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STAND DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reparieren von
Turbinentriebwerk-Metallkomponenten.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Behandlung von Metallkomponenten, indem unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahrens
(HVOF-Flammspritzverfahrens), gefolgt von einem Wärmebehandlungsverfahren
mittels heißisostatischem
Pressen (HIP), zuerst eine Dicke aus Metall auf einem Metallsubstrat
aufgebaut wird.
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Häufig wird
während
der Herstellung von Metallkomponenten ein Beschichtungsvorgang durchgeführt, um
eine Überzugmaterialschicht
auf der Oberfläche
eines Komponentensubstrats bereitzustellen. Die Überzugmaterialschicht wird
gebildet, um die Metallkomponente auf gewünschte endgültige Abmessungen aufzubauen
und dem Endprodukt mehrere Oberflächeneigenschaften zu verleihen.
Zum Beispiel kann eine Oxidschicht gebildet werden, um eine glatte,
korrosionsbeständige
Oberfläche
bereitzustellen. Ebenfalls wird häufig eine verschleißfeste Beschichtung,
wie beispielsweise Carbid, Cobalt oder TiN, auf Schneidwerkzeugen bereitgestellt,
um eine Verschleißfestigkeit
bereitzustellen.
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Typischerweise
wird chemische Bedampfung verwendet, um eine verschleißfeste Dünnfilmbeschichtung
auf einem Schneidwerkzeugsubstrat aufzutragen. Um beispielsweise
die Lebensdauer eines Bohrers zu verlängern, kann chemische Bedampfung
verwendet werden, um eine verschleißfeste Cobaltbeschichtung auf einem
Hochgeschwindigkeitsstahl-(HSS-)Schneidwerkzeugsubstrat
zu bilden. Die Bindung zwischen dem Substrat und der Beschichtung
tritt hauptsächlich
durch mechanische Adhäsion
in einer schmalen Bindungsgrenzfläche auf. Während der Verwendung wird die
Beschichtung an der Schneidfläche
des Schneidwerkzeugs Scherkräften
ausgesetzt, die zu einem Abplatzen der Beschichtung von dem Werkzeugsubstrat
führen. Der
Schaden tritt meist an der schmalen Bindungsgrenzfläche auf.
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12(a) ist eine Seitenansicht eines Werkzeugeinsatzes
des Stands der Technik, der mit einer verschleißfesten Beschichtung beschichtet
ist. In diesem Fall kann die verschleißfeste Beschichtung durch das chemische
Bedampfungsverfahren aufgetragen werden, so dass das gesamte Werkzeugeinsatzsubstrat
einen gleichmäßigen Dünnfilm aus
einem relativ harten Material, wie Carbid, Cobalt oder TiN, erhält. Da die
Beschichtung hauptsächlich über eine
mechanische Bindung an dem Werkzeugeinsatzsubstrat anhaftet, die
sich an einer Grenzfläche
befindet, tritt während
der Verwendung meist ein Abplatzen und Absplittern der Beschichtung
von dem Substrat auf, wodurch die Lebensdauer des Werkzeugeinsatzes
begrenzt ist. 12(b) ist eine Seitenansicht
eines Werkzeugeinsatzes des Stands der Technik, der eine feste verschleißfeste Schneidspitze aufweist.
In diesem Fall ist eine relativ harte Metallschneidspitze an dem
relativ weichen Werkzeugeinsatzsubstrat befestigt. Die Metallschneidspitze,
die typischerweise aus einer Carbid- oder Cobaltlegierung besteht,
ist durch Hartlöten
an dem Werkzeugeinsatzsubstrat befestigt. Während eines längeren Gebrauchs
wird der Werkzeugeinsatz meist an der relativ spröden hartverlöteten Grenzfläche zwischen
der Metallschneidspitze und dem Werkzeugsubstrat defekt, und wiederum
ist die Lebensdauer des Werkzeugeinsatzes begrenzt.
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Bei
einem anderen Beschichtungsverfahren, das als herkömmliches
Plasmaspritzen bekannt ist, wird ein hocherhitztes Edelgas verwendet,
um ein Plasma zu erzeugen. Es wird Pulverrohstoff eingeführt und
von dem Plasmastrom zu dem Werkstück transportiert. Herkömmliche
Plasmaspritzbeschichtungsverfahren tragen das Beschichtungsmaterial
mit einer relativ geringen Geschwindigkeit auf, was dazu führt, dass
Poren in der Beschichtung gebildet werden und die Beschichtungsdichte
typischerweise eine Porosität
von etwa 5,0% aufweist. Wiederum tritt die Bindung zwischen dem
Substrat und der Beschichtung hauptsächlich durch mechanische Adhäsion an
einer Bindungsgrenzfläche
auf, und wenn die Beschichtung ausreichenden Scherkräften ausgesetzt
wird, platzt sie von dem Werkstücksubstrat
ab.
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Ein
anderes Beschichtungsverfahren, das als Hochgeschwindigkeits-(HVOF-)Plasmaflammspritzverfahren
bekannt ist, wird verwendet, um Beschichtungen zu erzeugen, die
fast keine Poren aufweisen. Tatsächlich
können
Beschichtungen erzeugt werden, die bei einer Porosität von weniger
als 0,5% eine Dichte von fast 100% aufweisen. Beim HVOF-Flammspritzen werden
ein Brenngas und Sauerstoff verwendet, um eine Verbrennungsflamme
von 2500 bis 3100°C
zu erzeugen. Die Verbrennung findet bei einem sehr hohen Kammerdruck
statt, und ein Überschallgasstrom
drückt
das Beschichtungsmaterial bei sehr hohen Partikelgeschwindigkeiten
durch einen Zylinder mit einem kleinen Durchmesser. Das HVOF-Verfahren
führt zu äußerst dichten, gut
gebundenen Beschichtungen. Typischerweise können HVOF-Beschichtungen bei
einer Porosität
von >0,5% nahezu 100%ig
dicht gebildet werden. Die hohen Partikelgeschwindigkeiten, die
unter Verwendung des HVOF-Verfahrens erreicht werden, führen im
Vergleich zu anderen Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise
dem herkömmlichen
Plasmaspritzverfahren oder dem chemischen Bedampfungsverfahren,
zu einer vergleichsweisen besseren Bindung zwischen dem Beschichtungsmaterial
und dem Substrat. Jedoch bildet das HVOF-Verfahren ebenfalls eine
Bindung zwischen dem Beschichtungsmaterial und dem Substrat, die
hauptsächlich
durch mechanische Adhäsion
an einer Bindungsgrenzfläche
auftritt.
