DE69911948T2

DE69911948T2 - Verfahren zum Verschliessen von Kühlungsöffnungen eines Gasturbinebauteils

Info

Publication number: DE69911948T2
Application number: DE69911948T
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr. Beeck; Andreas Bögli; John Dr. Fernihough
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-08-10
Also published as: US6265022B1; DE69911948D1; EP1076107A1; EP1076107B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das Verstopfen von Kühlöffnungen eines Gasturbinenbauteils.
STAND DER TECHNIK
Bauteile, wie beispielsweise Gasturbinenflügel, Schaufeln und andere gekühlte Einzelteile, enthalten oft Hohlräume, welche Kühlluft auf mehrere Öffnungen in der Wand des Einzelteils verteilen, welche zur äußeren Oberfläche führen. Die meisten Turbinenbauteile sind zum Schutz vor Oxidation und/oder Korrosion mit beispielsweise einer MCrAlY-Beschichtung überzogen (Basisschicht), und manche sind auch mit einer Wärmesperrenbeschichtung (WSB) zur thermischen Isolierung überzogen. Die Betriebsanforderungen der Einzelteile in einer Gasturbine führen oft zum Abbau der Beschichtung, bevor die strukturelle Integrität des zu Grunde liegenden Einzelteils selbst abgebaut wird. Daher muss die Basisschicht und die WSB entfernt und erneut aufgetragen werden.
Der Neuauftrag der Beschichtungen kann bei Einzelteilen mit einer großen Zahl von Kühlöffnungen sehr problematisch sein. Die Basisschicht kann oft Dicken von 150 bis 300 μm erreichen, und die Dicke der WSB kann weitere 200 bis 500 μm betragen. Die kombinierten Dicken dieser Beschichtungen würden einen sehr signifikanten (und negativen) Einfluss auf die Wirksamkeit der Kühlöffnungen aufweisen, falls die Beschichtungen in diesen Öffnungen abgelagert werden, insbesondere wenn man sich überlegt, dass die Durchmesser mancher Öffnungen 1 mm oder weniger betragen. Speziell geformte Kühlöffnungen sind dafür besonders empfindlich, da ihre Wirksamkeit stark von der Genauigkeit der Öffnungsform abhängt.
Es gibt verschiedene Offenbarungen, welche dieses Problem betreffen, und es gibt verschiedene, weithin bekannte Verfahren. Durchschnittsfachleuten ist bewusst, dass es ein übliches Verfahren ist, die Öffnungen mit einem geeigneten Material zuzulöten oder zuzuschweißen, nachdem die alten Beschichtungen entfernt wurden, die neuen Beschichtungen aufzubringen und die Öffnungen wieder herzustellen. Das damit verbundene Problem ist, dass die Löt- oder Schweißarbeiten Schwächebereiche in das Material einbringen. Normale Herstellungsarbeiten der Öffnungen weisen Fehler auf, welche mit der Platzierung der Öffnungen verbunden sind, und falls Schweiß- oder Lötmaterial übrig bleibt, werden die Schwächebereiche mit dem Einzelteil in Betrieb genommen und beeinträchtigen die mechanische Integrität des Einzelteils.
Eine Offenbarung, welche eine Lösung dafür bietet, ist US 5,702,288 , bei welcher ein Schleifschlamm in den Hohlraum des Bauteils injiziert und durch die Kühlöffnungen hindurchgepresst wird, welche teilweise mit dem Beschichtungsmaterial bedeckt sind. Vor dem Beschichten wurde weder zugeschweißt noch zugelötet. Dies schleift jedoch auch die interne Kühlanordnung (Rippen), jedwede Einsätze und auch den unbeschichteten Abschnitt der Kühlöffnungen ab.
