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Die
Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Entfernung einer
Metallbeschichtung, die auf mindestens einer Oberfläche des
Trägersubstrates einer
Strömungsfläche, wie
einer Turbinen(bläser)schaufel,
angebracht ist, durch die Behandlung der Beschichtung mit einem
chemischen Ätzmittel. Die
vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Entfernung
einer Titanbeschichtung, die auf oder entlang dem vorderen Rand
eines Trägersubstrates
einer Strömungsfläche, wie
einer Laufschaufel auf einem nicht metallischen faserverstärkten Harzsubstrat
durch Behandlung der Titanbeschichtung mit einem chemischen Ätzmittel,
das Fluorwasserstoffsäure
aufweist.
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Für Hochleistungsluftfahrzeuge,
die bei Unterschall-Geschwindigkeiten betrieben werden, werden allgemein
Turbobläsertriebwerke
mit großem Nebenstromverhältnis eingesetzt.
Große
Bläser
werden typischer Weise in solchen Triebwerken vorne platziert und
dienen der Erzeugung von größerem Schub
und reduziertem Brennstoffverbrauch. Um das Gewicht des Triebwerks
bei gleichzeitiger Leistungsoptimierung zu minimieren, wird es oft
bevorzugt, eine maximale Anzahl von Bläserschaufeln mit einer festgelegten
Anordnung am unteren Teil der Laufschaufel einzubauen (das heißt die Laufschaufel
ist mit einem Schwalbenschwanz in eine Nabe eingepasst). Die Gewichtsreduktion
kann bei Triebwerken mit hohem Nebenstromverhältnis durch die Verwendung
von Bläserschaufeln
aus Verbundwerkstoff erreicht werden, die aus starken aber leichtgewichtigen Materialien
sowie Aluminium und aus kohlefaserverstärkten Harzen gebildet werden.
Die Verwendung dieser Verbundmaterialien gewährt auch Erleichterungen bei
der Herstellung von relativ komplexen Konturen der Schaufel.
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Schaufeln
aus Verbundwerkstoffen sind anfällig
gegenüber
der Beschädigung
durch Fremdobjekte. Viele Arten von Fremdobjekten können in
den Einlass eines Gasturbinentriebwerks eines Luftfahrzeuges hineingerissen
werden, das reicht von großen
Vögeln,
wie Seemöwen, über Hagelkörner, Sand und
Regen. Kleinere Objekte können
das Material der Laufschaufel verschleißen und die Leistungsfähigkeit
des Verdichters herabsetzten. Der Aufprall größerer Objekte kann die Laufschaufeln
zerreißen oder
durchbohren, wobei Abschnitte der zerschlagenen Laufschaufel losgerissen
werden und erhebliche Sekundärschäden an den
stromabwärts
gelegenen Laufschaufel oder anderen Triebwerkskomponenten verursachen.
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Die
Verletzlichkeit der Laufschaufeln aus Verbundwerkstoffen gegenüber Fremdobjekt-Schäden beruht
auf zwei Faktoren. Erstens auf dem für das Substrat der Laufschaufel
verwendeten Material mit Leichtgewichts-Matrix, wie Polymerharze
oder Aluminium, die der Zersetzung unterliegen. Zweitens, falls
Filamente von großer
Stärke
verwendet werden, können
diese Materialien im Vergleich zu Metallen und Metalllegierungen,
wie Titan relativ spröde
sein. Um den Leichtgewichtsvorteil von Verbundmaterialien mit dem
Schutz durch Metall zu kombinieren, wurden Hybridturbinenbläserschaufeln hergestellt,
welche ein Trägersubstrat
aus Verbundwerkstoff mit der Form einer Strömungsfläche aufweisen, die durch eine
Oberflächenmetallbeschichtung,
so wie eine Titanbeschichtung, bedeckt ist. Typischer Weise haben
nur die Schaufelspitzenkante und die Abschnitte der Anströmkante und
der Abströmkante
eine derartige Oberflächenmetallbeschichtung,
die gewöhnlich
durch einen geeigneten Kleber mit dem Trägersubstrat aus Verbundwerkstoff verbunden
oder verklebt wird. Diese weniger spröde Metallbeschichtung sorgt
für den
Schutz der Ränder der
Turbinenbläserschaufeln,
besonders im Hinblick auf den vorderen Rand der Laufschaufel, gegenüber der
Beschädigung
oder dem Verschleiß durch
fremde Objekte.
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Selbst
diese an die Ränder
der Turbinenbläserschaufel
angeheftete Metallbeschichtung kann durch fremde Objekte verbeult
und beschädigt
werden, so dass eine Reparatur oder ein Austausch erforderlich ist.