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Detonationsgeschützbeschichtung
ist ein anderes Verfahren, das eine relativ dichte Beschichtung
erzeugt. Suspendiertes Pulver wird zusammen mit Sauerstoff und Brenngas
in ein langes Rohr gegeben. Die Mischung wird in einer gesteuerten
Explosion gezündet.
So werden eine hohe Temperatur und ein hoher Druck erzeugt, um Partikel
aus dem Ende des Rohrs und in Richtung des zu beschichtenden Substrats
zu pressen.
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Gießen ist
ein bekanntes Verfahren zur Bildung von Metallkomponenten. Typischerweise
wird ein Substratrohling in nahezu endgültige Abmessungen gegossen.
Verschiedene Bearbeitungsvorgänge,
wie beispielsweise Schneiden, Schmirgeln und Polieren, werden an
dem gegossenen Substratrohling ausgeführt, um schließlich die
Metallkomponente in den gewünschten
Endabmessungen zu erhalten. Eine Gussmetallkomponente weist typischerweise
eine Reihe von Unvollkommenheiten auf, die durch Poren und Verunreinigungen in
der Oberflächenstruktur
des Gusses verursacht werden. Die Unvollkommenheiten können entfernt
werden, indem die Oberflächenschicht
der Komponente durch Bearbeitung entfernt wird und/oder indem eine
Oberflächenbeschichtung
aufgetragen wird.
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Alle
Gussverfahren müssen
sich mit Problemen auseinandersetzen, die bei den Schmiedeverfahren nicht
auftreten. Zu den größten Problemen
gehören
Porosität
und Schrumpfung, die durch aufwändige
Angussverfahren und andere Verfahren minimiert werden, die die Kosten
erhöhen
und manchmal die Ergiebigkeit senken. Jedoch ist die Fähigkeit,
eine nahezu netzförmige
oder netzförmige
Form zu erzeugen, der motivierende Faktor. In einigen Fällen ist
es kostengünstiger,
das Teil absichtlich zu gießen,
keine aufwändigen
und kostspieligen Angussverfahren zu verwenden und das Teil einer
HIP-Behandlung zu
unterziehen, um die Porosität
unter der Oberfläche
zu beseitigen. Die Oberfläche
des Teils wird daraufhin bearbeitet, bis das dichte Substrat erreicht
ist.
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Die
Herstellung von Metallkomponenten umfasst häufig kostspielige Verfahren
zur Herstellung von Produkten mit der gewünschten Oberflächenstruktur,
den gewünschten
Materialeigenschaften und Abmessungstoleranzen. Zum Beispiel erfordert
ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer Metallkomponente unter
anderem folgende Schritte: Herstellen eines Gusses der Metallkomponente,
Behandeln der Metallkomponente unter Verwendung eines heißisostatischen
Press-(HIP-)Behandlungsverfahrens und daraufhin Bearbeiten der Metallkomponente,
um Oberflächenunvollkommenheiten
zu entfernen und die gewünschten
Abmessungstoleranzen zu erreichen.
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Eine
HIP-Behandlung wird bei der Verdichtung von Gussmetallkomponenten
und als Diffusionsbindungsverfahren zur Verfestigung von Pulvermetallen
verwendet. Beim HIP-Behandlungsverfahren
wird ein zu behandelndes Teil auf eine hohe Temperatur und einen
hohen isostatischen Druck gebracht. Typischerweise wird das Teil
auf das 0,6- bis 0,8fache des Schmelzpunkts des Materials gebracht,
aus dem das Teil besteht, und einem Druck im Bereich des 0,2- bis
0,5fachen der Verformungsfestigkeit des Materials ausgesetzt. Das Unter-Druck-Setzen
wird erreicht, indem ein Edelgas, wie beispielsweise Argon, in einen
Druckbehälter
gepumpt wird. In dem Druckbehälter
befindet sich ein Hochtemperaturofen, der das Gas auf die gewünschte Temperatur
erhitzt. Die Temperatur und der Druck werden für eine bestimmte Zeitspanne
gehalten und daraufhin wird das Gas abgekühlt und abgelassen.
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Das
HIP-Behandlungsverfahren wird verwendet, um nahezu netzförmige Komponenten
zu erzeugen, wodurch der Bedarf für nachfolgende Bearbeitungsvorgänge verringert
oder beseitigt wird. Des Weiteren kann durch eine präzise Steuerung
der Temperatur, des Drucks und der Zeit eines HIP-Behandlungsablaufs
eine bestimmte Mikrostruktur für
das behandelte Teil erreicht werden.
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Metalllegierungskomponenten,
wie beispielsweise Gasturbinenteile, wie zum Beispiel Blätter und Schaufeln,
werden während
des Gebrauchs häufig
beschädigt.
Während
des Betriebs unterliegen Gasturbinenteile einer beträchtlichen
Qualitätsminderung
durch hohen Druck und Zentrifugalkraft in einer heißen korrodierenden
Atmosphäre.
Die Gasturbinenteile erleiden ebenfalls eine beträchtliche
Beschädigung
aufgrund von einwirkenden Schlägen
von Fremdpartikeln. Diese Qualitätsminderung
führt zu
einer begrenzten Lebensdauer für
diese Teile. Da ihre Herstellung koststpielig ist, werden verschiedene
Reparaturverfahren verwendet, um beschädigte Gasturbinenblätter und
-schaufeln instandzusetzen.
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Beispiele
für Verfahren,
die zur Reparatur von Gasturbinenblättern und -schaufeln verwendet
werden, umfassen das
U.S.-Patent
Nr. 4,291,448 , ausgegeben an Cretella et al.; das
U.S.-Patent Nr. 4,028,787 , ausgegeben
an Cretella et al.; das
U.S.-Patent
Nr. 4,866,828 , ausgegeben an Fraser und das
U.S.-Patent Nr. 4,837,389 , ausgegeben
an Shankar et al.
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Cretella
'448 offenbart
ein Verfahren zur Instandsetzung von Turbinenblattversteifungsbändern, die aufgrund
von Abnutzung während
des Gebrauchs ihre ursprünglichen
Abmessungen verloren haben. Diese Literatur offenbart das bekannte
Verfahren des TIG-Schweißens
abgenutzter Abschnitte eines Teils mit einem Schweißdraht einer ähnlichen
chemischen Zusammensetzung wie das Teilsubstrat, gefolgt von einer
Schleifendbearbeitung. Das Teil wird daraufhin mit einem Material
einer ähnlichen
chemischen Zusammensetzung zu einer Netzform plasmagespritzt, die
wenig oder keine Endbearbeitung erfordert. Das Teil wird daraufhin
in einer Argon-Atmosphäre
gesintert. Das Plasmaspritzverfahren, das gemäß Cretella
'448 verwendet
wird, führt zu
einer Beschichtungsporosität
von etwa 5,0%. Selbst nach dem Sintern bleibt die Beschichtung an dem
Substrat und dem Schweißmaterial
nur durch eine mechanische Bindung an einer Grenzflächenbindeschicht
haften, wodurch das fertige Stück
anfällig
für Absplittern
und Abplatzen ist.