Eine andere Offenbarung, welche eine bessere Lösung bietet, ist US 4,743,462 , bei welcher flüchtige Stopfen in die Kühlöffnungen eingesetzt werden und während des Beschichtungsverfahrens teilweise, verflüchtigt werden. Die Verflüchtigung unterbricht die Beschichtung im Bereich der Öffnung, und wenn die Stopfen einmal vollständig entfernt sind, sind die Öffnungen im Wesentlichen beschichtungsfrei, und die Kühlluft wird nicht behindert. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass der große Abschnitt des Stopfens, welcher die Oberfläche verstellt, keine glatte Fortsetzung der Kühlöffnung darstellt (er ist größer als der Anfang der Kühlöffnung angesetzt), weshalb der Kühlluftweg von der beabsichtigten Gestalt verschieden sein wird. Dies trifft insbesondere für Schichtkühlöffnungen und speziell geformte Öffnungen zu, welche stark von der Form der Öffnung nahe der äußeren Oberfläche des Einzelteils abhängen. Wenn die Wände der Kühlöffnungen nicht über den ganzen Weg durch die Beschichtungslagen gerade gehalten werden (noch einmal, MCrAlY und WSB können mit 0,8 mm oder mehr zur Dicke beitragen), wird die Wirksamkeit der Kühlung signifikant beeinträchtigt.
Ein weiterer Nachteil des in US 4,743,462 offenbarten Verfahrens ist, dass die Stopfen alle individuell in den Kühlöffnungen platziert werden müssen. Dies ist für kleine, einfache Einzelteile von Flugtriebwerken realisierbar, wie beispielsweise dasjenige, welches in der Offenbarung dargestellt ist (welches nur verschiedene Reihen mit Kühlöffnungen an der Vorderkante umfasst), für große Turbinenbauteile von landgestützten Gasturbinen jedoch, welche mehrere Hundert Kühlöffnungen umfassen können, ist es nicht mehr realisierbar, Stopfen individuell in jeder Öffnung zu platzieren. Dies wird ferner durch die Tatsache verkompliziert, dass jedes Bauteil mit mehreren verschiedenen Typen von Kühlöffnungen hergestellt werden kann – einschließlich konischer, gerade zylindrischer und Öffnungen mit sich verändernden Wandwinkeln. Jeder Kühlöffnungstyp würde seinen eigenen, gesondert gestalteten Stopfen erfordern.
Eine weitere Offenbarung, bei welcher alle Öffnungen auf einmal verstopft werden, wird in US 5,800,695 gegeben. Ein Maskierungsmittel wird in der Kühlanordnung platziert und durchgepresst bis es die Kühlöffnungen von der Innenseite ausfüllt, aber nur bis zum Niveau der äußeren Oberfläche des Bauteils. Dann wird eine Beschichtung aufgebracht, in diesem Fall elektrolytisch aufgebrachtes Platin. Wegen der fehlenden Leitfähigkeit des Maskierungsmittels aus Kunststoff, welches in der Offenbarung genannt wird, wird sich kein Pt auf dem Maskierungsmittel in den Kühlöffnungen ablagern. Falls jedoch die Beschichtung unter Verwendung eines thermischen Sprühverfahrens aufgebracht wird, würde es das Maskierungsmittel in den Kühlöffnungen überziehen, wobei eine Lage ausgebildet würde, welche nach der Entfernung des Maskierungsmittels verbleiben würde. Diese Lage müsste entfernt werden. Es wird keine Lösung für dieses Problem vorgeschlagen – insbesondere wie die Lage des Beschichtungsmaterials in einer derartigen Weise zu entfernen ist, dass die beabsichtigte Gestalt der Kühlöffnung durch die Dicke des Beschichtungsmaterials hindurch erhalten bleibt.
Zusätzlich werden nur Kunststoffmaterialien als Maskierungsmaterialien spezifiziert, und in US 4,743,462 wird das Maskierungsmaterial so spezifiziert, dass es sich bei einer Temperatur unterhalb der des Auftragverfahrens verflüchtigt. Das Problem damit ist, dass bei einem Einzelteil, welches eine MCrAlY-Beschichtung und eine WSB erfordert, die MCrAlY-Beschichtung durch eine Hochtemperaturbehandlung (ungefähr 1000°C bis 1150°C im Vakuum) „diffusionsverschweißt" werden muss, bevor die WSB aufgebracht werden kann. Diese spezifizierten Materialien würden für das WSB-Beschichtungsverfahren nicht zurückbehalten werden und würden entweder erneut angewendet werden müssen oder der Vorteil der Maskierung würde verloren gehen. In der Tat legt das Beispielverfahren im Patent US 5,800,695 klar fest, dass nach der elektrolytischen Platin-Beschichtung das Maskierungsmittel entfernt wird und die Einzelteile dann veraluminiert werden, ohne Erwähnung des Schutzes der Kühlöffnungen vor Al-Ablagerungen.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für das Verstopfen aller Kühlöffnungen eines Bauteils auf einmal zu finden, wobei die Maskierung die Wände der Kühlöffnungen jenseits der äußeren Oberfläche des Bauteils definiert, so dass das abgelagerte Beschichtungsmaterial die beabsichtigte Form der Kühlöffnung ausbildet.