Das frühere
Verfahren zur Entfernung solcher Metallbeschichtungen von der Anströmkante und
der Abströmkante
fand durch mechanische Entfernung unter Verwendung eines Werkzeuges
statt, das die Beschichtung greifen konnte. Die durch das Werkzeug
gegriffene Beschichtung wurde dann von dem Substrat, an dem es anhaftete,
weggestemmt und abgeschält.
Unglücklicherweise
kann die Metallbeschichtung, während
sie abgeschält
wird, das darunter liegende Trägersubstrat
aus Verbundwerkstoff ablösen
oder auf andere Weise beschädigen.
Das ist besonders dort der Fall, wo die Metallbeschichtung an dem
Trägersubstrat
aus Verbundwerkstoff an oder entlang einer Kante, (d.h. der Anströmkante)
haftet, die eine Serie untereinander verbundener Bögen aufweist.
Zusätzlich
können
während
des Ablösens
jene Metallbeschichtungen, die relativ stark und wenig verformbar
sind, reißen
(eher als dass sie sich verbiegen), was die Entfernung der Beschichtung schwerer
macht. Das Zerreißen
der Metallbeschichtung tritt ebenfalls eher auf, wenn die Beschichtung
in der Dicke in Richtung des Inneren der freiliegenden Laufschaufeloberfläche (typischerweise
relativ dünn) zum
Außenumfang
der Ränder
(typischer Weise relativ dick) hin variiert.
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Dementsprechend
wäre es
wünschenswert, in
der Lage zu sein, die verbeulte oder beschädigte Metallbeschichtung an
dem oder entlang des Randes einer Bläserschaufel oder einer anderen
Strömungsfläche ohne
Ablösung
oder eine andersartige Beschädigung
des darunter liegenden Verbundwerkstoff-Trägersubs trats zu entfernen,
sogar auch dann, wenn der Rand eine zusammenhängende Serie Bögen aufweist
und/oder wenn die Metallbeschichtung relativ stark und wenig verformbar
ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung einer
auf einer Strömungsfläche, wie
einer Laufschaufel, angebrachten Metallbeschichtung wobei die Strömungsfläche ein
Trägersubstrat
aufweist und wobei zumindest ein Abschnitt der Beschichtung auf
mindestens einer Oberfläche des
Trägersubstrates
der Strömungsfläche angebracht
ist. Das Verfahren weist den Schritt der Behandlung der Beschichtung
mit einem chemischen Ätzmittel
des Metalls auf, aus dem die Beschichtung besteht, für die Zeitdauer,
die ausreicht, um zumindest einen Abschnitt der auf mindestens einer
Oberfläche
des Trägersubstrates
anhaftenden Beschichtung zu entfernen. Das Trägersubstrat besteht aus einem
Material, das gegenüber
dem Ätzmittel
chemisch resistent ist.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung schafft gegenüber den
früheren
mechanischen Verfahren zur Entfernung solcher Metallbeschichtungen, die
auf dem Trägersubstrat
einer Strömungsfläche, insbesondere
einer Laufschaufel, anhaften, eine Reihe signifikanter Vorteile.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung reduziert oder beseitigt
die Beschädigung,
die durch das Wegstemmen oder Ablösen der Beschichtung vom Trägersubstrat
unter Verwendung mechanischer Werkzeuge verursacht werden kann.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist besonders vorteilhaft,
wo die zu entfernende Metallbeschichtung relativ stark oder wenig
verformbar ist. Es ist auch vorteilhaft, wo die Metallbeschichtung auf
dem Trägersubstrat
an oder entlang einer Kante (d.h., der Anströmkante) aus einer zusammenhängenden
Serie von Bögen
aufgebracht wurde und/oder wo die Metallbeschichtung in der Dicke
ausgehend vom Inneren der freiliegenden Strömungsfläche oder der Laufschaufeloberfläche (d.h.,
relativ dünn)
bis zum Kantenaußenumfang
(d.h., relativ dick).
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Die
Erfindung wird nun detaillierter beschrieben mit Hilfe eines Beispiels
und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in welchen:
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1 zeigt
eine konvexe Oberfläche
oder „Saug"-Seite einer repräsentativen
Bläserschaufel
eines Gasturbinentriebwerks, für
die das Verfahren der vorliegenden Erfindung zweckmäßig ist.
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2 zeigt
die konkave Oberfläche
oder „Druck"-Seite der Schaufel
aus 1.
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3 ist
ein Querschnitt einer Teilansicht entlang der Linie 3-3 aus 1.
