EP1432847B1 - Verfahren zur entfernung von zumindest einem schichtbereich eines bauteils aus metall oder einer metallverbindung - Google Patents

Verfahren zur entfernung von zumindest einem schichtbereich eines bauteils aus metall oder einer metallverbindung Download PDF

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EP1432847B1
EP1432847B1 EP02730264A EP02730264A EP1432847B1 EP 1432847 B1 EP1432847 B1 EP 1432847B1 EP 02730264 A EP02730264 A EP 02730264A EP 02730264 A EP02730264 A EP 02730264A EP 1432847 B1 EP1432847 B1 EP 1432847B1
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EP
European Patent Office
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component
layer
cleaning agent
metal
corrosion products
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EP1432847A1 (de
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Norbert Czech
Andre Jeutter
Adrian Kempster
Ralph Reiche
Rolf WILKENHÖNER
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Siemens AG En Diffusion Alloys Ltd
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Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment

Definitions

  • the invention relates to a method for removing one Layer region of a metal or a metal compound existing component, in which a multi-component Cleaning agent in a simple way to the component or the layer area is applied, which causes a heat treatment of the component with the cleaning agent the layer area easier to remove or remove.
  • ceramic thermal barrier coatings have been developed on thermally loaded components, eg. From Superalloys, are applied alone the high Inlet temperatures could not withstand in the long term.
  • the ceramic thermal barrier coating offers the advantage of a high temperature resistance due to their ceramic Properties and the metallic substrate offers the advantage the good mechanical properties in this composite or Layer system.
  • composition of these MCrAlY layers can vary, however, all MCrAlY layers are subject despite the overlying Ceramic layer of corrosion by oxidation, sulfidation, Nitridation or other chemical and / or mechanical Attacks.
  • the MCrAlY layer often degrades in a stronger one Dimensions as the metallic substrate, i. the life of the Composite system of substrate and layer is determined by the lifetime of the MCrAlY layer.
  • the MCrAlY interlayer is only after prolonged use conditionally functional, however, the substrate can still be fully functional.
  • the powder bed requires a lot of material and the crucible takes up a lot of space in the oven during the heat treatment.
  • the heat process also takes because of the large heat capacity longer.
  • EP-A-0 713 957 discloses a method for local Removal of corrosion products from turbine components. Of the Component is masked and aluminum is applied and into it diffused to create a sacrificial zone, which then removed along with the corrosion products.
  • the invention overcomes the disadvantages described a method as described in claim 1.
  • the method according to the invention has the advantage that layer regions, for example corrosion products of components, are removed in a simple manner.
  • layer regions for example corrosion products of components
  • the ablation can be achieved by mechanical methods, e.g. Sandblasting, Water jets, dry ice blasting, and / or by chemical processes, e.g. an acid treatment.
  • the detergent on the component at least partially liable, can in an advantageous manner, for example. Front and Rear side of the component at the same time according to the invention Procedure of corrosion products are removed.
  • the adhesion of the cleaning agent on the component can on advantageous manner done by the fact that the detergent has a paste-like consistency, for example the cleaning agent contains a binder.
  • the cleaning agent can also be mixed with a carrier liquid with or without binder and be brushed onto the component or the component is coated by immersion in a flowable mass of liquid and detergent with the cleaning agent.
  • the cleaning agent can also be advantageously applied only locally on the component, since areas that are not corroded need no application of the cleaning agent, which detergent can be saved.
  • the application of the cleaning agent is advantageously carried out near the corrosion products because it causes the at least one component of the cleaning agent has short diffusion paths during the heat treatment.
  • the cleaning agent is, for example, in a thin layer the component is applied so that in relation to the embedding of the Component consumed in a powder bed significantly less material becomes.
  • the crucible means Heat treatment, that in the oven no place through the voluminous crucible is consumed, so that more components in a furnace cycle can be accommodated, which the Reduced process costs.
  • an ablation process for example an acid treatment
  • the surface of the non-corroded component becomes uniform ablated.
  • the corrosion creates areas of the component and / or corrosion products resulting from the acid treatment not so easy to remove or remove, So they are more resistant to erosion. This leads to a Acid treatment as ablation process to an unwanted, uneven erosion on corroded or degraded Components.
  • the formation effected by the treatment according to the invention at least one victim zone in theBasedtragenden Layer area, i. the more erosion resistant areas of the component causes that by degradation areas that have become more resistant to abrasion than material of the non-degraded component can be removed or the any existing high erosion resistance of a not degrade degraded layer area.
  • the sacrificial zone advantageously has MCrAlY layers a metallic impregnating component, advantageously Aluminum, aluminum compound or an aluminum alloy on,
  • the cleaning agent may be advantageous to the metal component Way also included in the form of a metal complex. Consequently For example, the mixing of a metallic one is omitted Powder with a carrier substance or the activating agent.
  • the impregnating component must be removed from the cleaning agent at least partially diffuse into the component. This happens advantageously in that the impregnating component is applied in gaseous form to the component.
  • the gaseous Compound is formed by a reaction with the activating agent, wherein the impregnating agent advantageously does not melt, causing the process temperatures and thus process costs are reduced.
  • halogen compounds e.g. Ammonium chloride, which forms aluminum chloride with aluminum.
  • the formation of the gaseous compound can be controlled by advantageously adding a carrier substance, for example aluminum oxide, to the cleaning agent, whereby the gas formation is controlled and uniform.
  • a carrier substance for example aluminum oxide
  • the method is advantageously suitable for layer systems, such as a turbine blade, which have a layer system consisting of a metallic substrate, an MCrAlY layer and a ceramic thermal barrier coating applied thereto.
  • Corrosion products on the MCrAlY layer lead below the corrosion products (Al 2 O 3 ), to a depletion of aluminum in the MCrAlY layer, which thereby become more resistant to acid treatment.
  • the cleaning agent contains aluminum as a metallic component, however, aluminum according to the process of the invention re-accumulates in the previous aluminum-depleted areas of the MCrAlY layer, so that these areas, such as the MCrAlY layer, then dissolve by acid treatment on these areas located corrosion products are replaced with.
  • abrasion resistant layer areas or degraded areas e.g. Areas that Contain corrosion products that have a layer on the corroded component form, but also corrosion products, extending below the surface of the corroded component are located.
  • the area of detergent on the component near the surface is disposed of the component, depleted at the at least one Impregnation.