Erfindungsgemäß wurde ein Verfahren für das Verstopfen von Kühlöffnungen eines Gasturbinenbauteils mit einer äußeren Oberfläche, welche einen Hohlraum und mehrere Kühlöffnungen umfasst, vor dem Beschichten des Gasturbinenbauteils gefunden, dadurch gekennzeichnet, dass Maskierungsmaterial auf die äußere Oberfläche des Bauteils aufgebracht wird, während ein Strömungsmittel durch die Kühlöffnungen hindurchgepresst wird, das Maskierungsmaterial verdickt wird, während das Strömungsmittel durch die Kühlöffnungen hindurchgepresst wird, die Kühlöffnungen mit Stopfenmaterial verstopft werden, das Maskierungsmaterial von der äußeren Oberfläche des Bauteils entfernt wird, das Bauteil und die verstopften Kühlöffnungen beschichtet werden und das Stopfenmaterial aus den Kühlöffnungen entfernt wird.
Die wichtigste Verbesserung der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik ist, dass die Kühlöffnungen während der Beschichtungsauftragsverfahren erneut in ihrer ursprünglich beabsichtigten Gestalt ausgeformt werden, sogar durch die Dicke der aufgebrachten Beschichtung hindurch. Dies kann ferner durch Hindurchpressen eines Strömungsmittels durch die Kühlöffnungen verbessert werden, welches Schleifpartikel enthält, nachdem die Maskierung der äußeren Oberfläche der Energiequelle ausgesetzt wurde und bevor die Kühlöffnungen verstopft werden. Es können viele verschiedene Energiequellen, verschiedene Maskierungsmaterialien und Stopfenmaterialien für das Verfahren der Erfindung verwendet werden. Das Stopfenmaterial kann vorteilhaft Feststoffpartikel enthalten, so dass nach dem Verdicken und mit der richtigen Wärmebehandlung zur Verflüchtigung eines Anteils des Stopfenmaterials eine poröse, feste Form zurückbleibt, welche den hohen Temperaturen der Diffusionswärmebehandlung widerstehen kann, welche vor der Aufbringung der Wärmesperrenbeschichtung (WSB) für die Verbindung zwischen dem Basismaterial des Bauteils und der MCrAlY-Beschichtung nötig ist. Ein anderer Vorteil wird erzielt, wenn ein Einsatz im Hohlraum des Bauteils platziert wird, um zu vermeiden, dass flüssiges Maskierungsmaterial in den Hohlraum eindringt und dort verdickt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen
1 einen Gasturbinenflügel mit Kühlanordnung,
2 einen Schnitt durch die Linie II-II durch den in 1 gezeigten Gasturbinenflügel, umfassend einen Hohlraum und mehrere Kühlöffnungen,
3a den ersten Schritt des Verfahrens gemäß der Erfindung, das Blasen eines Strömungsmittels durch die Kühlöffnungen, gezeigt als ein Beispiel an einer Kühlöffnung, wie in 2 im Kreis III gegeben,
3b den zweiten Schritt des Verfahrens gemäß der Erfindung, das Ablagern eines Maskierungsmaterials auf der äußeren Oberfläche des Bauteils, während das Strömungsmittel durch die Kühlöffnung geblasen wird,
3c den dritten Schritt des Verfahrens gemäß der Erfindung, das Verdicken des Maskierungsmaterials mittels Energie, während immer noch das Strömungsmittel durch die Kühlöffnung geblasen wird,
3d einen optionalen Schritt des Verfahrens gemäß der Erfindung, das Hindurchpressen eines Strömungsmittels, welches einen Schleifschlamm enthält, durch die Kühlöffnung und dadurch das Erhalten von wohlgeformten Öffnungen,
3e den vierten Schritt des Verfahrens gemäß der Erfindung, das Maskieren der Kühlöffnung mit einem Stopfenmaterial,
3f den fünften Schritt des Verfahrens gemäß der Erfindung, das Bauteil nach dem Entfernen des verdickten Maskierungsmaterials von der äußeren Oberfläche des Bauteils, während das Stopfenmaterial innerhalb der Kühlöffnung verbleibt, wobei es sich über die äußere Oberfläche des Bauteils hinaus ausdehnt,
3g den sechsten Schritt des Verfahrens gemäß der Erfindung, das Ablagern der Beschichtung auf der äußeren Oberfläche des Bauteils,
3h den siebten Schritt des Verfahrens gemäß der Erfindung, das Entfernen des Stopfenmaterials aus der Kühlöffnung und
4 einen Querschnitt durch einen Gasturbinenflügel mit einem Einsatz innerhalb des Hohlraums.