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Hinsichtlich
der Zeichnungen, zeigen die 1 und 2 verschiedene
Seiten einer repräsentativen
Bläserschaufel
eines Gasturbinentriebwerks, allgemein mit 10 bezeichnet,
für die
das Verfahren der vorliegenden Erfindung nützlich sein kann. Während die
Beschreibung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme
auf eine Bläserschaufel
erfolgt, sollte klar sein, dass das Verfahren auch auf andere Strömungsflächen, eingeschlossen
Leitschaufeln, Propeller, Rotor-Flügel (d.h.,
für Helikopter),
sowie andere Typen von anderen Schaufeln, die eine an einem Trägersubstrat
anhaftende Metallbeschichtung aufweisen angewendet werden kann. 1 zeigt
eine konvex gewölbte
Oberfläche der
Schaufel 10 (auch als „Saug"-Seite der Laufschaufel bezeichnet),
allgemein mit 14 bezeichnet, während 2 die konkav
gewölbte
Oberfläche der Schaufel 10 zeigt
(auch bezeichnet als die „Druck"-Seite der Schaufel
bezeichnet), allgemein mit 18 bezeichnet. Die Schaufel 10 hat
auch eine mit 22 bezeichneten Anströmkante, eine mit 26 bezeichneten
Abströmkante,
einen Außenrand,
eine allgemein mit 30 bezeichneten Spitzenkante und einen
mit 34 bezeichneten Schaufelfuß.
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Der
Trägersubstratabschnitt
der Schaufel 10 wird allgemein mit 38 bezeichnet.
Das Trägersubstrat 38 kann
entweder aus metallischen (d.h., Aluminium) oder nicht metallischen
Materialien (d.h., eine Harzfaser-Matrix) bestehen, die typischerweise
relativ leichtgewichtig und relativ leicht in die gewünschte Konfiguration
oder Form der Schaufel form- oder schmelzbar ist. Typischer Weise
besteht das Substrat 38 aus Verbundmaterial (d.h., zwei
oder mehr miteinander kombinierten Materialien), die gewöhnlich eine
Verstärkung
wie Bänder,
Fasern oder Partikel enthalten, die in einem Bindemittel oder einem
Matrixmaterial (d.h., Harz) eingebettet sind. Viele Verbundwerkstoffe
können
im Trägersubstrat 38 verwendet
werden, sowohl metallische als auch nicht metallische Verbundwerkstoffe
eingeschlossen. Als Substrat 38 zweckmäßige Verbundwerkstoffe sind
typischerweise nicht metallischer Art und können aus einem Material bestehen,
das eine Faser, wie eine Kohlenstoff-, Silikondioxid-, Metall-,
Metalloxyd- oder Keramik-Faser, enthält, die eingebettet ist in
ein Harzmaterial so wie ein Epoxy, PMR15, BMI, PEEK, etc. oder ein
in einheitlicher Richtung ausgerichtetes Bandmaterial in einer Epoxyharz-Matrix.
Fasern (oder Bänder)
können
mit einem Harz imprägniert werden,
in die passende Form der Laufschaufel geformt werden, um dann durch
einen Autoklavprozess gehärtet
zu werden, oder durch Press-Schmelzen zu einem leichtgewichtigen,
steifen, relativ homogenen Trägersubstrat 38 geformt
werden.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt wird die allgemein
mit 42, 46 und 50 bezeichnete Metallbeschichtung
an dem Trägersubstrat 38 typischerweise unter
Verwendung eines entsprechenden Klebers (d.h., Epoxy-Kleber) angeklebt
oder angeheftet. Die Beschichtung 42 wird gezeigt, so wie
sie auf oder entlang der Anströmkante 22 positioniert
ist. Die Beschichtung 46 wird gezeigt so wie sie auf oder
entlang des Abschnitts der hinteren, an den Stumpf 34 angrenzenden,
Abströmkante 26 positioniert
ist. Die Beschichtung 50 ist gezeigt wie sie auf oder entlang der
Spitzenkante 30 positioniert ist, genauso wie ein an die
Spitzenkante 30 angrenzender Abschnitt der Anströmkante 26.