  • the heat treatment is over, if the victim zones are large enough, i. in case of MCrAlY layer sufficient on aluminum depleted areas again enriched with aluminum. If not already the case is, the detergent can be removed and the component can then undergo a thermal treatment be, wherein advantageously the impregnating component of the detergent already in the component through Diffusion is present, by diffusion deeper into the Part penetrates and so the victim zone or Sacrificial layer in an advantageous manner in depth increased.
  • An optimal temperature of the thermal treatment is above the temperature of the heat treatment to the solution annealing temperature of the component.
  • FIG. 1 shows a component 1 made of metal, a metal alloy or of a metal compound attached to a surface 7 outer corrosion products 4 and / or inside the component 1 internal corrosion products 5, the example in Separate areas are available.
  • the corrosion products 4 may also be contiguous, or be present on the entire surface 7, so one Form corrosion layer.
  • the component 1 may be solid or a layer or a region a composite or layer system 16 (Fig. 5, 6).
  • the Corrosion products 4, 5 have been found during the use of the Component 1 formed and are for further use of the Component 1 undesirable and must be removed. this happens often by a treatment in an acid bath.
  • the method according to the invention makes it possible to use the corrosion products completely and evenly with the material of the Component 1 to remove.
  • a coarse Removal of corrosion products or other areas by mechanical methods e.g. Sandblasting, and / or chemical Means, e.g. Acid bath, done.
  • the ablated layer region 52 is through a Dashed line marked and includes all Corrosion products 4, 5.
  • the cleaning agent 10 contains at least one impregnating component 13, which in a heat treatment with at least one Activation component of the cleaning agent 10 to at least a gaseous compound reacts.
  • the gaseous compound becomes the impregnating component 13 is brought into contact with the component 1 or beats There down and forms there in the material of the component. 1 for example, an impregnation layer. From this impregnation layer or directly from the gaseous compound diffuses the Impregnating agent in the areas with the corrosion products 4, 5 a. The impregnation component 13 is then at least partly in the areas with the corrosion products 4, 5 available.
  • a layer region 52 to be removed is indicated by a dashed line.
  • the Layer region 52 to be removed comprises all Corrosion products, but can also be deeper than the deepest Corrosion product 5 be present.
  • the acid treatment reduces a thickness of the component 1, of a thickness d (FIG. 3) to a smaller thickness d '( Figure 4).
  • FIG. 4 shows a component 1 without internal and external corrosion products 4, 5 due to the treatment according to the invention Method.
  • the choice of the material of the at least one impregnating component depends on the composition of the material of the component 1 and / or the corrosion products 4, 5 from.
  • the activation component has the task of the impregnating component to bring to the surface 7 of the part. This happens because the activation component with the Impregnating component can form a gaseous compound, which can be deposited on the surface 7 of the component 1. To this end, e.g. Halogen compounds into consideration.
  • FIG. 5 shows as a component 1 a layer system 16 which for example, by a turbine blade or vane is formed.
  • the layer system 16 consists in this case of a Sub-3strat 19, for example a superalloy, for example.
  • the base composition Ni 3 Al.
  • a layer 22 is applied, for example of the composition MCrAlY, where M stands for a chemical element Cr, Ni or Fe.
  • This so-called MCrAlY layer forms a corrosion protection layer, which can also act as an adhesion-promoting layer for a ceramic thermal insulation layer (not shown) applied to the layer 22.
  • the layer system 16 it comes, for example. for oxidation, nitridation or sulfidation, i. degradation the MCrAlY layer 22, so that in the layer 22 Form areas with corrosion products 4, 5 (not shown).
  • the corrosion products 4, 5 form an at least partially existing layer in or on or below the surface 7 of the component 16.
  • the layer region 52 to be removed is indicated by a dashed line and includes all Corrosion products 4, 5 or the entire layer 22.
  • the MCrAlY layer can also deplete of chromium (Cr), so that the impregnating component 13, for example the elements Al and / or Cr having.
  • Cr chromium
  • Impregnating component 13 may also include other metals, e.g. Cobalt, or elements or combinations thereof. Both the corrosion products 4 and the sacrificial zone 25 have in the acid bath opposite the material of the layer 22, So the MCrAlY, a higher acid resistance.
  • a rough removal the ceramic thermal barrier coating, the corrosion products or from other areas by mechanical methods, e.g. Sandblasting, and / or chemical agents, e.g. acid bath respectively.
  • the metal component 13 which in this example is aluminum contains, both in the areas with the corrosion products 4 as well as in the victim zones 25, so that there at least a metal component 13 is present. Only through the enrichment with the metal component 13 may be in an acid bath treatment of the layer system 16 a certain layer thickness Layer 22 (MCrAlY) are removed evenly.
  • MrAlY layer thickness Layer 22
  • the cleaning agent 10 may also include several metallic components 13 (Al, Cr), if that for the composition the corrosion products or the depleted victim zones 25 is required.
  • the metallic component 13 is, for example, with at least one Carrier substance, for example aluminum oxide or aluminum silicate, mixed.
  • the cleaning agent 10 may be metallic Component 13 also in the form of a metal complex.
  • the cleaning agent 10 has at least one activating agent, for example a halogen compound, for example in the form of ammonium chloride (NH 4 Cl).
  • a halogen compound for example in the form of ammonium chloride (NH 4 Cl).
  • the aluminum reacts as metal component 13 with the halogen compound to a gaseous compound.
  • a gaseous compound This is in Example of ammonium chloride aluminum chloride.
  • the gaseous Connection penetrates into the at least one victim zone 25 or makes it possible to diffuse the aluminum into the component 1, by, for example, forming an impregnating layer (FIG. 6). Therefore, the metal component 13 does not need to be melted become. But it can also be that the gaseous Compound forms only at temperatures above the Melting point of the at least one impregnating component is because, for example, a sublimation occurs.
  • the impregnating component 13 and the activating component are contained in a compound (eg AlF 3 ).
  • the heat treatment forms a gaseous compound aluminum fluoride (AlF).
  • the heat treatment can be carried out in vacuum or inert gases Hydrogen and / or argon are performed.
  • the cleaning agent 10 may, in addition to the metal component 13, the carrier substance and the activating agent one more for example, organic binders (carboxyl methacrylate, carboxyl methyl cellulose or similar compounds), so that the detergent 10 is a pasty or muddy Has consistency, so the corroded component Apply 1 well and due to the binder on the component 1, 16 can adhere.
  • organic binders carboxyl methacrylate, carboxyl methyl cellulose or similar compounds
  • the invention is not limited to the said application methods.