Die Zeichnungen zeigen nur die Teile, welche für die Erfindung wichtig sind. Gleiche Elemente werden in verschiedenen Zeichnungen auf die gleiche Weise nummeriert.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
1 zeigt ein Bauteil 1, wie beispielsweise einen Flügel oder eine Schaufel von Gasturbinenmotoren, welches einen Hohlraum 2, in 1 nicht sichtbar, eine Plattform 3 und Kühlöffnungen 4 umfasst, welche auf der äußeren Oberfläche 7 des Bauteils 1 sowie auf der Plattform 3 des Bauteils 1 liegen. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Maskierverfahren für Kühlöffnungen 4 im Bauteil 1, bevor die Ablagerung von Beschichtungsmaterial auf der äußeren Oberfläche 7 des Bauteils 1 stattfindet.
Gemäß der Linie II-II in der 1 zeigt 2 einen Querschnitt durch das Bauteil 1. Das Bauteil 1 umfasst einen Hohlraum 2 und drei Kühlöffnungen 4. Die Anzahl der Kühlöffnungen 4 wird nur als ein Beispiel gegeben und kann mit dem Verwendungszweck des Bauteils 1 variieren. Das Bauteil 1 weist eine äußere Oberfläche 7 und eine innere Oberfläche 7a auf.
Es ist möglich, das Verfahren für die Beschichtung eines neuen Bauteils 1 sowie für ein Bauteil 1 zu verwenden, welches nach der Benutzung repariert werden muss. In diesem Fall wird die alte Beschichtung eines bereits beschichteten Bauteils 1 durch irgendein Mittel (chemisches Abbeizen mit HCl, Wasserstrahl, Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, usw.) abgelöst, um die äußere Oberfläche 7 des Bauteils 1 freizulegen. Die äußere Oberfläche 7 des Bauteils 1 und die Oberflächen der Kühlöffnungen 4 können gereinigt oder auf andere Weise für den Erhalt des Maskierungsmaterials vorbereitet werden.
Die Schritte des Verfahrens der Erfindung werden in den 3a bis 3h gegeben, welche eine Kühlöffnung 4 des Bauteils 1 detailliert zeigen, wie in der 2 im Kreis III als ein Beispiel gegeben wird.
Die 3a zeigt den ersten Schritt des Verfahrens gemäß der Erfindung. Ein Strom 5 eines Strömungsmittels wie beispielsweise Luft oder Wasser wird durch die Kühlöffnung 4 hindurchgepresst. Wie aus 3b ersichtlich, wird die äußere Oberfläche 7 des Bauteils 1 zur gleichen Zeit, wie der Strom 5 durch die Kühlöffnungen 4 hindurchgepresst wird, mit dem Maskierungsmaterial 6 maskiert. Das Bauteil 1 wird mit einem Maskierungsmaterial 6 beschichtet, besprüht oder darin getaucht, welches wenigstens teilweise flüssig ist und welches verdickt, was bedeutet, dass es viskoser oder fest wird, wenn es einer Energiequelle ausgesetzt wird. Der Strom 5 verhindert das Eindringen von jeglichem Maskierungsmaterial 6 in die Kühlöffnung 4 und legt auch die Form der Kühlöffnung 4 fest, welche das Maskierungsmaterial 6 annimmt, während es auf der äußeren Oberfläche 7 des Bauteils 1 verdickt. Dieses Verfahren bewirkt, dass das Maskierungsmaterial 6 die Form der Kühlöffnung 4 über der äußeren Oberfläche 7 auf eine Form festlegt, welche sehr genau derjenigen entspricht, welche ursprünglich beabsichtigt war.