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Cretella
'787 offenbart
ein Verfahren zur Instandsetzung von Turbinenschaufeln, die aufgrund
von Abnutzung während
des Gebrauchs ihre ursprünglichen
Abmessungen verloren haben. Wiederum wird ein herkömmliches
Plasmaspritzverfahren verwendet, um abgenutzte Bereiche der Schaufel
aufzubauen, bevor ein Sintervorgang in einem Vakuum- oder Wasserstoffofen
ausgeführt
wird. Die Porosität
der Beschichtung und der Grenzflächenbindeschicht
führt zu
einer Struktur, die anfällig
für Absplittern
und Abplatzen ist.
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Fraser
offenbart ein Verfahren zur Reparatur von Dampfturbinenblättern oder
-schaufeln, das ein Verfahren zur Verbindung derselben (z. B. Bindedraht)
verwendet. Gemäß dem von
Fraser offenbarten Verfahren wird der Bereich eines Teils, der defekt
ist, entfernt und ein neues Stück
aus demselben Metall wird an das Teil geschweißt. Die Bindelöcher des
Teils werden mit Lochnähten
verschweißt.
Das Teil wird daraufhin einem Heißschlagverfahren unterzogen,
um seinen ursprünglichen
Umriss wiederherzustellen, und die Bindelöcher werden neu gebohrt.
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Shankar
et al. offenbart ein Verfahren zum Reparieren von Gasturbinenblättern, die
aufgrund von Triebwerksbetrieb defekt sind. Eine Niederdruckplasmaspritzbeschichtung
wird auf die Schaufeln aufgetragen und das Teil wird durch Schleifen
neu geformt. Eine Beschichtung aus Aluminium wird daraufhin unter
Verwendung eines Diffusionsbeschichtungsverfahrens aufgetragen.
Wiederum bildet das herkömmliche
Niederdruckplasmaspritzverfahren eine mechanische Bindung an einer
Grenzfläche
zwischen der Beschichtung und dem Substrat, was zu einer Struktur
führt,
die anfällig
für Defekte
aufgrund von Absplittern und Abplatzen ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
einen oder mehrere der Nachteile der herkömmlichen Technik und schafft
ein Verfahren zum Reparieren von Metallkomponenten, so dass die
resultierende Metallkomponente verbesserte metallurgische Eigenschaften
aufweist. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Reparieren von Turbinentriebwerksteilen zu schaffen, bei dem
ein ähnliches
Metall an ein Metallturbinentriebwerksteil diffusionsgebunden wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils durch
HVOF-Spritzen geschaffen, das folgende Schritte umfasst:
Reinigen
des Turbinentriebwerkteils, wobei das Turbinentriebwerkteil eine
Metalllegierung umfasst;
Abdecken von Abschnitten des Turbinentriebwerkteils,
die nicht HVOF-gespritzt werden sollen;
erneutes Reinigen des
Triebwerkteils als Vorbereitung für das HVOF-Spritzen;
HVOF-Spritzen
des Turbinentriebwerkteils unter Verwendung eines Beschichtungsmaterials,
das aus derselben Metalllegierung besteht wie das Turbinentriebwerkteil,
um eine Sehnendimension des Triebwerkteils bis zu einer Dicke aufzubauen,
die größer ist
als die Dicke einer ursprünglichen
Sehnendimension des Triebwerkteils;
isostatische Wärmedruckbehandlung
des Triebwerkteils, um Poren zwischen dem Triebwerkteil und dem
Beschichtungsmaterial zu beseitigen und eine Diffusionsbindung zwischen
dem Beschichtungsmaterial und dem Triebwerkteil zu erzeugen;
und
Bearbeiten des Triebwerkteils bis zu seiner ursprünglichen
Sehnendimension.
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Gemäß einem
anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils geschaffen, bei dem
eine Diffusionsbindung zwischen einem Metallsubstrat und einer aufgetragenen
Beschichtung stattfindet. Der erste Schritt des Verfahrens der Erfindung
besteht darin, die Eigenschaften des Turbinentriebwerkteils zu bestimmen.
Ein Turbinentriebwerkteil wird unter Verwendung bekannter Verfahren,
wie beispielsweise Gießen,
Extrudieren, Formen, Bearbeiten usw., in seine nahezu endgültigen Abmessungen
geformt. Abhängig
von den gewählten
Eigenschaften wird eine geeignete Beschichtungsmaterialzusammensetzung
bestimmt. Das Beschichtungsmaterial könnte aus einer Reihe relativ
harter und haltbarer Metalle und Legierungen, wie beispielsweise
Cobalt, Carbid, TiN usw., ausgewählt
werden. Die Auswahl des Substrats und der Beschichtungszusammensetzung
hängt ebenfalls
von ihrer metallurgischen Kompatibilität miteinander ab.
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Das
Turbinentriebwerkteil kann für
ein Beschichtungsverfahren mit hoher Dichte durch HVOF vorbereitet
werden. Die Vorbereitung kann Reinigen, Abtragen, Bearbeiten, Abdecken
und ähnliche
Verfahren umfassen. Sobald das Werkstücksubstrat vorbereitet worden
ist, wird ein Beschichtungsverfahren mit hoher Dichte durchgeführt, um
das Turbinentriebwerkteil zu beschichten. Das Beschichtungsmaterial
wird bis zu einer Dicke aufgebaut, die wirksam ist, um nach dem
Durchführen
einer isostatischen Wärmedruckbehandlung
(unten beschrieben) die gewünschten
endgültigen
Abmessungen zu erreichen. Im Fall von HVOF werden ein Brenngas und
Sauerstoff verwendet, um eine Verbrennungsflamme von 2500 bis 3100°C zu erzeugen.