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Die
Metallbeschichtung kann eine Vielzahl von Metallen (oder Metalllegierungen)
aufweisen, einschließlich
Titan, Stahl, Nickel, Wolfram und Legierungen derselben. Diese Metallbeschichtung
kann so hergestellt werden, dass sie sich präzise an die gewünschten
Störmungsflächenkonturen
der Schaufel 10 anpasst oder kann als geformte Blech-Elemente
ausgebildet werden. Die Zusammensetzung der Beschichtung kann auch
variieren, abhängig
davon, wo sie auf. der Schaufel 10 abgeschieden wird. Zum Beispiel
sollte die Beschichtung 42, die auf oder entlang der Anströmkante 22 typischerweise
stärker sein
und kann aus einem relativ starken Metall oder einer Metalllegierung,
so wie Titan-6-4 (einer Legierung aus Titan mit Aluminium und Vanadium),
bestehen. Im Gegensatz dazu braucht die Beschichtung 46,
die auf oder entlang der Abströmkante 26,
genauso wie die Beschichtung 50, die auf oder entlang der Spitzenkante 30 positioniert
sind, nicht so stark sein oder kann aus einem weniger starken Metall
oder einer Metalllegierung, so wie das kommerzielle reine Titan,
bestehen.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung weist den Schritt der Behandlung
einer oder mehrerer der Metallbeschichtungen 42, 46 und 50 der Schaufel 10 mit
einem chemischen Ätzmittel
für das Metall
auf, aus dem die Beschichtung besteht. Chemische Ätzmittel
wurden früher
verwendet, um Material von den Oberflächen von losen einzelnen Strömungsfläche oder
Laufschaufeln gleichmäßig zu entfernen,
insbesondere die dünne
oxidierte Schicht oder „Alpha-Schicht", die während dem
Schmieden der aus Titanmetall bestehenden Schaufeln oder Laufschaufeln
auftreten kann. Siehe US-Patent 4,563,239 (Adinolfi et al.), erteilt
am 7. Januar 1986, das ein Verfahren zum chemischen Fräsen von
losen einzelnen Schaufeln oder Flügeln unter Verwendung eines
sich bewegenden Behälters,
sowie einem rotierenden Fass, offenbart. Jedoch wurden chemische Ätzmittel
für die
Verwendung zur Entfernung von Metallbeschichtungen, die auf mindestens
einer Oberfläche
eines Trägersubstrates
einer Laufschaufel angebracht sind, bislang nicht offenbart.
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Die
in dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendeten chemischen Ätzmittel
werden gewöhnlich
von dem Metall (oder der Metalllegierung) abhängen, aus denen die Metallbeschichtung besteht,
wie zum Beispiel Titan, Stahl, Nickel, Wolfram und Legierungen derselben.
Typischer Weise werden die chemischen Ätzmittel in einer wässrigen Ätzmittellösung verwendet,
die zumindest eine starke Säure
wie Fluorwasserstoffsäure,
Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure und
Mischungen derselben aufweisen. Zum Beispiel umfassen chemische Ätzmittel,
die zur Verwendung für
Beschichtungen aus Titan geeignet sind, wässrige Lösungen, die Fluorwasserstoffsäure und
Mischungen aus Fluorwasserstoffsäure
und Salpetersäure,
wie zum Beispiel, von etwa 8 bis etwa 16 % (vom Volumen) konzentrierte
Salpetersäure
und von etwa 3 bis etwa 10 % konzentrierte Fluorwasserstoffsäure aufweisen,
einschließlich
der Hinzugabe eines kommerziellen Benetzungsmittels, soweit erforderlich,
wie Orvus WA (Procter & Gamble
Co., Cincinnati, Ohio USA). Siehe zum Beispiel US Patent 4,563,239
(Adinolfi et al.), erteilt am 7. Januar 1986 (insbesondere Spalte
2, Zeile 67 bis Spalte 3, Zeile 7) die hiermit durch Bezugnahme
aufgenommen wird. Chemische Ätzmittel,
die geeignet sind für
die Verwendung bei Beschichtungen, die aus Legierungen mit einem
hohen Wolframanteil bestehen, beinhalten wässrige Lösungen, die Mischungen aus
Fluorwasserstoffsäure und
Salpetersäure
aufweisen, so wie zum Beispiel von etwa 40 bis etwa 60 % (vom Volumen)
konzentrierter Salpetersäure,
von etwa 0,6 bis etwa 0,8 % konzentrierter Fluorwasserstoffsäure und
von etwa 30 bis etwa 70 % Wasser, das auch mindestens etwa 0,008
Mol/l Kupfersulfat und von etwa 0,0016 bis etwa 0,025 Mol/l Eisenchlorid
enthält.