Dieser Arbeitsablauf kann mehrere Male wiederholt werden, bis eine gewünschte Dicke des Maskierungsmaterials 6 erzielt ist: der bevorzugte Bereich ist wenigstens gleich der(den) aufzubringenden Beschichtung(en), der ganz besonders bevorzugte Bereich ist wenigstens zwei bis drei Mal die Dicke der aufzubringenden Beschichtung(en).
Als Maskierungsmaterial 6 können verschiedene Substanzen verwendet werden:

1. ein organisches Material oder
2. ein Kunststoffharz, wie beispielsweise Polyurethan, eine Polyurethan-Oligomerenmischung, Polyisobutylmethacrylat, Polyvinyltoluol, Polypropylen oder eine Polypropylen-/Polyurethan-Oligomerenmischung, die Klasse der Ketone oder Silikone, oder irgendein photopolymerisierendes Harz oder Harzmischung,
3. das Maskierungsmaterial 6 kann auch eine Substanz sein, welche nicht mimdestens teilweise flüssig, sondern ein Pulver ist, was eine Ansammlung von festen Partikeln bedeutet. Das Verdicken des Pulvers bezieht sich dann auf die Agglomeration und das Zusammenkleben zum Ausbilden von Klumpen oder einer großen festen Masse von individuellen Pulverpartikeln. Das Pulver muss einer Energiequelle gegenüber empfindlich sein, was bedeutet, dass die Pulverpartikel unter dem Einfluss der Energiequelle agglomerieren oder
4. ein Wachs oder ein Kohlenwasserstoff, das/der bei Raumtemperatur fest ist.

Die 3c zeigt den dritten Schritt des Verfahrens gemäß der Erfindung. Die gewünschte Energiequelle wird auf der Seite der äußeren Oberfläche 7 platziert, so dass die Energie 8 unmittelbar auf das Maskierungsmaterial 6 auftrifft, welches sich durch dieses Mittel verdickt. In der 3c ist das verdickte Material 6a mit einem unterschiedlichen Muster gezeigt. Das Maskierungsmaterial kann sich auch ohne die Verwendung einer Energiequelle verdicken (z. B. das Wachs, welches bei Raumtemperatur fest ist). In diesem Fall braucht das frisch maskierte Bauteil nur in einer Umgebung (oder unter Verwendung eines Strömungsmittels) mit einer derartigen Temperatur platziert werden, dass die Maskierung durch die Veränderung ihrer Temperatur verdickt.
Es können verschiedene Energiequellen verwendet werden, um das gewünschte Resultat zu erzielen:

1. sie kann elektromagnetisch sein, wie beispielsweise sichtbares Licht, ultraviolettes Licht oder infrarotes Licht,
2. sie kann ein Gerät sein, welches gerichtetes Licht bereitstellt, wie beispielsweise ein Laser,
3. die Energiequelle kann auch ein Gerät sein, welches Licht mit einer einzelnen Wellenlänge oder mit einer um eine gewünschte Wellenlänge zentrierten Wellenlängenverteilung mit einer schmalen Bandbreite bereitstellt,
4. die Energiequelle kann eine Infrarotstrahlung sein, oder
5. die Energiequelle kann Schallschwingungen im Frequenzbereich von Infraschall (unter 20 Hz) bis Ultraschall (über 20.000 Hz) sein. In diesem Fall kann die Energiequelle ein Energieumwandler (d. h. ein Ultraschallwandler) sein, oder
6. die Energiequelle ist Mikrowellenstrahlung.