  • the concentration is reduced the metal component 13 in the surface 7 facing Range of detergent 10. From this range can only still slightly a metal component 13 or in extreme cases no metal component 13 more diffuse into the component 1. Another, desired deeper penetration of the Metal component 13 in the depth of the material 1 is only by further diffusion of the already diffused Metal component 13 instead. However, a longer hold would be of the component 1 at elevated temperature cause from a surface 11 of the cleaning agent 10 the Metal component 13 via the gaseous compound to Surface regions 8 of the component 1 passes, on which no Detergent 10 was applied and also no penetration the metallic component 13 or the reaction products is desired.
  • the cleaning agent 10 in this case after a certain duration of the heat treatment removed and finds it just another, desired penetration of the Metal component 13 in the depth of the material 1 by Diffusion of already diffused into the component 1 metallic component 13 due to a thermal treatment of the component 1 without detergent 10 instead.
  • the Thermal treatment is, for example, by a solution annealing of Component 1 allows.
  • the removal of the cleaning agent 1 poses no problems because the metallic component 13 is not melted is.
  • the cleaning agent 10 may be local, in particular via the erosion resistant Areas, large or full the component 1, 16 may be applied.
  • Layer material MCrAlY
  • Depth of corrosion products in the layer 150 ⁇ m (depleted Al area)
  • Application of the cleaning agent 10 results in a sacrificial zone 25 to a depth of 80 microns with a heat treatment at 925 ° C and 2h duration, After removal of the cleaning agent, a thermal treatment takes place at 1120 ° C for a maximum of 20 hours: Sacrificial zone 25 has a depth of 150 ⁇ m.
  • the duration of the thermal treatment or the temperature can be based on of calibration curves (diffusion depth depending on time and temperature) of the spatial extent of the corrosion products be adapted in the component.
  • the cleaning agent 10 may before the Heating a mask layer are applied, which prevents that of the surface 11 of the cleaning agent 10 the metallic component 13 reaches surfaces 8 of the component 1, on which no detergent was applied and also no penetration of the metallic component 13 is desired is.
  • the cleaning agent 10 remain on the component 1 and still carried out a heat treatment to achieve the effect described above.
  • the invention is not limited to parts of gas turbines, but also works for components that have at least one Layer, for example.
  • the invention is not limited to components that have no layers, but their corrosion products removed must be such. in reaction vessels in the chemical industry.
  • FIG. 7 shows a layer system 16 that consists of a substrate 19, for example a nickel-based superalloy, an intermediate layer, in particular an MCrAlY layer 28, and an outer heat-insulating layer 31.
  • the layer system 16 was exposed in use mechanical and thermal loads and should be restored for re-use (refurbishment).
  • the thermal barrier coating 31 is removed by sandblasting, for example. This can be done in a simple manner by mechanical means, since the heat-insulating layers 31 are mostly ceramic, ie brittle layers.
  • the at least one intermediate layer 28 is metallic and is more difficult to remove by mechanical means.
  • FIG. 8 shows the layer system 16 in which the thermal barrier coating 31 has already been removed and the intermediate layer 28 is shown enlarged.
  • the intermediate layer 28 is degraded. Degradation means in the case that corrosion products, ie oxides, nitrides and sulfides have formed or that a phase segregation has taken place, for example the coagulation of aluminum phases 43 or a change in the concentration structure due to diffusion.
  • the intermediate layer 28 does not necessarily have the following appearance: In a first zone 34, on which the thermal barrier coating 31 was applied, there are external 4 and internal corrosion products 5 which have been formed by contact and reaction with a reactive medium.
  • a second zone 37 extending towards the substrate 19 connects to the first zone 34, for example, are none Corrosive products present, but through thermal Stress related diffusion has become aluminum or Aluminum phases or other elements coagulated.
  • the second zone 37 is followed by a third zone 40, located between the substrate 19 and the second zone 37 located.
  • the concentration has the intermediate layer 28 starting from their Initial composition due to diffusion of elements changed into the substrate 19.
  • This is in the case of a MCrAlY interlayer 28 and a Ni-A1 superalloy as Substrate 19, for example, aluminum, in the MCrAlY layer in higher concentration than in the substrate 19 exists and therefore due to the Concentration difference in the substrate diffuses. So is, for example, the entire intermediate layer 28 degrades the layer 52 to be removed represents.
  • the third zone 40 can also be that only the first zone and the second zone 34, 37 are degraded and the third zone 40 shows no signs of degradation. Nevertheless, can also the third zone 40 by impregnation with the Impregnating 13 made part of a sacrificial zone 25 and be removed.
  • FIG. 10 shows a substrate 19, for example a nickel-base superalloy a turbine blade through the Use in a degraded near-surface region 46 which degrades the layer region 52 to be removed represents.
  • the degraded area 46 is for example by corrosion or by in-diffusion of elements in the substrate 19 or path diffusion of elements of the Substrate 19 in layers or layers resting thereon Layer regions of the substrate emerged.
  • Impregnating 13 in the degraded area 46th introduced so that the degraded region 46 to a Sacrificial zone 25 will and remove itself completely and easily leaves (Figure 11).
  • the layer region 52 to be removed comprises but at least the degraded area can also be increased become.
  • FIG. 12 shows a layer system 16 that consists of a substrate 19 and a, for example, undegraded chromium layer 49, which represents the layer region 52 to be removed, since a chromium-containing or chromium layer 49 has a high resistance to erosion against chemical erosion processes.
  • a chromium-containing or chromium layer 49 has a high resistance to erosion against chemical erosion processes.
  • the application example is not limited to a chromium layer or the chromium layer can also be degraded by corrosion, for example.
  • the layer 49 can be badly removed with the usual removal methods such as acid stripping.
  • Impregnating 13 penetrate into the layer 49, whereby the layer 49 with the usual methods, For example, it is easier to remove acid stripping (Figure 13) because the resistance to erosion has been reduced.
  • the impregnating component 13 in the Substrate penetrate or increases the victim zone 25th through an extension zone 54 during the thermal treatment due to diffusion.