Siehe zum Beispiel US Patent 4,353,780 (Fishter at al.) erteilt
am 12. Oktober 1982 (insbesondere Spalte 1, Zeilen 50-58) die hiermit
durch Bezugnahme aufgenommen wird. Chemische Ätzmittel, die für die Verwendung
für Beschichtungen
aus Nickel-basierten Legierungen geeignet sind, beinhalten wässrige Lösungen,
die Mischungen aus Salpetersäure
und Fluorwasserstoffsäure
aufweisen, so wie zum Beispiel von etwa 40 bis etwa 60 % (vom Volumen)
konzentrierter Salpetersäure,
von etwa 5 bis etwa 20 % Fluorwasserstoffsäure, wobei der Restgehalt der
Lösung
ist Wasser, einschließlich
von etwa 0,008 bis etwa 0,025 Mol/l an Eisenchlorid und mindestens
etwa 0,016 Mol/l Kupfersulfat. Siehe z.B. US Patent 4,411,730 (Fishter
at al.), erteilt am 25. Oktober 1983 (insbesondere Spalte 2, Zeilen
40-51) die hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Chemische Ätzmittel,
die für
die Verwendung für
Beschichtungen geeignet sind, die aus IN-100 Nickel-basierten Legierungen
bestehen, beinhalten wässrige
Lösungen,
die Mischungen aufweisen aus Fluor wasserstoffsäure und Salpetersäure so wie
zum Beispiel von etwa 32,5 bis etwa 85 % Fluorwasserstoffsäure (vom
Volumen) (vorzugsweise von etwa 32,5 bis etwa 42,5 %), mit anderen
eingeschlossenen Zusätzen,
die relativ zum Volumen der Fluorwasserstoffsäure proportioniert sind, namentlich
von etwa 35 bis etwa 45 ml/l Salpetersäure, von etwa 0,0122 bis etwa
0,0160 Mol/l Metallsulfationen, von etwa 0,0283 bis etwa 0,0369
Mol/l an Metallchloridionen, von etwa 0,0146 bis etwa 0,0190 Mol/l
an Metallfluoridionen und von etwa 0,0063 bis etwa 0,0083 Mol/l
an Zitronensäure,
wobei Wasser den Restgehalt der Lösung ausmacht. Siehe zum Beispiel
US Patent 4,534,823 (Fishter at al.) erteilt am 13. August 1985
(insbesondere Spalte 2, Zeilen 5-14) die hiermit durch Bezugnahme
aufgenommen wird.
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Die
zu entfernenden Metallbeschichtung(en) können, falls das Trägersubstrat
chemisch relativ resistent oder gegenüber dem chemischen Ätzmittel
inert ist, mit einer Chemikalie in jeder geeigneten Art und für die zur
Entfernung der Metallbeschichtung von der Oberfläche des Trägersubstrates 38,
auf dem sie anhaftet, notwendigen Zeitdauer behandelt werden. Zum
Beispiel kann das chemische Ätzmittel als
eine wässrige
Lösung
formuliert werden, mit dem die zu entfernende Metallbeschichtung
bepinselt, besprüht,
getaucht wird oder auf andere Weise mit der wässrigen Lösung des Ätzmittels behandelt werden. Typischer
Weise wird die wässrige
Lösung
des Ätzmittels
gesprüht,
gegossen oder überflutet
(d.h. durch das Ausströmen
der Lösung
aus einem Sprühbalken
oder aus Sprühbalken)
auf die zu entfernende Metallbeschichtung in einer kontinuierlichen
Weise, bis die Beschichtung entfernt oder von der darunterliegenden
Oberfläche
des Trägersubstrates 38 abgelöst worden
ist. Nachdem die Beschichtung entfernt ist, wird der Fluss oder
die Aufbringung der wässrigen Ätzmittellösung an geglichen,
um das das Trägersubstrat
dem Ätzmittel
minimal auszusetzen. Die zur Entfernung der Beschichtung erforderliche
Zeitdauer wird von einer Vielzahl von Faktoren, das verwendete chemische Ätzmittel
eingeschlossen, das Metall (oder die Metalllegierung) aus dem die
Beschichtung gemacht ist, die Dicke der Beschichtung und anderen Faktoren
abhängen.
Typischer Weise wird die Behandlung der aus Titan (oder Titanlegierung)
bestehenden Beschichtung mit einer wässrigen Lösung einer Fluorwasserstoffsäure (d.h.
mit einer Konzentration von 2 bis etwa 7 % Fluorwasserstoffsäure) die Metallbeschichtung
mit einer Rate von etwa ein mil (0,025 mm) der Dicke in etwa 1 bis
etwa 1,5 Minuten entfernt oder aufgelöst. Mit anderen Worten, eine
Behandlungsdauer von etwa 60 bis etwa 100 Minuten wird typischer
Weise ausreichend sein, um die Beschichtungen mit Dicken bis zu
zum Beispiel von etwa 60 bis etwa 70 mils (von etwa 1,52 bis etwa
1,91 mm) zu entfernen oder aufzulösen.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung wird verwendet, um die Metallbeschichtungen,
die auf dem Trägersubstrat 38,
auf oder entlang eines Rands der Schaufel 10 angeordnet
sind, zu entfernen. Zum Beispiel ist die Metallbeschichtung 42,
wie in 3 gezeigt, auf oder entlang der Anströmkante 22 auf
der Oberfläche 54 der
konkaven Seite 18 des Trägersubstrates 38 sowie
auf der Oberfläche 58 der konvexen
Seite 14 des Trägersubstrates 38 angebracht.