Die Verbrennung findet bei einem sehr hohen Kammerdruck statt und
ein Überschallgasstrom
drückt
das Beschichtungsmaterial bei sehr hohen Partikelgeschwindigkeiten
durch einen Zylinder mit einem kleinen Durchmesser. Das HVOF-Verfahren
führt zu äußerst dichten,
gut gebundenen Beschichtungen. Typischerweise können HVOF-Beschichtungen bei
einer Porosität
von etwa 0,5% nahezu 100%ig dicht gebildet werden. Die hohen Partikelgeschwindigkeiten,
die unter Verwendung des HVOF-Verfahrens erreicht werden, führen zu
einer vergleichsweise besseren Bindung zwischen dem Beschichtungsmaterial
und dem Substrat, verglichen mit anderen Beschichtungsverfahren,
wie beispielsweise dem herkömmlichen
Plasmaspritzverfahren oder dem chemischen Bedampfungsverfahren.
Jedoch bildet das HVOF-Verfahren ebenfalls eine Bindung zwischen
dem Beschichtungsmaterial und dem Substrat, die hauptsächlich durch
mechanische Adhäsion
an einer Bindungsgrenzfläche stattfindet.
Wie unten beschrieben wird diese mechanische Bindung gemäß der vorliegenden
Erfindung in eine metallurgische Bindung umgewandelt, indem eine
Diffusionsbindung zwischen dem Beschichtungsmaterial und dem Turbinentriebwerkteil
erzeugt wird. Diese Diffusionsbindung weist nicht die Grenzfläche auf,
die gewöhnlich
die Schadensstelle ist.
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Die
Diffusionsbindung wird erzeugt, indem das beschichtete Turbinentriebwerkteil
einer isostatischen Wärmedruckbehandlung
(HIP) unterzogen wird. Die geeigneten Parameter der isostatischen
Wärmedruckbehandlung
werden abhängig
von der Beschichtung, dem Turbinentriebwerkteilsubstrat und den
endgültigen
Eigenschaften ausgewählt,
die gewünscht
sind. Die isostatische Wärmedruckbehandlung
wird an dem beschichteten Turbinentriebwerkteil ausgeführt, um
ein Metallprodukt zu erhalten, das die gewünschten endgültigen Abmessungen
und eine Diffusionsbindung zwischen dem Beschichtungsmaterial und
dem Turbinentriebwerkteil aufweist.
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HIP-Behandlung
wird herkömmlicherweise
bei der Verdichtung von gegossenen Metallkomponenten und als Diffusionsbindungsverfahren
zur Verfestigung von Pulvermetallen verwendet. Bei dem HIP-Behandlungsverfahren
wird ein zu behandelndes Teil auf eine hohe Temperatur und einen
hohen isostatischen Druck gebracht. Typischerweise wird das Teil
auf das 0,6- bis 0,8fache des Schmelzpunkts des Materials gebracht, aus
dem das Teil besteht, und einem Druck im Bereich des 0,2- bis 0,5fachen
der Verformungsfestigkeit des Materials ausgesetzt. Das Unter-Druck-Setzen
wird erreicht, indem ein Edelgas, wie beispielsweise Argon, in einen
Druckbehälter
gepumpt wird. In dem Druckbehälter
befindet sich ein Hochtemperaturofen, der das Gas auf die gewünschte Temperatur
erhitzt. Die Temperatur und der Druck werden für eine bestimmte Zeitspanne gehalten
und daraufhin wird das Gas abgekühlt
und abgelassen.
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Das
HIP-Behandlungsverfahren wird verwendet, um nahezu netzförmige Komponenten
zu erzeugen, wodurch der Bedarf für nachfolgende Bearbeitungsvorgänge verringert
oder beseitigt wird. Des Weiteren kann durch eine präzise Steuerung
der Temperatur, des Drucks und der Zeit eines HIP-Behandlungsablaufs
eine bestimmte Mikrostruktur für
das behandelte Teil erreicht werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das HIP-Behandlungsverfahren an einem HVOF-beschichteten Turbinentriebwerkteil
ausgeführt,
um die Adhäsionsbindung,
die nur eine mechanische Bindung ist, in eine Diffusionsbindung
umzuwandeln, die eine metallurgische Bindung ist. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein HVOF-Beschichtungsverfahren verwendet, um das
Beschichtungsmaterial aufzutragen, das eine ausreichende Dichte
aufweist, um den Verdichtungsveränderungen,
die während
des HIP-Verfahrens auftreten, wirksam unterzogen zu werden. Wenn
das Beschichtungsmaterial und das Turbinentriebwerkteil aus derselben Metallzusammensetzung
bestehen, führt
die Diffusionsbindung zu einem nahtlosen Übergang zwischen dem Substrat
und der Beschichtung.
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Das
Verfahren der Erfindung kann verwendet werden, um die verschleißfeste Oberfläche des
Turbinentriebwerkteil zu reparieren. Gemäß diesem Gesichtspunkt der
Erfindung wird ein Turbinentriebwerkteil mit nahezu endgültigen Abmessungen
gebildet. Ein Beschichtungsverfahren mit hoher Dichte, wie beispielsweise ein
Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahren, wird ausgeführt, um
das Turbinentriebwerkteil mit einem verschleißfesten Beschichtungsmaterial
zu beschichten. Das Beschichtungsmaterial wird bis zu einer Dicke
aufgebaut, die wirksam ist, um nach dem Durchführen einer isostatischen Wärmedruckbehandlung
die gewünschten
endgültigen
Abmessungen zu erreichen. Die isostatische Wärmedruckbehandlung wird an
dem beschichteten Turbinentriebwerkteil ausgeführt, um ein Metallprodukt zu
erhalten, das die gewünschten
endgültigen
Abmessungen und eine Diffusionsbindung zwischen dem Beschichtungsmaterial
und dem Turbinentriebwerkteil aufweist.
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Das
Verfahren der Erfindung kann zur Reparatur eines Turbinentriebwerkteils,
wie beispielsweise eines Blatts oder einer Schaufel, verwendet werden.
Gemäß diesem
Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Turbinentriebwerkteil, das
aus Metall oder einer Metalllegierung besteht, zuerst gereinigt.
Falls notwendig, werden abgefressene Abschnitte des Turbinentriebwerkteils
unter Verwendung eines Schweißmaterials
geschweißt, das
aus demselben Metall oder derselben Metalllegierung besteht wie
das ursprüngliche
oder originale Metalltriebwerkteil. Der Schweißvorgang wird durchgeführt, um
stark beschädigte
oder abgefressene Abschnitte des Turbinentriebwerkteils aufzubauen.
Wenn das Teil nicht stark beschädigt
ist, kann der Schweißvorgang
ausgelassen werden. Der Schweißvorgang
erzeugt typischerweise Schweißnachweislinien.