Als eine Abänderung dieser Erfindung, nachdem die gewünschte Dicke des verdickten Maskierungsmaterials 6a erzielt ist, wird ein Strömungsmittel 5a, welches Schleifpartikel enthält, durch die Kühlöffnungen 4 hindurchgepresst. Dies wird in 3d gezeigt. Die Schleifpartikel sind hart genug, um das verdickte Maskierungsmaterial 6a abzutragen, jedoch nicht den metallischen Abschnitt des Bauteils 1 selbst. Hiermit soll die ursprünglich beabsichtigte Form der Kühlöffnung 4 genauer durch die Beschichtung (en) über die äußere Oberfläche 7 des Bauteils 1 hinaus erzielt werden (falls diese Wirkung gebraucht wird).
3e zeigt den vierten Schritt des Verfahrens gemäß der Erfindung. Wenn die gewünschte Dicke des verdickten Maskierungsmaterials 6a erzielt ist, werden die Kühlöffnung 4 und die Öffnung über der äußeren Oberfläche 7 des Bauteils 1 mit einem Stopfenmaterial 6b aufgefüllt, welches ausreichend verschieden vom verdickten Mas kierungsmaterial 6a ist. Nach dem Verstopfen der Kühlöffnungen 4 wird das verdickte Maskierungsmaterial 6a entfernt, während das Stopfenmaterial 6b im Wesentlichen am Ort zurückbleibt. Dies wird in 3e gezeigt. Beispielsweise könnte das Stopfenmaterial 6b eine Variante des Maskierungsmaterials 6a sein, welches eine hohe Dichte von metallischen oder keramischen Partikeln enthält.
Allgemein gesagt könnte das Stopfenmaterial 6b Folgendes sein:

1. ein organisches Material
2. ein Kunststoffharz, wie beispielsweise Polyurethan, eine Polyurethan-Oligomerenmischung, Polyisobutylmethacrylat, Polyvinyltoluol, Polypropylen oder eine Polypropylen-/Polyurethan-Oligomerenmischung, die Klasse der Ketone oder Silikone oder irgendein photopolymerisierendes Harz oder Harzmischung, in einer Abänderung davon könnte es Metall- oder Metalloxidpartikel wie beispielsweise Kieselerde, Magnesia, Kalziumoxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Yttriumoxid oder eine Mischung davon enthalten, in einer Ausführungsform wird, wie oben beschrieben, das verdickte Stopfenmaterial 6b, welches die Metall- oder Oxidpartikel enthält, erhitzt, um den organischen Anteil des Stopfenmaterials zu verflüchtigen oder auf andere Weise zu entfernen, bevor die Beschichtung (en) auf der Oberfläche des Bauteils 1 abgelagert wird, es kann auch Bindemittel enthalten, welche beim Zusammenhalt der festen Metall- oder Oxidpartikel wirksam sind, nachdem der organische Anteil des Stopfenmaterials 6b entfernt wurde.
3. Das Stopfenmaterial 6b kann auch eine Substanz sein, welche nicht mindestens teilweise flüssig, sondern ein Pulver ist, was eine Ansammlung von festen Partikeln bedeutet. Das Verdicken des Pulvers bezieht sich dann auf die Agglomeration und das Zusammenkleben zum Ausbilden von Klumpen oder einer großen festen Masse von individuellen Pulverpartikeln. Das Pulver muss einer Energiequelle gegenüber empfindlich sein, was bedeutet, dass die Pulverpartikel unter dem Einfluss der Energiequelle agglomerieren. Das Pulver kann mit Partikeln aus Metall oder Oxidmaterial wie beispielsweise Kieselerde, Magnesia, Kalziumoxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Yttriumoxid oder einer Mischung davon vermischt werden, oder
4. das Stopfenmaterial 6b ist eine keramische Aufschlämmung oder eine Paste, welche im Wesentlichen kein Polymerisierungsmittel einschließt.