Wie in 3 gezeigt nimmt die Dicke der Beschichtung 42 in
der von den inneren Bereichen ausgehenden Richtung, angezeigt als 62 und 66,
die relativ dünn
sind, d.h. von etwa 2 bis etwa 10 mils (von etwa 0,051 bis etwa
0,25 mm) dick, noch typischer von etwa 3 bis etwa 8 mils (von etwa
0,076 bis etwa 0,20 mm) dick, bis zum außen liegenden Bereich 70 zu,
der relativ dick ist, das heißt
von etwa 60 bis etwa 75 mils (von etwa 1,52 bis etwa 1,91 mm) dick, noch typischer
von etwa 65 bis etwa 70 mils) von etwa 1,65 bis etwa 1,78 mm) dick.
Um die Beschichtung 42 von der Kante 22 zu entfernen,
kann die Beschichtung (oder zumindest die Bereiche 62 und 66 der
Beschichtung) mit dem Ätzmittel
behandelt werden, bis die Bereiche von den Oberflächen 54 und 58 des
Trägersubstrates 38 entfernt
oder weggelöst
worden sind, wobei die außen
liegenden Bereiche 70 der Beschichtung 42 an diesem
Punkt leicht mechanisch entfernt werden können, d.h. weggebrochen, abgesägt oder
ansonsten von dem Trägersubstrat 38 getrennt
werden können.
Typischer Weise werden die aus Titan- Metall (oder -Metalllegierung)
bestehenden Bereiche 62 und 66 der Beschichtung 42 durch eine
wässrige
Fluorwasserstoffsäure-Lösung (d.h. mit
einer Konzentration von 2 bis etwa 7 % von Fluorwasserstoffsäure) von
den Oberflächen 54 innerhalb
von etwa 2 bis etwa 15 Minuten, noch typischer innerhalb von etwa
3 bis etwa 12 Minuten entfernt oder abgelöst.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann auch angewendet werden,
um die Metallbeschichtung 46 (entlang der Abströmkante 26 oder
die Metallbeschichtung 50 (entlang der Spitzenkante 30 und
der Abströmkante 26).
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist auch nützlich für die Entfernung einer
Metallbeschichtung, die aus Metall oder aus einer Metalllegierung
(d.h. Titan 6-4) besteht, die relativ stark und wenig verformbar
ist und die während
der Handlung des Ablösens
typischer Weise zerreißen wird.
Das ist oft der Fall bei einer Beschichtung 42 die auf
oder entlang der Anströmkante 22 positioniert
ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist auch besonders
nützlich
für die
Entfernung von Metallbeschichtungen, die auf dem Trägersubstrat 38 entlang einem
Rand aus einer zusammengesetzten Serie von Bögen angeordnet ist. Dies ist
wiederum oft der Fall bei einer Beschichtung 42, die auf
oder entlang der Anströmkante 22 positioniert
ist.
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Um
die anderen Abschnitte der Schaufel 10 (insbesondere Metallbeschichtungen,
deren Entfernung nicht erforderlich ist) zu schützen, können Masken, die gegenüber dem Ätzmittel
chemisch vergleichsweise resistent oder inert sind, auf der Schaufel 10 und
zumindest auf jenen Metallbeschichtungen der Schaufel 10 angewandt
werden, deren Entfernung nicht erforderlich ist und die während der
Behandlung mit dem chemischen Ätzmittel
in Kontakt kommen können
oder möglicher
Weise in Kontakt kommen. Geeignete Masken beinhalten Plastikfilme, Beschichtungen
oder andere Materialien, die auf die aus Polymeren, Verbindungen
oder anderen Zusammensetzungen bestehenden Oberfläche(n),
wie Ethylenglykol-Monomethyl-Äther-basierte
Zusammensetzungen, Gummi oder synthetische Gummizusammensetzungen
sowie neoprenbasierte Polymere und Polytetrafluorethylen, die chemisch
resistent oder inert sind, aufgebracht werden. Siehe zum Beispiel
US Patent 5,126,005 (Blake) erteilt am 30.Juni 1992 (insbesondere
Spalte 2, Zeilen 8-34); US Patent 5,100,500 (Dastolfo) erteilt am
31.März
1992 (insbesondere Spalte 5, Zeilen 49-63); und US Patent 4,900,389
(Chen) erteilt am 13.Februar 1990 (insbesondere Spalte 2, Zeilen
46-51), die hiermit
alle durch Bezugnahme aufgenommen werden. Die Maske kann auf jede
herkömmliche
Art auf die Oberfläche(n)
(oder Abschnitte der Oberfläche(n))
der von dem Ätzmittel
zu schützenden
Schaufel 10 aufgebracht werden, einschließlich Aufpinseln,
Eintauchen, Sprühen,
Roll-Beschichtung oder Fließ-Beschichtung.