Die Schweißnachweislinien
werden glattgeschliffen, um zu verhindern, dass abgetragenes Material
in den Schweißnachweislinien
eingeschlossen wird. Abschnitte des Triebwerkteils, die nicht HVOF-gespritzt
werden sollen, werden abgedeckt und das Triebwerkteil wird zur Vorbereitung
auf das HVOF-Spritzen wiederum gereinigt. Es wird das HVOF-Plasmaspritzen
der nicht abgedeckten Abschnitte des Triebwerkteils ausgeführt. Das
HVOF-Plasmaspritzmaterial (Beschichtungsmaterial) besteht aus derselben
Metalllegierung wie das ursprüngliche
oder originale Triebwerkteil. Das HVOF-Plasmaspritzmaterial wird
so aufgetragen, dass eine Sehnendimension des Triebwerkteils bis
zu einer Dicke aufgebaut wird, die größer ist als die Dicke einer
ursprünglichen
Sehnendimension des Triebwerkteils. Es wird eine isostatische Wärmedruckbehandlung
(HIP-Behandlung) an dem beschichteten Triebwerkteil ausgeführt, um
das Beschichtungsmaterial zu verdichten, eine Diffusionsbindung zwischen
dem Beschichtungsmaterial und dem ursprünglichen und dem Schweißmaterial
zu erzeugen und Poren zwischen dem Turbinentriebwerkteil, dem Schweißmaterial
und dem beschichteten Material zu beseitigen. Schließlich wird
das Triebwerkteil auf die ursprüngliche
Sehnendimension bearbeitet, geschliffen und/oder poliert.
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Der
Schritt der isostatischen Wärmedruckbehandlung
kann folgende Schritte umfassen:
Erwärmen des Triebwerkteils auf
eine Temperatur, die im Wesentlichen 80% des Schmelzpunkts der Metalllegierung
beträgt;
sowie
Unter-Druck-Setzen des Triebwerkteils bis zu einem Druck,
der im Wesentlichen zwischen 20 und 50 Prozent der Verformungsfestigkeit
der Metalllegierung in einer Edelgasatmosphäre beträgt. Vorzugsweise der Schritt des
Schweißens
angefressener Abschnitte des Triebwerkteils unter Verwendung eines
Schweißmaterials,
das aus derselben Metalllegierung besteht wie das Triebwerkteil,
wobei das Schweißen
Schweißnachweislinien
erzeugt [sic]; und
Glattschleifen der Schweißnachweislinien,
um zu verhindern, dass abgetragenes Material in den Schweißnachweislinien
eingeschlossen wird. Das Triebwerkteil ist ein Blatt oder eine Schaufel.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Ablaufplan, der die Schritte des Verfahrens der Erfindung zum
Reparieren eines Turbinentriebwerkteils zeigt;
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2(a) ist eine schematische Seitenansicht eines
abgenutzten Turbinentriebwerkteils, bevor es dem Verfahren der Erfindung
zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils unterzogen wird;
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2(b) ist eine schematische Querschnittsansicht
des abgenutzten Turbinentriebwerkteils, bevor es dem Verfahren der
Erfindung zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils unterzogen
wird;
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3(a) ist eine schematische Seitenansicht des abgenutzten
Turbinentriebwerkteils, die die abgenutzten Bereiche zeigt, die
unter Verwendung des Verfahrens der Erfindung zum Reparieren eines
Turbinentriebwerkteils repariert werden sollen;
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3(b) ist eine schematische Querschnittsansicht
des abgenutzten Turbinentriebwerkteils, die die abgenutzten Bereiche
zeigt, die unter Verwendung des Verfahrens der Erfindung zum Reparieren
eines Turbinentriebwerkteils repariert werden sollen;
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4(a) ist eine schematische Seitenansicht des abgenutzten
Turbinentriebwerkteils, die die abgenutzten Bereiche zeigt, die
gemäß dem Verfahren
der Erfindung zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils mit einem ähnlichen
Schweißmaterial
gefüllt
sind;
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4(b) ist eine schematische Querschnittsansicht
des abgenutzten Turbinentriebwerkteils, die die abgenutzten Bereiche
zeigt, die gemäß dem Verfahren
der Erfindung zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils mit einem ähnlichen
Schweißmaterial
gefüllt
sind;
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5(a) ist eine schematische Seitenansicht des geschweißten Turbinentriebwerkteils,
die Bereiche zeigt, die unter Verwendung eines HVOF-Spritzbeschichtungsverfahrens
gemäß dem Verfahren
der Erfindung zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils mit einem ähnlichen
Beschichtungsmaterial aufgebaut werden sollen;
-
5(b) ist eine schematische Querschnittsansicht
des geschweißten
Turbinentriebwerkteils, die Bereiche zeigt, die unter Verwendung
eines HVOF-Spritzbeschichtungsverfahrens
gemäß dem Verfahren
der Erfindung zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils mit einem ähnlichen
Beschichtungsmaterial aufgebaut werden sollen;
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6(a) ist eine schematische Seitenansicht des durch
HVOF aufgebauten geschweißten
Turbinentriebwerkteils, die einen Bereich zeigt, der abgedeckt wird,
bevor das HVOF-Spritzbeschichtungsverfahren
gemäß dem Verfahren
der Erfindung zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils ausgeführt wird;
-
6(b) ist eine schematische Querschnittsansicht
des durch HVOF aufgebauten geschweißten Turbinentriebwerkteils
gemäß dem Verfahren
der Erfindung zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils;
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7 ist
eine schematische Ansicht des durch HVOF aufgebauten geschweißten Turbinentriebwerkteils,
das einem HIP-Behandlungsverfahren in einem HIP-Behälter gemäß dem Verfahren
der Erfindung zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils unterzogen
wird;
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8(a) ist eine schematische Seitenansicht des endgültigen HVOF-spritzbeschichteten
und durch HIP reparierten Turbinentriebwerkteils, das eine ähnliche
Metallbeschichtungsschicht, die an das originale ursprüngliche
Substrat diffusionsgebunden ist, und geschweißte Abschnitte gemäß dem Verfahren
der Erfindung zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils aufweist;
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8(b) ist eine schematische Querschnittsansicht
des endgültigen
HVOF-spritzbeschichteten
und durch HIP reparierten Turbinentriebwerkteils, das eine ähnliche
Metallbeschichtungsschicht, die an das originale ursprüngliche
Substrat diffusionsgebunden ist, und geschweißte Abschnitte gemäß dem Verfahren
der Erfindung zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils aufweist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Um
ein Verständnis
der Prinzipien der Erfindung zu unterstützen, wird nun Bezug auf die
in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsformen genommen, und
es wird eine spezifische Sprache zur Beschreibung derselben verwendet.