Ist das Stopfenmaterial 6b einmal ausgehärtet, kann die gesamte Baugruppe auf eine Temperatur erhitzt werden, welche das Maskierungsmaterial 6a entfernt und die keramischen oder metallischen Partikel im Stopfenmaterial 6b teilweise versintert. Das Stopfenmaterial 6b wird in die Kühlöffnung 4 des Bauteils 1 hinein ausgedehnt, so dass die Stopfen am Ort zurückbleiben, nachdem das verdickte Maskierungsmaterial 6a entfernt wird. Dies ist in der 3g gezeigt. Nachdem das Maskierungsmaterial 6a entfernt ist, kann die äußere Oberfläche 7 des Bauteils 1 zur Vorbereitung der Beschichtungsablagerung speziell gereinigt werden. Wie in 3f ersichtlich ist, findet das Ablagern der Beschichtung 9 auf der äußeren Oberfläche 7 unmittelbar auf den maskierten Kühlöffnungen 4 mit den Mitteln statt, welche nach dem Stand der Technik bekannt sind. Es kann mehr als eine Ablagerung der Beschichtung 9 geben, wie beispielsweise MCrAlY und WSB.
Nachdem das(die) Beschichtungsverfahren beendet ist(sind), wird das Stopfenmaterial 6b entfernt, um die Kühlöffnungen 4 freizulegen, welche im Wesentlichen frei vom Beschichtungsmaterial 9 sind, und welche Wände aufweisen, welche einheitlich durch das frisch abgelagerte Beschichtungsmaterial 9 verlaufen. Dies wird in 3h gezeigt. Dies kann durch Erhitzen der Bauteile für 2 Stunden auf 600°C in einem Vakuumofen erreicht werden. Zurückgebliebenes keramisches Material kann durch selektive chemische Reinigung, beispielsweise unter Verwendung von KOH, entfernt werden.
Es kann ein Vorteil sein, einen Einsatz 10 an die innere Oberfläche 7a innerhalb des Hohlraums 2 des Bauteils 1 zu platzieren, wie in 4 gezeigt. Der Einsatz 10 wird im Hohlraum 2 platziert, um zu vermeiden, dass überschüssiges und unerwünschtes Stopfenmaterial 6b im Hohlraum 2 verdickt. Der Einsatz 10 kann eine spezielle Beschichtung aufweisen, welche die einfache Entnahme aus dem Hohlraum 2 des Bauteils erlaubt, wenn das Stopfenmaterial 6b einmal verdickt wurde.
Es ist möglich, dass das Bauteil 1 vor oder während der Ausführung erhitzt oder gekühlt wird, um den Polymerisationsvorgang zu erleichtern. Wenn beispielsweise Wachs als ein Maskierungsmaterial 6 verwendet wird, kann das Bauteil in ein Bad aus geschmolzenem Wachs getaucht werden, während gekühlte Luft durch die Kühlanordnung geblasen wird, um zu bewirken, dass das Wachs schneller verdickt. In diesem Fall kann das gesamte Bauteil vor dem Tauchen in das Wachs gekühlt werden, um das Verdicken des Wachses auf der Oberfläche zu beschleunigen.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine existierende alte Beschichtung auf dem Bauteil 1 belassen. In diesem Fall werden die Kühlöffnungen 4 verstopft, und nachdem die Stopfen am Ort sind, wird die alte Beschichtung durch chemisches Ätzen entfernt. Es ist dann möglich, das Bauteil 1 wie oben beschrieben zu beschichten und die Stopfen zu entfernen.
Die wichtigste Verbesserung der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik ist, dass die Kühlöffnungen 4 während der Beschichtungsauftragsverfahren erneut sehr genau in ihrer ursprünglich beabsichtigten Gestalt ausgeformt werden, sogar durch die Dicke der aufgebrachten Beschichtung 9 hindurch.