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Abstract

Verfahren zur Entfernung eines Schichtbereichs eines Bauteils aus Metall oder einer MetallverbindungNach dem Stand der Technik werden Korrosionsprodukte eines Bauteils in einem ersten Arbeitsschritt durch Aufbringen einer Schmelze oder Erwärmen in einem voluminösen Pulverbett entfernt. Dies bedingt hohe Temperaturen oder einen hohen Platzverbrauch.Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernung von Korrosi-onsprodukten eines Bauteils (1) besteht darin, ein Reinigungsmittel (10) lokal aufzutragen, das über ein gasförmiges Reaktionsprodukt zur Entfernung von Korrosionsprodukten führt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von einem Schichtbereich eines aus Metall oder einer Metallverbindung bestehenden Bauteils, bei der ein mehrkomponentiges Reinigungsmittel auf einfache Art und Weise auf das Bauteil oder den Schichtbereich aufgebracht wird, wodurch sich nach einer Wärmebehandlung des Bauteils mit dem Reinigungsmittel der Schichtbereich leichter entfernen oder abtragen lässt.
Hintergrund zur Erfindung
In heutigen modernen Energieerzeugungsanlagen, wie z.B. Gasturbinenanlagen, spielt der Wirkungsgrad eine wichtige Rolle, weil dadurch die Kosten für den Betrieb der Gasturbinenanlagen reduziert werden können.
Eine Möglichkeit, den Wirkungsgrad zu erhöhen und damit die Betriebskosten zu reduzieren, besteht darin, Einlasstemperaturen eines Verbrennungsgases innerhalb einer Gasturbine zu erhöhen.
Aus diesem Grunde wurden keramische Wärmedämmschichten entwickelt, die auf thermisch belasteten Bauteilen, bspw. aus Superlegierungen, aufgebracht werden, die alleine den hohen Einlasstemperaturen auf Dauer nicht mehr standhalten könnten. Die keramische Wärmedämmschicht bietet den Vorteil einer hohen Temperaturresistenz aufgrund ihrer keramischen Eigenschaften und das metallische Substrat bietet den Vorteil der guten mechanischen Eigenschaften in diesem Verbund- oder Schichtsystem.
Typischerweise ist zwischen dem Substrat und der keramischen Wärmedämmschicht eine Haftvermittlungsschicht der Zusammensetzung MCrAlY (Hauptbestandteile) aufgebracht, wobei M bedeutet, dass ein Metall aus Nickel, Chrom oder Eisen verwendet wird.
Die Zusammensetzung dieser MCrAlY-Schichten kann variieren, jedoch unterliegen alle MCrAlY-Schichten trotz der aufliegenden Keramikschicht einer Korrosion durch Oxidation, Sulfidation, Nitridation oder anderen chemischen und/oder mechanischen Angriffen.
Die MCrAlY-Schicht degradiert dabei häufig in einem stärkeren Maße als das metallische Substrat, d.h. die Lebensdauer des Verbundsystems aus Substrat und Schicht wird bestimmt durch die Lebensdauer der MCrAlY-Schicht.
Die MCrAlY-Zwischenschicht ist nach längerem Einsatz nur noch bedingt funktionstüchtig, hingegen kann das Substrat noch voll funktionstüchtig sein.
Es besteht also der Bedarf, die im Einsatz degradierten Bauteile, bspw. Turbinenschaufeln, Leitschaufeln oder Brennkammerteile aufzuarbeiten, wobei die korrodierten Schichten oder Zonen der MCrAlY-Schicht abgetragen werden müssen, um eventuell neue MCrAlY-Schichten und/oder wiederum eine Wärmedämmschicht aufzubringen. Die Verwendung von vorhandenen, benutzten Substraten führt zu einer Kostenreduzierung beim Betrieb von Gasturbinenanlagen.
Dabei muss beachtet werden, dass das Design der Turbinenschaufel oder der Leitschaufel nicht verändert wird, d.h. dass ein gleichmässiger Oberflächenabtrag von Material erfolgt.
Weiterhin dürfen keine Korrosionsprodukte zurückbleiben, die bei einer neuen Beschichtung mit einer MCrAlY-Schicht und/oder einer keramischen Wärmedämmschicht eine Fehlerquelle bilden oder zu einer schlechten Haftung der Wärmedämmschicht führen.
Ein Verfahren zur Entfernung von Korrosionsprodukten ist aus der US-PS 6, 217, 668 bekannt. Bei diesem Verfahren wird das korrodierte Bauteil in einem großen Tiegel untergebracht, wobei das Bauteil in einem Pulverbett mit einer Aluminiumquelle angeordnet ist. Der Tiegel muss teilweise abgeschlossen und dann in einem Ofen erwärmt werden. Durch den Wärmeprozess wird dem korrodierten Bauteil Aluminium zugeführt, wodurch sich die Bereiche durch eine anschließende Säurebehandlung entfernen lassen, die sich vorher schlechter abtragen ließen, also eine höhere Abtragungsresistenz aufwiesen.
Für das Pulverbett wird viel Material benötigt und der Tiegel beansprucht viel Raum im Ofen während der Wärmebehandlung. Der Wärmeprozess dauert wegen der großen Wärmekapazität auch länger.
Ein weiteres Verfahren zur Entfernung von Oberflächenschichten von metallischen Beschichtungen ist aus der US-PS 6,036,995 bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Aluminiumquelle durch eine Paste auf ein korrodiertes Bauteil aufgetragen. Das Bauteil mit der Paste muss jedoch erwärmt werden, bis das Aluminium schmilzt, so dass erst dann eine Diffusion von Aluminium in das Bauteil hinein stattfinden kann. Die geschmolzene Aluminiumschicht lässt sich schlecht entfernen, da sie sehr gut auf dem Bauteil haftet.
Das Dokument EP-A-0 713 957 offenbart ein Verfahren zur lokalen Entfernung von Korrosions produkten von Turbinenbauteilen. Der Bauteil wird maskiert und Aluminium wird aufgebracht und hinein diffundiert um eine Opferzone zu erzeugen, die dann mitsamt der Korrosions produkten entfernt wird.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung überwindet die beschriebenen Nachteile durch ein Verfahren wie es im Anspruch 1 beschrieben ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat demgegenüber den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise Schichtbereiche bspw. Korrosionsprodukte von Bauteilen entfernt werden.
Dabei ist es erstmals möglich, die Abscheidung von einem Imprägnierstoff aus der Gasphase in einem lokal kontrollierbaren Verfahren durchzuführen, so dass es trotz der gasförmigen Verbindung mit dem Imprägnierstoff nicht zu einer Imprägnation in Bereichen kommt, die unbehandelt bleiben sollen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Verfahrensschritte sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 genannten Verfahrens möglich.