Es versteht sich jedoch, dass dadurch keine Beschränkung des
Bereichs der Erfindung beabsichtigt ist und dass alle Veränderungen
und Modifikationen der veranschaulichten Vorrichtung und alle weiteren
Anwendungen der Prinzipien der Erfindung, wie hierin offenbart,
die einem Fachmann des Bereichs, zu dem die Erfindung gehört, normalerweise
ersichtlich sind, in Betracht gezogen werden.
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1 ist
ein Ablaufplan, der die Schritte des Verfahren der Erfindung zum
Reparieren eines Turbinentriebwerkteils zeigt. Das vorliegende Verfahren
der Erfindung kann zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils,
wie beispielsweise eines Blatts 18 oder einer Schaufel,
verwendet werden.
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Gemäß diesem
Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Turbinentriebwerkteil, das
aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht, zuerst gereinigt
(Schritt Eins). Falls notwendig, werden angefressene Abschnitte des
Turbinentriebwerkteils unter Verwendung eines Schweißmaterials,
das aus demselben Metall oder derselben Metalllegierung besteht
wie das ursprüngliche
oder originale Metalltriebwerkteil, geschweißt (Schritt Zwei). Der Schweißvorgang
wird ausgeführt,
um stark beschädigte
oder angefressene Abschnitte des Turbinentriebwerkteils aufzubauen.
Wenn das Teil nicht stark beschädigt
ist, kann der Schweißvorgang
ausgelassen werden.
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Der
Schweißvorgang
erzeugt typischerweise Schweißnachweislinien.
Die Schweißnachweislinien werden
glattgeschliffen um zu verhindern, dass abgetragenes Material in
den Schweißnachweislinien
eingeschlossen wird (Schritt Drei). Abschnitte des Triebwerkteils,
die nicht HVOF-gespritzt werden sollen, werden abgedeckt (Schritt
Vier), und das Triebwerkteil wird zur Vorbereitung auf das HVOF-Spritzen
wiederum gereinigt (Schritt Fünf).
Es wird das HVOF-Plasmaspritzen der nicht abgedeckten Abschnitte
des Triebwerkteils ausgeführt
(Schritt Sechs). Das HVOF-Plasmaspritzmaterial besteht aus derselben
Metalllegierung wie das ursprüngliche
oder originale Triebwerkteil. Das HVOF-Plasmaspritzmaterial wird so aufgetragen,
dass eine Sehnendimension des Triebwerkteils bis zu einer Dicke
aufgebaut wird, die größer ist
als die Dicke einer ursprünglichen
Sehnendimension des Triebwerkteils. Es wird eine isostatische Wärmedruckbehandlung
(HIP-Behandlung) an dem beschichteten Triebwerkteil ausgeführt, um
das Beschichtungsmaterial zu verdichten, eine Diffusionsbindung
zwischen dem Beschichtungsmaterial und dem ursprünglichen und dem Schweißmaterial
zu erzeugen und Poren zwischen dem Turbinentriebwerkteil, dem Schweißmaterial
und dem beschichteten Material zu beseitigen (Schritt Sieben). Schließlich wird
das Triebwerkteil auf die ursprüngliche
Sehnendimension bearbeitet, geschliffen und/oder poliert (Schritt
Acht).
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2(a) ist eine schematische Seitenansicht und
2(b) ist eine schematische Querschnittsansicht eines
abgenutzten Turbinentriebwerkteils, bevor es denn Verfahren der
Erfindung zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils unterzogen
wird. Metalllegierungskomponenten, wie beispielsweise Gasturbinenteile,
wie beispielsweise Blätter
18 und
Schaufeln, werden während
des Gebrauchs häufig
beschädigt.
Während
des Betriebs unterliegen Gasturbinenteile einer beträchtlichen
Qualitätsminderung
durch hohen Druck und Zentrifugalkraft in einer heißen korrodierenden
Atmosphäre.
Die Gasturbinenteile erleiden ebenfalls eine beträchtliche
Beschädigung
aufgrund von einwirkenden Schlägen
von Fremdpartikeln. Diese Qualitätsminderung
führt zu
einer begrenzten Lebensdauer für
diese Teile. Da ihre Herstellung koststpielig ist, werden verschiedene
Reparaturverfahren verwendet, um beschädigte Gasturbinenblätter und
-schaufeln instandzusetzen, siehe zum Beispiel
US-A-5 451 142 . Jedoch erfordern
diese herkömmlichen
Reparaturverfahren im Allgemeinen arbeitsintensive Bearbeitungs-
und Schweißverfahren,
die das Teil häufig
einer beschädigenden
Belastung aussetzen. Zudem verwenden diese herkömmlichen Reparaturverfahren
typischerweise Niederdruckplasmaspritzen zur Auftragung eines Beschichtungsmaterials.
Herkömmliche
Plasmaspritzbeschichtungsverfahren tragen das Beschichtungsmaterial
bei einer relativ geringen Geschwindigkeit auf, was zur Bildung
von Poren in der Beschichtung und zu einer Beschichtungsdichte führt, die
typischerweise eine Porosität
von etwa 5,0% aufweist. Wiederum entsteht die Bindung zwischen dem
Substrat und der Beschichtung hauptsächlich durch mechanische Adhäsion an
einer Bindungsgrenzfläche,
und wenn die Beschichtung ausreichenden Scherkräften ausgesetzt wird, platzt
sie von dem Werkstücksubstrat
ab. Des Weiteren werden sie aufgrund der hohen Porosität der Beschichtung,
die beim herkömmlichen
Plasmaspritzbeschichten erreicht wird, zu unzureichenden Kandidaten
für Diffusionsbindung
durch das hierin beschriebene HIP-Behandlungsverfahren.
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3(a) ist eine schematische Seitenansicht und 3(b) ist eine schematische Querschnittsansicht des
abgenutzten Turbinentriebwerkteils, die die abgenutzten Bereiche 20 zeigt,
welche unter Verwendung des Verfahrens der Erfindung zum Reparieren
eines Turbinentriebwerkteils repariert werden sollen. Der von gestrichelten
Linien umgebene Bereich stellt das Material dar, das angefressen
ist oder auf andere Weise von dem ursprünglichen Turbinentriebwerkteil
verloren gegangen ist. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird dieser Bereich unter Verwendung desselben Materials
wie das des originalen Blatts 18 und unter Verwendung des Metallbehandlungsverfahrens
der Erfindung wiederhergestellt. Das abgenutzte Turbinentriebwerkteil
(in diesem Fall ein Turbinenblatt 18) wird zuerst gereinigt,
um die abgenutzten Oberflächen
für das
Schweißen
vorzubereiten (siehe Schritt Eins, 1).