Nachdem die Behandlung mit dem chemischen Ätzmittel einmal ausgeführt wurde
kann die Maske von der Schaufel 10 entfernt werden.
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Nach
der Behandlung der Schaufel 10 mit dem chemischen Ätzmittel
kann jeder auf der Laufschaufel verbleibende Rückstand abgespült werden (d.h.
mit Wasser), neutralisiert oder auf andere Weise durch die dem Fachmann
bekannten Methoden entfernt werden. Alternativ kann die Behandlung
der Schaufel 10 mit dem Ätzmittel periodisch das heißt (d.h.
innerhalb von etwa 3 bis etwa 5 Minuten) angehalten werden, wobei
das auf der Schaufel 10 verbliebene Ätzmittel abgespült und/oder
neutralisiert werden kann. Jede auf der Laufschaufel abgeschiedene
Maske kann auch entfernt werden, wie durch Strippen der Oberflächen (mit
oder ohne Behandlung mit Lösungsmitteln
der Maske) oder anderen den Fachleuten bekannten Methoden, so dass
die Schaufel 10 für
den Ersatz der entfernten Metallbeschichtung bereit ist. Typischer
Weise wird auf dem Trägersubstrat 38 ein
Rest an Kleber verbleiben, der entfernt werden muss, bevor die Metallbeschichtung ersetzt
werden kann; dies wird durch irgendein den Fachleuten bekanntes
Verfahren erreicht, eingeschlossen eine mechanische Abriebsbehandlung (d.h.
Sand-Strahlen).
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Der
guten Ordnung halber werden verschiedene Aspekte der Metallbeschichtungs-Entfernung
in den nachfolgenden Klauseln dargelegt:
- 1.
Verfahren zur Entfernung einer an eine Strömungsfläche (10) gebundenen
MetallBeschichtung (42, 46, 50), wobei
die Strömungsfläche (10) ein
Substrat (38) aufweist und wobei zumindest ein Abschnitt
der Beschichtung (42, 46, 50) an mindestens
eine Oberfläche
(62, 66) des Substrats (38) der Schaufel
(10) gebunden ist, wobei das Verfahren einen Schritt der
Behandlung der Beschichtung (42, 46, 50)
mit einem chemischen Ätzmittel
für jenes
Metall auf weist, aus dem die Beschichtung (42, 46, 50)
besteht, mit der erforderlichen Zeitdauer, um zumindest einen Abschnitt
(62, 66) der auf mindestens einer Oberfläche (62, 66)
des Substrats (38) angebracht ist, wobei das Substrat (38)
aus einem gegenüber dem Ätzmittel
chemisch resistenten Material besteht.
- 2. Verfahren nach Klausel 1, wobei das chemische Ätzmittel
eine wässrige Ätzmittellösung ist, die
mindestens eine starke Säure
aufweist.
- 3. Verfahren nach Klausel 2, wobei die starke Säure ausgewählt ist
aus der Gruppe bestehend aus Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure und
Mischungen davon.
- 4. Verfahren nach Klausel 3, wobei die Beschichtung (42, 46, 50)
aus Titan, oder einer Titanlegierung besteht und wobei die starke
Säure Fluorwasserstoffsäure ist.
- 5. Verfahren nach Klausel 2, wobei der Behandlungsschritt, das
kontinuierliche Fließen
einer wässrigen Ätzmittellösung auf
die Beschichtung (42, 46, 50) aufweist
bis die Beschichtung (42, 46, 50) von
mindestens einer Oberfläche
(62, 66) des Substrats entfernt worden ist.
- 6. Verfahren nach Klausel 1, wobei die Beschichtung (42, 46, 50)
entlang einer Kante (22, 26, 30) der
Laufschaufel positioniert ist.
- 7. Verfahren nach Klausel 6, wobei die Beschichtung (42)
mindestens einen inneren Bereich (62, 66) und
einen Umfangsabschnitt (70) hat und wobei die Dicke der
Beschich tung (42) von mindestens einem inneren Bereich
(62, 66) in Richtung des Umfangsabschnitts (70)
zunimmt.
- 8. Verfahren nach Klausel 7, wobei zumindest ein innerer Bereich
(62, 66) eine Dicke von 2 bis etwa 10 mils (von
etwa 0,051 bis etwa 0,25 mm) und wobei der Umfangsabschnitt (70)
eine Dicke von 60 bis etwa 75 mils (von etwa 1,52 bis etwa 1,91 mm)
aufweist.