Vor dem Auftragen eines Reinigungsmittels, in einem Zwischenschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, auf das Bauteil oder den Schichtbereich ist es vorteilhaft, zumindest grob die Korrosionsprodukte oder andere Bereiche, wie z.B. eine Wärmedämmschicht einer Turbinenschaufel, abzutragen, weil dadurch die folgenden Verfahrensschritte erleichtert und zeitlich verkürzt und somit Kosten reduziert werden.
Die Abtragung kann durch mechanische Verfahren, z.B. Sandstrahlen, Wasserstrahlen, Trockeneisstrahlen, und/oder durch chemische Verfahren, z.B. eine Säurebehandlung, erfolgen.
Wenn das Reinigungsmittel auf dem Bauteil zumindest teilweise haftet, kann in vorteilhafter Art und Weise bspw. Vorder- und Rückseite des Bauteils gleichzeitig gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren von Korrosionsprodukten entfernt werden.
Die Haftung des Reinigungsmittels auf dem Bauteil kann auf vorteilhafte Weise dadurch erfolgen, dass das Reinigungsmittel eine pastenartige Konsistenz aufweist, indem beispielsweise das Reinigungsmittel einen Binder enthält.
Das Reinigungsmittel kann auch mit einer Trägerflüssigkeit mit oder ohne Binder vermischt sein und auf das Bauteil aufgepinselt werden oder das Bauteil wird durch Eintauchen in eine fließfähige Masse aus Flüssigkeit und Reinigungsmittel mit dem Reinigungsmittel beschichtet.
Das Reinigungsmittel kann auch auf vorteilhafte Art und Weise nur lokal auf dem Bauteil aufgebracht werden, da Bereiche, die nicht korrodiert sind, keine Auftragung des Reinigungsmittels benötigen, wodurch Reinigungsmittel gespart werden kann.
So sind auch keine Masken mehr notwendig, um wie bei einer großflächigen Auftragung (Pulverbett, Plasmaspritzen, verlaufende Aluminiumschmelze) solche Bereiche zu schützen, in denen kein Reinigungsmittel aufgebracht werden muss.
Die Aufbringung des Reinigungsmittels erfolgt vorteilhafterweise in der Nähe der Korrosionsprodukte, weil dadurch die zumindest eine Komponente des Reinigungsmittels kurze Diffusionswege während der Wärmebehandlung hat.
Das Reinigungsmittel wird bspw. in einer dünnen Schicht auf das Bauteil aufgebracht, so dass gegenüber dem Einbetten des Bauteils in ein Pulverbett erheblich weniger Material verbraucht wird. Außerdem bedeutet die tiegellose Wärmebehandlung, dass in dem Ofen kein Platz durch die voluminösen Tiegel verbraucht wird, so dass mehr Bauteile in einem Ofenzyklus untergebracht werden können, was die Prozesskosten reduziert.
Der Wegfall und die Verringerung der Massen von Tiegeln bzw. Reinigungsmittel bedeutet, dass insgesamt deutlich weniger Masse erhitzt werden muss.
Durch ein Abtragungsverfahren, bspw. eine Säurebehandlung, wird die Oberfläche des unkorrodierten Bauteils gleichmäßig abgetragen. Die Korrosion erzeugt jedoch Bereiche des Bauteils und/oder Korrosionsprodukte, die sich durch die Säurebehandlung nicht mehr so leicht entfernen oder abtragen lassen, also abtragungsresistenter sind. Dies führt bei einer Säurebehandlung als Abtragungsverfahren zu einer ungewollten, ungleichmäßigen Abtragung an korrodierten oder degradierten Bauteilen.
Die durch die erfindungsgemäße Behandlung bewirkte Bildung zumindest einer Opferzone in dem abzutragenden Schichtbereich, d.h. den abtragungsresistenteren Bereichen des Bauteils führt dazu, dass die durch Degradation abtragungsresistenter gewordenen Bereiche sich wie Material des nicht degradierten Bauteils abtragen lassen bzw. die sowieso vorhandene hohe Abtragungsresistenz eines nicht degradierten Schichtbereichs erniedrigen.
Somit kann eine gleichmäßige Abtragung von korrodiertem und unkorrodiertem Material des Bauteils erfolgen.
Die Opferzone weist bei MCrAlY-Schichten vorteilhafterweise eine metallische Imprägnierkomponente, vorteilhafterweise Aluminium, Aluminiumverbindung oder eine Aluminiumlegierung auf,
Das Reinigungsmittel kann die Metallkomponente auf vorteilhafte Weise auch in Form eines Metallkomplexes enthalten. Somit entfällt beispielsweise das Mischen eines metallischen Pulvers mit einer Trägersubstanz oder dem Aktivierungsmittel.
Die Imprägnierkomponente muss aus dem Reinigungsmittel heraus zumindest teilweise in das Bauteil diffundieren. Dies geschieht vorteilhafterweise dadurch, dass die Imprägnierkomponente gasförmig auf das Bauteil aufgebracht wird. Die gasförmige Verbindung entsteht durch eine Reaktion mit dem Aktivierungsmittel, wobei das Imprägniermittel vorteilhafterweise nicht aufgeschmolzen wird, wodurch die Prozesstemperaturen und damit Prozesskosten gesenkt werden.
Als billiges und einfach verfügbares Aktivierungsmittel verwendet man vorteilhafterweise Halogenverbindungen, z.B. Ammoniumchlorid, das mit Aluminium Aluminiumchlorid bildet.
Die Bildung der gasförmigen Verbindung kann kontrolliert werden, indem man dem Reinigungsmittel vorteilhafterweise eine Trägersubstanz, bspw. Aluminiumoxid, beimischt, wodurch die Gasbildung kontrolliert und gleichmäßig wird.
Das Verfahren eignet sich vorteilhafterweise für Schichtsysteme wie z.B. eine Turbinenschaufel, die ein Schichtsystem aus einem metallischen Substrat, einer MCrAlY-Schicht und einer darauf aufgebrachten keramischen Wärmedämmschicht aufweisen.
Korrosionsprodukte auf der MCrAlY-Schicht führen unterhalb der Korrosionsprodukte (Al2 O3), zu einer Verarmung an Aluminium in der MCrAlY-Schicht, die hierdurch resistenter gegen eine Säurebehandlung werden. Wenn das Reinigungsmittel als eine metallische Komponente Aluminium enthält, reichert sich Aluminium gemäss dem erfindungsgemäßen Verfahren aber wieder in den bisherigen Aluminium-verarmten Gebieten der MCrAlY-Schicht an, so dass sich dann durch eine Säurebehandlung diese Bereiche wie die MCrAlY-Schicht auflösen, wodurch die auf diesen Bereichen befindlichen Korrosionsprodukte mit abgelöst werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können auf vorteilhafte Art und Weise abtragungsresistente Schichtbereiche entfernt werden, oder degradierte Bereiche, wie z.B. Bereiche, die Korrosionsprodukte enthalten, die eine Schicht auf dem korrodierten Bauteil bilden, aber auch Korrosionsprodukte, die sich unterhalb der Oberfläche des korrodierten Bauteils befinden.