NUMMERIERUNG

1: Bauteil, z. B. Flügel oder Schaufeln für Gasturbinen
2: Hohlraum
3: Plattform
4: Kühlöffnungen
5: Strom
5a: Strömungsmittel, welches Schleifpartikel enthält
6: Flüssiges Maskierungsmaterial
6a: Verdicktes Maskierungsmaterial
6b: Stopfenmaterial für Kühlöffnungen 4
7: Äußere Oberfläche
7a: Innere Oberfläche
8: Energie
9: Beschichtung
10: Einsatz

Claims

Verfahren für das Verstopfen von Kühlöffnungen (4) eines Gasturbinenbauteils (1) mit einer äußeren Oberfläche (7), umfassend einen Hohlraum (2) und mehrere Kühlöffnungen (4), vor dem Beschichten des Gasturbinenbauteils (1), dadurch gekennzeichnet, dass – Maskierungsmaterial (6) auf der äußeren Oberfläche (7) des Bauteils (1) aufgebracht wird, während ein Strömungsmittel durch die Kühlöffnungen (4) hindurchgepresst wird, – das Maskierungsmaterial (6) verdickt wird, während das Strömungsmittel durch die Kühlöffnungen (4) gepresst wird, – die Kühlöffnungen (4) mit einem Stopfenmaterial (6b) verstopft werden, – das Maskierungsmaterial (6a) von der äußeren Oberfläche (7) des Bauteils (1) entfernt wird, – das Bauteil (1) und die verstopften Kühlöffnungen (4) beschichtet werden und – das Stopfenmaterial (6b) aus den Kühlöffnungen (4) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsmittel (5a), welches Schleifpartikel enthält, nach dem Verdicken des Maskierungsmaterials (6) der äußeren Oberfläche (7) und bevor die Kühlöffnungen (4) verstopft sind durch die Kühlöffnungen (4) hindurchgepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Maskierungsmaterial (6) sich auf einer Länge erstreckt, welche wenigstens gleich der Dicke der Beschichtung (9) ist, welche über der äußeren Oberfläche (7) des Bauteils (1) abzulagern ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Maskierungsmaterial (6) sich auf eine Länge von 200% bis 300% der Beschichtung (9) erstreckt, welche über der äußeren Oberfläche (7) des Bauteils (1) abzulagern ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdicken des Maskierungsmaterials (6) vermittels einer Energiequelle geschieht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Maskierungs-(6) und/oder Stopfenmaterial (6b) ein organisches Material ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Maskierungs-(6) und/oder Stopfenmaterial (6b) ein Kunststoffharz ist, wie beispielsweise Polyurethan, eine Polyurethan-Oligomerenmischung, Polyisobutylmethacrylat, Polyvinyltoluol, Polypropylen oder eine Polypropylen-/Polyurethan-Oligomerenmischung, die Polymerklasse der Ketone oder Silikone oder irgendein photopolymerisierendes Harz oder Harzmischung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Maskierungsmaterial (6) und/oder das Stopfenmaterial (6a) ein Pulver ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stopfenmaterial (6a) Metallpartikel oder Oxidmaterial wie beispielsweise Kieselerde, Magnesia, Kalziumoxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Yttriumoxid oder eine Mischung davon enthält.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stopfenmaterial (6a), welches die Metall- oder Oxidpartikel enthält, erhitzt wird, um den organischen Anteil des Stopfenmaterials (6a) zu verflüchtigen oder auf andere Weise zu entfernen, bevor die Beschichtung (9) auf der äußeren Oberfläche (7) des Bauteils (1) abgelagert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stopfenmaterial (6a) Bindemittel mit einschließt, welche beim Zusammenhalt der festen Metall- oder Oxidpartikel wirksam sind, nachdem der organische Anteil des Stopfenmaterials (6a) entfernt wurde.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Maskierungsmaterial (6) ein Wachs oder ein Kohlenwasserstoff ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stopfenmaterial (6b) eine keramische Aufschlämmung oder eine Paste ist, welche im Wesentlichen kein Polymerisierungsmittel einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einsatz (10) im Hohlraum (2) des Bauteils (1) platziert wird, bevor die Kühlöffnungen (4) verstopft werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) vor oder während der Ausführung irgendeines der Verfahrensschritte erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) vor oder während der Ausführung irgendeines der Verfahrensschritte gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Strömungsmittels, welches durch die Kühlöffnungen (4) hindurchgepresst wird, gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine alte Beschichtung während des Maskierverfahrens und dem Verfahren des Verstopfens verbleibt und die alte Beschichtung durch chemisches Ätzen vom Bauteil (1) entfernt wird, nachdem das Maskierungsmaterial (6) entfernt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Anwendung des Verfahrens eine alte Beschichtung vom Bauteil (1) entfernt wird.