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4(a) ist eine schematische Seitenansicht und 4(b) ist eine schematische Querschnittsansicht des
abgenutzten Turbinentriebwerkteils, die die abgenutzten Bereiche
zeigen, die mit ähnlichem
Schweißmaterial 22 gemäß dem Verfahren
der Erfindung zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils gefüllt sind
(siehe Schritt Zwei, 1. Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist das Schweißmaterial
dasselbe wie das Material des originalen Blatts 18, wodurch
die Bindung zwischen der Schweißnaht
und dem Substrat außergewöhnlich stark wird.
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5(a) ist eine schematische Seitenansicht und 5(b) ist eine schematische Querschnittsansicht des
geschweißten
Turbinentriebwerkteils 25, die Bereiche 24 zeigen,
welche unter Verwendung eines HVOF-Spritzbeschichtungsverfahrens
gemäß dem Verfahren
der Erfindung zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils mit einem ähnlichen
Beschichtungsmaterial aufgebaut werden sollen. Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist das Beschichtungsmaterial dasselbe wie das Material des originalen
Blatts 18, wodurch die Bindung zwischen der Schweißnaht und
dem Substrat wiederum außergewöhnlich stark
wird.
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6(a) ist eine schematische Seitenansicht und 6(b) ist eine schematische Querschnittsansicht des
durch HVOF aufgebauten geschweißten
Turbinentriebwerkteils 27, die einen Bereich 26 zeigen,
der abgedeckt wird, bevor das HVOF-Spritzbeschichtungsverfahren gemäß dem Verfahren
der Erfindung zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils ausgeführt wird.
Das Beschichtungsmaterial wird bis zu einer Dicke aufgebaut, die
wirksam ist, um nach dem Durchführen
einer isostatischen Wärmedruckbehandlung
(unten beschrieben) die gewünschten
endgültigen
Abmessungen zu erreichen.
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Das
Beschichtungsverfahren mit hoher Dichte kann das Ausführen eines
Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahrens umfassen. Im Fall von
HVOF werden ein Brenngas und Sauerstoffverwendet, um eine Verbrennungsflamme
von 2500 bis 3100°C
zu erzeugen. Die Verbrennung findet bei einem sehr hohen Kammerdruck
statt, und ein Überschallgasstrom
drückt
das Beschichtungsmaterial bei sehr hohen Partikelgeschwindigkeiten
durch einen Zylinder mit einem kleinen Durchmesser. Das HVOF-Verfahren führt zu äußerst dichten,
gut gebundenen Beschichtungen. Typischerweise können HVOF-Beschichtungen bei
einer Porosität von
ungefähr
0,5% nahezu 100%ig dicht gebildet werden. Die hohen Partikelgeschwindigkeiten,
die unter Verwendung des HVOF-Verfahrens erreicht werden, führen im
Vergleich zu anderen Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise
dem herkömmlichen
Plasmaspritzverfahren oder dem chemischen Bedampfungsverfahren,
zu einer vergleichsweise besseren Bindung zwischen dem Beschichtungsmaterial
und dem Turbinentriebswerkteil. Jedoch bildet das HVOF-Verfahren
ebenfalls eine Bindung zwischen dem Beschichtungsmaterial und dem Turbinentriebswerkteil,
die hauptsächlich
durch mechanische Adhäsion
an einer Bindungsgrenzfläche
auftritt. Wie unten beschrieben wird, wird gemäß der vorliegenden Erfindung
diese mechanische Bindung in eine metallurgische Bindung umgewandelt,
indem eine Diffusionsbindung zwischen dem Beschichtungsmaterial
und dem Turbinentriebwerkteil erzeugt wird. Die Diffusionsbindung
weist nicht die Grenzfläche
auf, die gewöhnlich die
Schadensstelle ist.
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Die
Diffusionsbindung wird erzeugt, indem das beschichtete Turbinentriebwerkteil
einer isostatischen Wärmedruckbehandlung
(HIP) unterzogen wird. Die geeigneten Parameter der isostatischen
Wärmedruckbehandlung
werden abhängig
von der Beschichtung, dem Turbinentriebwerkteilsubstrat und den
endgültigen
Eigenschaften ausgewählt,
die gewünscht
sind. Die isostatische Wärmedruckbehandlung
wird an dem beschichteten Turbinentriebwerkteil ausgeführt, um
ein Metallprodukt zu erhalten, das die gewünschten endgültigen Abmessungen
und eine Diffusionsbindung zwischen dem Beschichtungsmaterial und
dem Turbinentriebwerkteil aufweist.
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7 ist
eine schematische Ansicht des durch HVOF aufgebauten geschweißten Turbinentriebwerkteils 27,
das einem HIP-Behandlungsverfahren in einem HIP-Behälter 14 gemäß dem Verfahren
der Erfindung zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils unterzogen
wird.
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Eine
HIP-Behandlung wird herkömmlicherweise
bei der Verdichtung von Gussmetallkomponenten und als Diffusionsbindungsverfahren
zur Verfestigung von Pulvermetallen verwendet. Beim HIP-Behandlungsverfahren
wird ein zu behandelndes Teil auf eine hohe Temperatur und einen
hohen isostatischen Druck gebracht. Typischerweise wird das Teil
auf das 0,6- bis 0,8fache des Schmelzpunkts des Materials gebracht,
aus dem das Teil besteht, und einem Druck im Bereich des 0,2- bis
0,5fachen der Verformungsfestigkeit des Materials ausgesetzt. Das
Unter-Druck-Setzen wird erreicht, indem ein Edelgas, wie beispielsweise
Argon, in einen Druckbehälter 14 gepumpt
wird. In dem Druckbehälter 14 befindet
sich ein Hochtemperaturofen, der das Gas auf die gewünschte Temperatur
erhitzt. Die Temperatur und der Druck werden für eine bestimmte Zeitspanne gehalten
und daraufhin wird das Gas abgekühlt
und abgelassen.
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Das
HIP-Behandlungsverfahren wird verwendet, um nahezu netzförmige Komponenten
zu erzeugen, wodurch der Bedarf für nachfolgende Bearbeitungsvorgänge verringert
oder beseitig wird. Des Weiteren kann durch eine präzise Steuerung
der Temperatur, des Drucks und der Zeit eines HIP-Behandlungsablaufs
eine bestimmte Mikrostruktur für
das behandelte Teil erreicht werden.