Nach einer gewissen Zeit der Wärmebehandlung ist der Bereich des Reinigungsmittels, der auf dem Bauteil nahe der Oberfläche des Bauteils angeordnet ist, verarmt an der zumindest einen Imprägnierkomponente. Die Wärmebehandlung ist damit beendet, wenn die Opferzonen groß genug sind, d.h. im Falle der MCrAlY-Schicht die an Aluminium verarmten Gebiete ausreichend wieder mit Aluminium angereichert sind. Wenn das noch nicht der Fall ist, kann das Reinigungsmittel entfernt werden und das Bauteil kann dann einer Thermobehandlung unterzogen werden, wobei man vorteilhafterweise die Imprägnierkomponente des Reinigungsmittels, die bereits in dem Bauteil durch Diffusion vorhanden ist, durch Diffusion tiefer in das Bauteil eindringen lässt und so die Opferzone oder Opferschicht auf vorteilhafte Art und Weise in der Tiefe vergrößert.
Eine optimale Temperatur der Thermobehandlung liegt oberhalb der Temperatur der Wärmebehandlung bis zur Lösungsglühtemperatur des Bauteils.
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Es zeigen
  • Figur 1 ein korrodiertes metallisches Bauteil,
  • Figur 2 ein Bauteil, bei dem eine Reinigungspaste aufgetragen ist, die eine metallische Komponente enthält, die durch einen weiteren Verfahrensschritt in den korrodierten Bereich (Fig. 3) eindringt und erst so ein Ablösen des korrodierten Bereichs des Bauteils ermöglicht (Fig. 4),
  • Figur 5, 6 zeigt ein Schichtsystem, bei dem eine Schicht korrodierte Bereiche aufweist,
  • Figur 7 zeigt ein Schichtsystem, Figur 8 degradierte Bereiche einer Schicht des Schichtsystems, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens entfernt werden (Fig. 9),
  • Figur 10 zeigt ein Substrat mit einem degradierten Bereich, das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens entfernt wird (Fig. 11), und
  • Figur 12 zeigt ein Schichtsystem mit einer Chromschicht, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens entfernt wird (Fig. 13).
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
    Figur 1 zeigt ein Bauteil 1 aus Metall, einer Metalllegierung oder aus einer Metallverbindung, das an einer Oberfläche 7 äußere Korrosionsprodukte 4 und/oder im Innern des Bauteils 1 innere Korrosionsprodukte 5 aufweist, die beispielsweise in getrennt voneinander ausgebildeten Gebieten vorhanden sind. Die Korrosionsprodukte 4 können auch zusammenhängend, oder auf der ganzen Oberfläche 7 vorhanden sein, also eine Korrosionsschicht bilden.
    Das Bauteil 1 kann massiv oder eine Schicht oder ein Bereich eines Verbund- oder Schichtsystems 16 sein (Fig. 5, 6). Die Korrosionsprodukte 4, 5 haben sich während des Einsatzes des Bauteils 1 gebildet und sind für den weiteren Einsatz des Bauteils 1 unerwünscht und müssen entfernt werden. Dies geschieht häufig durch eine Behandlung in einem Säurebad.
    Es kommt jedoch vor, dass das Material des Bauteils 1, degradierte Bereiche und die Korrosionsprodukte 4, 5 ein unterschiedliches Reaktionsvermögen in dem Säurebad aufweisen. Das unterschiedliche Auflösungsverhalten im Säurebad ist verursacht durch das unterschiedliche Auflösungsverhalten der Korrosionsprodukte 4, 5 oder weil eine ursprüngliche Zusammensetzung des Materials des Bauteils 1 sich verändert hat (Fig. 5, 6), z.B. weil das Korrosionsprodukt 4, 5 einem Bereich des Bauteils 1 im Bereich um das Korrosionsprodukt 4, 5, dem sogenannten Verarmungsgebiet, eine Komponente entzieht. Daher kommt es zu einem ungleichmäßigen Abtrag oder zu keinem Abtrag der Korrosionsprodukte bzw. dem Material im Verarmungsgebiet.
    Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Korrosionsprodukte vollständig und gleichmäßig mit dem Material des Bauteils 1 zu entfernen.
    Dabei kann bspw. in einem ersten Verfahrensschritt eine grobe Abtragung der Korrosionsprodukte oder anderer Bereiche durch mechanische Verfahren, wie z.B. Sandstrahlen, und/oder chemische Mittel, wie z.B. Säurebad, erfolgen.
    In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein mehrkomponentiges Reinigungsmittel 10 auf das korrodierte Bauteil 1, insbesondere in den Bereichen mit den Korrosionsprodukten 4, 5 aufgetragen, die in diesem Beispiel die abtragungsresistenteren Bereiche darstellen (Fig. 2), also den Schichtbereich 52. Der abzutragende Schichtbereich 52 ist durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet und umfasst alle Korrosionsprodukte 4, 5.
    Das Reinigungsmittel 10 enthält zumindest eine Imprägnierkomponente 13, die bei einer Wärmebehandlung mit zumindest einer Aktivierungskomponente des Reinigungsmittels 10 zu zumindest einer gasförmigen Verbindung reagiert.
    Durch die gasförmige Verbindung wird die Imprägnierkomponente 13 mit dem Bauteil 1 in Kontakt gebracht oder schlägt sich dort nieder und bildet dort in dem Material des Bauteils 1 bspw. eine Imprägnierschicht. Aus dieser Imprägnierschicht oder direkt aus der gasförmigen Verbindung diffundiert das Imprägniermittel in die Bereiche mit den Korrosionsprodukten 4, 5 ein. Die Imprägnierkomponente 13 ist dann zumindest teilweise in den Bereichen mit den Korrosionsprodukten 4, 5 vorhanden.
