiel 1 vermeidet dieser Prozess
das Erfordernis der Maskierung der innen liegenden Hohlräume der
Laufschaufel um zu verhindern, dass diese durch Sandstrahlpartikel
blockiert werden und auch um die Anwendung eines Hochtemperatur-Abbeizschrittes,
der das Basismetall angreifen kann und Säuredämpfe verursachen kann, zu vermeiden. Die
Prozessabfolge der alternierenden Zyklen der Aussetzung gegenüber dem
heißen
KOH, dem Spülen,
der kalten Salpetersäure,
dem Spülen
und dem heißen
KOH kann einige Male wiederholt werden, um die komplette Entfernung
der Aluminidbeschichtung von den Fuß- und Schaft-Abschnitten der
Laufschaufel sicherzustellen.
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Beispiel 3
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Eine
Probelaufschaufel wurde unter Verwendung eines anderen Prozesses
der Erfindung behandelt, um die Aluminidbeschichtung von einem Abschnitt
ihrer innen liegenden Oberflächen
ohne Beschädigung
der außen
liegenden Platin- Aluminid-Bindeschicht
zu entfernen. Der Prozess beinhaltet das Eintauchen des Teiles in
eine kalte Salpetersäurelösung, um
die Beschichtung abzubauen und dann das Eintauchen in einer heißen Kaliumhydroxidlösung, um
die abgebaute Beschichtung zu entfernen. Zuerst wurde die Fuß-Platte
vom hinteren Rand des Kühlkreislaufes
der Laufschaufel durch Schleifen entfernt, um einen besseren Zugang
zu den innen liegenden Kühldurchgänge der
Laufschaufel zu schaffen. Fuß und
Schaft der Laufschaufel wurden in eine Lösung eingetaucht, die 30% Salpetersäure (vom Gewicht)
und etwa 0,3% (vom Gewicht) Activol® 1658 Benetzungsmittel
aufwies, und für
5 Stunden bei 35-40°F
(etwa 2-4°C)
gehalten, um die Beschichtung ohne Beschädigung des Substrates abzubauen. Nach
dem Spülen
im Leitungswasser wurde die Laufschaufel in eine wässrige Lösung eingetaucht,
die etwa 15%-25% KOH (vom Gewicht) aufwies, und für 2 Stunden
unter Ultraschallanregung bei 160-180°F (71°-82°C) gehalten, um die abgebaute
Beschichtung zu entfernen.
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Der
obige Prozess entfernte auch komplett die Aluminidbeschichtung von
den innen liegenden und außen
liegenden Oberflächen
der Fuß-
und Schaft-Abschnitte der Laufschaufel, mit einem zu vernachlässigenden
Effekt gegenüber
dem Basismetall und der Aluminidbeschichtung auf den innen liegenden
und außen
liegenden Oberflächen
des Strömungsflächenabschnitts
der Laufschaufel. Diese Ergebnisse wurden erhalten, obwohl der Prozess
nicht die Anwendung des in Beispiel 2 angewendeten KOH-Vorbehandlungsschrittes
beinhaltete und die Salpetersäurelösung bei
einer geringeren Temperatur gehalten wurde.