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8(a) ist eine schematische Seitenansicht und 8(b) ist eine schematische Querschnittsansicht des
endgültigen
HVOF-spritzbeschichteten und durch HIP reparierten Turbinentriebwerkteils 28,
das eine ähnliche
Metallbeschichtungsschicht, die an das originale ursprüngliche
Substrat diffusionsgebunden ist, und geschweißte Abschnitte gemäß des Verfahrens
der Erfindung zum Reparieren eines Turbinentriebwerkteils aufweist.
Durch eine korrekte Neubildung des Turbinentriebwerkteils können die
endgültigen
Abmessungen des fertiggestellten Turbinentriebwerkteils durch die
präzise
Steuerung des Ausbaus von Beschichtungsmaterial, wenn das HVOF-Plasmaspritzverfahren
ausgeführt
wird, exakt erreicht werden. Alternativ kann das mit HIP behandelte
und durch HVOF beschichtete Turbinentriebwerkteil wie notwendig
auf die endgültigen
Abmessungen behandelt werden (Schritt Acht).
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Es
wurde ein experimentelles Teststück
gemäß dem Verfahren
der Erfindung zur Behandlung von Metallkomponenten hergestellt.
Mikrofotografien des Teststücks
zeigten die Kornstruktur und die Diffusionsbindung des Beschichtungsmaterial
und des Substrats nach Ausführung
des Verfahrens der Erfindung. Das HIP-Behandlungsverfahren wurde
an einem durch HVOF beschichteten Testsubstrat ausgeführt, um
die Adhäsionsbindung
zwischen der Beschichtung und dem Substrat, die nur eine mechanische
Bindung ist, in eine Diffusionsbindung, die eine metallurgische
Bindung ist, umzuwandeln. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein HVOF-Beschichtungsverfahren verwendet, um das
Beschichtungsmaterial aufzutragen, das eine ausreichende Dichte
aufweist, um den Verdichtungsveränderungen,
die während
des HIP-Verfahrens auftreten, wirksam unterzogen zu werden. Im Fall
des Teststückbeispiels
bestehen das Beschichtungsmaterial 12 und das Werkstücksubstrat
aus derselben Metallzusammensetzung. Die Diffusionsbindung führt zu einem Übergang zwischen
dem Substrat und der Beschichtung, die eine viel stärkere strukturelle
Unversehrtheit und bessere Verschleißeigenschaften aufweist als
die herkömmliche
Technik.
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Das
Teststück
wurde hergestellt, indem Beschichtungsmaterial
12 bis zu
einer Dicke von etwa 0,51 mm (0,02 Zoll) aufgebaut wurde, und die
Zusammensetzung der Teststücke
wurde an sieben Stellen (A–G) über einen
Querschnitt des Stücks
hinweg bestimmt. Die Zusammensetzung stellte sich als im Wesentlichen gleichmäßig über den
Querschnitt des Teststücks
hinweg heraus, wie in der folgenden Tabelle gezeigt. Tabelle I Elementarzusammensetzung
| (Gew.%) |
| Element | A | B | C | D | E | F | G |
| Aluminium | 5,4 | 5,2 | 5,5 | 6,2 | 6,3 | 6,4 | 6,5 |
| Titan | 0,6 | 0,6 | 1,0 | 0,6 | 1,0 | 0,6 | 0,9 |
| Chrom | 12,9 | 13,2 | 14,5 | 12,7 | 11,5 | 13,7 | 14,1 |
| Nickel | Rest | Rest | Rest | Rest | Rest | Rest | Rest |
| Niob | 1,4 | 1,5 | 1,8 | 2,1 | 1,7 | 2,3 | 2,6 |
| Molybdän | 3,7 | 4,1 | 3,6 | 3,3 | 3,4 | 3,9 | 3,0 |
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Eine
Mikrofotografie des behandelten Werkstücks zeigt die Kornstruktur
und die Diffusionsbindung des Beschichtungsmaterials und des Substrats
nach Ausführung
des Verfahrens der Erfindung. Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird das HIP-Behandlungsverfahren
an einem durch HVOF aufgebauten geschweißten Turbinentriebwerkteil
ausgeführt,
um die Adhäsionsbindung,
die nur eine mechanische Bindung ist, in eine Diffusionsbindung,
die eine metallurgische Bindung ist, umzuwandeln. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein HVOF-Beschichtungsverfahren verwendet, um das
Beschichtungsmaterial 12 aufzutragen, das eine ausreichende
Dichte aufweist, um den Verdichtungsveränderungen, die während des
HIP-Verfahrens auftreten, wirksam unterzogen zu werden. Wenn das
Beschichtungsmaterial 12 und das Werkstücksubstrat aus derselben Metallzusammensetzung
bestehen, dann ergibt die Diffusionsbindung einen glatten Übergang
zwischen dem Substrat und der Beschichtung. Im Gegensatz dazu führt ein
herkömmliches
Plasmaspritzbeschichtungsverfahren zu einer relativ schwachen Bindung
zwischen der Beschichtung und dem Substrat. Die Bindung ist hauptsächlich auf
eine mechanische Adhäsionsbindung
zurückzuführen, die
relativ lokal in einer Grenzfläche auftritt.
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Im
Hinblick auf die vorangehende Beschreibung ist ersichtlich, dass
die optimalen Abmessungsverhältnisse
für Teile
der Erfindung, einschließlich
Veränderungen
der Größe, Materialien,
Form, Erscheinungsform, Funktion und Betriebsweise, Zusammenbau
und Verwendung, als Fachleuten leicht ersichtlich und offenkundig
angesehen werden. Alle Verhältnisse,
die zu den in den Zeichnungen veranschaulichten und in der Beschreibung
beschriebenen Verhältnissen äquivalent
sind, sollen in der vorliegenden Erfindung inbegriffen sein.
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Daher
wird das Vorangehende nur als die Prinzipien der Erfindung veranschaulichend
angesehen. Da Fachleuten leicht zahlreiche Modifikationen und Veränderung
ersichtlich sind, ist des Weiteren nicht gewünscht, die Erfindung auf die
exakte gezeigte und beschriebene Konstruktion und den exakten gezeigten
und beschriebenen Betrieb zu beschränken. Demgemäß fallen
alle geeigneten Modifikationen und Äquivalente, die angewendet
werden können,
in den Bereich der Erfindung.