    Der so gebildete Bereich, die sogenannte Opferzone 25 (Fig. 3), kann zusammen mit dem Material des Bauteils 1, beispielsweise durch ein Säurebad, in gleichmäßiger Abtragung entfernt werden. Ein abzutragender Schichtbereich 52 ist durch eine gestrichelt gezeichnete Linie gekennzeichnet. Der abzutragende Schichtbereich 52 umfasst alle Korrosionsprodukte, kann aber auch tiefer als das tiefste Korrosionsprodukt 5 vorhanden sein.
    Durch die Säurebehandlung verringert sich eine Dicke des Bauteils 1, von einer Dicke d (Fig. 3) zu einer kleineren Dicke d' (Fig. 4).
    Figur 4 zeigt ein Bauteil 1 ohne innere und äußere Korrosionsprodukte 4, 5 aufgrund der Behandlung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
    Die Wahl des Materials der zumindest einen Imprägnierkomponente hängt von der Zusammensetzung des Materials des Bauteils 1 und/oder der Korrosionsprodukte 4, 5 ab.
    Die Aktivierungskomponente hat die Aufgabe, die Imprägnierkomponente auf die Oberfläche 7 des Teils zu bringen. Dies geschieht dadurch, dass die Aktivierungskomponente mit der Imprägnierkomponente eine gasförmige Verbindung bilden kann, die sich auf der Oberfläche 7 des Bauteils 1 abscheiden kann. Hierzu kommen z.B. Halogenverbindungen in Betracht.
    Bezüglich des Verfahrens zu der Auftragung des Reinigungsmittels wird auf die US-PS 6,217,668 verwiesen, die ausdrücklich Teil dieser Offenbarung sein soll.
    Figur 5 zeigt als ein Bauteil 1 ein Schichtsystem 16, das beispielsweise durch eine Turbinenschaufel oder Leitschaufel gebildet ist.
    Das Schichtsystem 16 besteht in diesem Fall aus einem Sub-3strat 19, beispielsweise einer Superlegierung, bspw. der Basis-Zusammensetzung Ni3Al. Auf dem Substrat 19 ist eine Schicht 22 aufgebracht, beispielsweise mit der Zusammensetzung MCrAlY, wobei M für ein chemisches Element Cr, Ni oder Fe steht. Diese sogenannte MCrAlY-Schicht bildet eine Korrosionschutzschicht, die auch als Haftvermittlungsschicht für eine nicht dargestellte auf der Schicht 22 aufgebrachte keramische Wärmedämmschicht fungieren kann.
    Während des Einsatzes des Schichtsystems 16 kommt es bspw. zur Oxidation, Nitridation oder Sulfidation, d.h. Degradation der MCrAlY-Schicht 22, so dass sich in der Schicht 22 Bereiche mit Korrosionsprodukten 4, 5 (nicht gezeigt) bilden.
    Die Korrosionsprodukte 4, 5 bilden eine zumindest teilweise vorhandene Schicht in oder auf oder unter der Oberfläche 7 des Bauteils 16.
    Diese Korrosionsprodukte 4, beispielsweise Aluminiumoxid oder andere Aluminiumverbindungen, entziehen der MCrAlY-Schicht 22 Aluminium, so dass sich in der Umgebung des Bereichs mit den Korrosionsprodukten 4, hauptsächlich unter den Korrosionsprodukten, d.h. in Richtung des Substrats 19, zumindest eine Opferzone 25 an Aluminium-verarmten MCrAlY ausbildet. Diese verarmten Gebiete stellen in diesem Beispiel den abtragungsresistenteren Bereich dar, also den Schichtbereich 52. Der abzutragende Schichtbereich 52 ist durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet und umfasst alle Korrosionsprodukte 4, 5 oder die gesamte Schicht 22.
    Die MCrAlY-Schicht kann auch an Chrom (Cr) verarmen, so dass die Imprägnierkomponente 13 bspw. die Elemente Al und/oder Cr aufweist.
    Die Imprägnierkomponente 13 kann auch andere Metalle, z.B. Cobalt, oder Elemente oder Kombinationen daraus enthalten. Sowohl die Korrosionsprodukte 4 als auch die Opferzone 25 weisen im Säurebad gegenüber dem Material der Schicht 22, also dem MCrAlY, eine höhere Säureresistenz auf.
    In einem ersten Verfahrensschritt kann eine grobe Abtragung der keramischen Wärmedämmschicht, der Korrosionsprodukte oder von anderen Bereichen durch mechanische Verfahren, wie z.B. Sandstrahlen, und/oder chemische Mittel, wie z.B. Säurebad, erfolgen.
    Durch das Aufbringen des Reinigungsmittels 10 mit der Metallkomponente 13 und der anschließenden Erwärmung diffundiert die Metallkomponente 13, die in diesem Beispiel Aluminium enthält, sowohl in die Bereiche mit den Korrosionsprodukten 4 als auch in die Opferzonen 25 ein, so dass dort die zumindest eine Metallkomponente 13 vorhanden ist. Erst durch die Anreicherung mit der Metallkomponente 13 kann bei einer Säurebadbehandlung des Schichtsystems 16 eine bestimmte Schichtdicke der Schicht 22 (MCrAlY) gleichmäßig abgetragen werden.
    Das Reinigungsmittel 10 kann auch mehrere metallische Komponenten 13 (Al, Cr) aufweisen, wenn das für die Zusammensetzung der Korrosionsprodukte oder der verarmten Opferzonen 25 erforderlich ist.
    Die metallische Komponente 13 ist bspw. mit zumindest einer Trägersubstanz, beispielsweise Aluminiumoxid oder Aluminiumsilikat, vermischt. Das Reinigungsmittel 10 kann die metallische Komponente 13 auch in Form eines Metallkomplexes enthalten.
    Ebenso weist das Reinigungsmittel 10 zumindest ein Aktivierungsmittel, bspw. eine Halogenverbindung, beispielsweise in Form von Ammoniumchlorid (NH4Cl) auf.
    Bei der Wärmebehandlung des Teils 1 mit dem Reinigungsmittel 10 reagiert das Aluminium als Metallkomponente 13 mit der Halogenverbindung zu einer gasförmigen Verbindung. Dies ist im Beispiel von Ammoniumchlorid Aluminiumchlorid. Die gasförmige Verbindung dringt in die zumindest eine Opferzone 25 ein bzw. ermöglicht es, das Aluminium in das Bauteil 1 hineinzudiffundieren, indem es bspw. eine Imprägnierschicht bildet (Fig. 6). Daher muss die Metallkomponente 13 nicht aufgeschmolzen werden. Es kann aber auch sein, dass sich die gasförmige Verbindung erst bei Temperaturen bildet, die oberhalb des Schmelzpunktes der zumindest einen Imprägnierkomponente liegt, da bspw. eine Sublimation auftritt.