- 9. Verfahren nach Klausel 8, wobei zumindest ein innerer Bereich
(62, 66) an mindestens einer Oberfläche (54, 58)
des Substrates (38) gebunden ist und wobei die Beschichtung
(42) mit einem chemischen Ätzmittel behandelt wird, bis
zumindest ein innerer Bereich (62, 66) von zumindest einer
Oberfläche
(54, 58) entfernt ist.
- 10. Verfahren nach Klausel 8, wobei zumindest ein innerer Bereich
der Beschichtung (42) für
die Zeitdauer von 2 bis 15 Minuten mit einem chemischen Ätzmittel
behandelt wird.
- 11. Verfahren nach Klausel 9, wobei die Strömungsfläche (10) eine konvexe
Seite (14) und eine konkave Seite (18) hat, und
wobei das Substrat (38) zwei Oberflächen (54, 58)
aufweist, wobei eine Oberfläche
(58) des Substrates (38) auf der konvexen Seite
(14) und die andere Oberfläche des Substrates (38)
auf der konkaven Seite (18) ist, und wobei zumindest ein
innerer Bereich zwei innere Bereiche (62, 66),
einen inneren, an eine Oberfläche
(54) des Substrates (38) gebundenen Bereich (62)
und einen anderen, an die andere Oberfläche (58) des Substrates
(38) gebundenen Bereich (66) aufweist.
- 12. Verfahren nach Klausel 5, wobei die Kante der Strömungsfläche die
Anströmkante
(22) ist.
- 13. Verfahren nach Klausel 1, wobei die Strömungsfläche eine Bläserschaufel (10) ist.
- 14. Verfahren zur Entfernung der auf einer Bläserschaufel
(10) gebundenen Metallbeschichtung (42), wobei
die Schaufel (10) eine konvexe Seite (14) und
eine konkave Seite (18) hat und ein Substrat mit zwei Oberflächen (54, 58)
aufweist, und sich die eine Oberfläche (58) des Substrats
(38) auf der konvexen Seite (14) befindet und
die andere Oberfläche
(54) des Substrates sich auf der konkaven Seite (18)
befindet, und wobei die Beschichtung (42) entlang einer
Kante (22) der Laufschaufel (10) angebracht ist,
die Beschichtung (42) zwei innere Abschnitte (62, 66)
und einen Umfangsabschnitt (70) aufweist, jeder innere
Abschnitt (62, 66) auf eine Oberfläche (54, 58)
des Substrats (38) gebunden ist, und das Verfahren einen
Behandlungschritt der Beschichtung (42) mit einem chemischen Ätzmittel
für jenes
Metall aufweist, aus dem die Beschichtung (42, 46, 50) besteht,
mit der zur Entfernung der inneren, an die Oberflächen (54, 58)
des Substrats (38) gebundenen Abschnitte (62, 66),
ausreichenden Zeitdauer, und das Substrat (38) aus einem
gegenüber
dem Ätzmittel
chemisch resistenten Material besteht.
- 15. Verfahren nach Klausel 14, wobei das chemische Ätzmittel
eine wässrige Ätzmittellösung ist, die
mindestens eine starke Säure
aufweist.
- 16. Verfahren nach Klausel 15, wobei die starke Säure ausgewählt ist
aus der Gruppe bestehend aus Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure und
Mischung davon.
- 17. Verfahren nach Klausel 16, wobei die Beschichtung (42)
aus Titan, oder einer Titanlegierung besteht und wobei die starke
Säure Fluorwasserstoffsäure ist.
- 18. Verfahren nach Klausel 17, wobei der Behandlungsschritt,
das kontinuierliche Fließen
einer wässrigen Ätzmittellösung zumindest
auf die inneren Abschnitte (62, 66) der Beschichtung
(42) umfasst, bis die inneren Abschnitte (62, 66)
der Beschichtung (42) von den Oberflächen (54, 58) des
Substrats (38) entfernt worden sind.
- 19. Verfahren nach Klausel 18, wobei die Dicke der Beschichtung
(42) von mindestens einem inneren Bereich (62, 66)
in Richtung des Umfangsabschnitts (70) zunimmt.
- 20. Verfahren nach Klausel 19, wobei jeder innerer Bereich (62, 66)
eine Dicke von 3 bis etwa 8 mils (von etwa 0,076 bis etwa 0,20 mm)
aufweist und wobei der Umfangsabschnitt (70) ein Dicke von
60 bis etwa 75 mils (1,65 bis etwa 1,78 mm) aufweist und wobei die
Beschichtung (42) für
die Zeitdauer von 3 bis 12 Minuten mit einem wässrigen chemischen Ätzmittel
behandelt wird.
- 21. Verfahren nach Klausel 20, wobei die Kante der Schaufel
(10) eine Anströmkante
(22) ist.