    Im Beispiel von Aluminiumfluorid ist die Imprägnierkomponente 13 und die Aktivierungskomponente in einer Verbindung (z.B. AlF3) enthalten. Bei der Wärmebehandlung bildet sich eine gasförmige Verbindung Aluminiumfluorid (AlF).
    Die Wärmebehandlung kann im Vakuum oder in den Schutzgasen Wasserstoff und/oder Argon durchgeführt werden.
    Das Reinigungsmittel 10 kann neben der Metallkomponente 13, der Trägersubstanz und dem Aktivierungsmittel noch einen bspw. organischen Binder (Carboxyl Methacrylat, Carboxyl Methylcellulose oder ähnliche Verbindungen) aufweisen, so dass das Reinigungsmittel 10 eine pastenartige oder schlammartige Konsistenz aufweist, das sich so auf das korrodierte Bauteil 1 gut auftragen lässt und aufgrund des Binders auf dem Bauteil 1, 16 haften kann.
    Es kann mit einer Flüssigkeit auch eine gießfähige Masse des Reinigungsmittels erstellt werden, in der das Bauteil 1 eingetaucht wird, wobei das Reinigungsmittel 10 auf der Oberfläche 7 des Bauteils 1 nach dem Vertrocknen der Flüssigkeit haften bleibt.
    Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die genannten Auftragungsverfahren.
    Nach einer bestimmten Wärmebehandlungsdauer des Bauteils 1 mit dem Reinigungsmittel 10 verringert sich die Konzentration der Metallkomponente 13 in dem der Oberfläche 7 zugewandten Bereich des Reinigungsmittels 10. Aus diesem Bereich kann nur noch geringfügig eine Metallkomponente 13 oder im Extremfall keine Metallkomponente 13 mehr in das Bauteil 1 diffundieren. Ein weiteres, gewünschtes tieferes Eindringen der Metallkomponente 13 in die Tiefe des Materials 1 findet nur durch weitere Diffusion der bereits eindiffundierten Metallkomponente 13 statt. Jedoch würde ein längeres Halten des Bauteils 1 bei erhöhter Temperatur dazu führen, dass von einer Oberfläche 11 des Reinigungsmittels 10 die Metallkomponente 13 über die gasförmige Verbindung zu Oberflächenbereichen 8 des Bauteils 1 gelangt, auf denen kein Reinigungsmittel 10 aufgetragen war und auch kein Eindringen der metallischen Komponente 13 oder der Reaktionsprodukte erwünscht ist.
    Daher wird das Reinigungsmittel 10 in diesem Fall nach einer gewissen Dauer der Wärmebehandlung entfernt und es findet lediglich ein weiteres, gewünschtes Eindringen der Metallkomponente 13 in die Tiefe des Materials 1 durch Diffusion der bereits in das Bauteil 1 eindiffundierten metallischen Komponente 13 aufgrund einer Thermobehandlung des Bauteils 1 ohne Reinigungsmittel 10 statt. Die Thermobehandlung wird bspw. durch ein Lösungsglühen des Bauteils 1 ermöglicht.
    Die Entfernung des Reinigungsmittels 1 bereitet keine Probleme, da die metallische Komponente 13 nicht aufgeschmolzen ist.
    Das Reinigungsmittel 10 kann lokal, insbesondere über den abtragungsresistenteren Bereichen, großflächig oder ganz auf das Bauteil 1, 16 aufgebracht sein.
    Parameterbeispiel:
    Schichtmaterial: MCrAlY,
    Tiefe der Korrosionsprodukte in der Schicht: 150µm (verarmter Al-Bereich),
    Aufbringen des Reinigungsmittel 10 ergibt eine Opferzone 25 bis in eine Tiefe von 80µm bei einer Wärmebehandlung bei 925°C und 2h Dauer,
    nach Entfernen des Reinigungsmittels findet eine Thermobehandlung bei 1120°C für höchstens 20h statt:
    Opferzone 25 hat eine Tiefe von 150µm.
    Die Dauer der Thermobehandlung bzw. die Temperatur kann anhand von Kalibrierungskurven (Diffusionstiefe in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur) der räumlichen Ausdehnung der Korrosionsprodukte im Bauteil angepasst werden.
    Nach der Aufbringung des Reinigungsmittels 10 kann vor der Erwärmung eine Maskenschicht aufgebracht werden, die verhindert, dass von der Oberfläche 11 des Reinigungsmittels 10 die metallische Komponente 13 zu Oberflächen 8 des Bauteils 1 gelangt, auf denen kein Reinigungsmittel aufgetragen war und auch kein Eindringen der metallischen Komponente 13 erwünscht ist. So kann das Reinigungsmittel 10 auf dem Bauteil 1 verbleiben und trotzdem eine Wärmebehandlung durchgeführt werden, um oben beschriebenen Effekt zu erreichen.
    Die Erfindung ist nicht beschränkt auf Teile von Gasturbinen, sondern funktioniert auch bei Bauteilen, die zumindest eine Schicht, bspw. eine Oxidationsschutzschicht, Säureschutzschicht oder Korrosionsschutzschicht aufweisen.
    Ebenso ist die Erfindung nicht beschränkt auf Bauteile, die keine Schichten aufweisen, deren Korrosionsprodukte aber entfernt werden müssen, wie z.B. bei Reaktionsgefäßen in der chemischen Industrie.
    Figur 7 zeigt ein Schichtsystem 16, das aus einem Substrat 19, beispielsweise einer Nickel-Basis-Superlegierung, einer Zwischenschicht, insbesondere einer MCrAlY-Schicht 28, und einer äußeren Wärmedämmschicht 31 besteht.
    Das Schichtsystem 16 war im Einsatz mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt und soll für einen erneuten Einsatz wieder hergestellt werden (Refurbishment). Dabei wird die Wärmedämmschicht 31 beispielsweise durch Sandstrahlen entfernt. Dies kann auf einfache Art und Weise mit mechanischen Mitteln erfolgen, da es sich bei den Wärmedämmschichten 31 meistens um keramische, d.h. spröde Schichten handelt. Die zumindest eine Zwischenschicht 28 ist metallisch und lässt sich schwieriger mit mechanischen Mitteln entfernen.
    Die Figur 8 zeigt das Schichtsystem 16, bei der die Wärmedämmschicht 31 schon entfernt ist und die Zwischenschicht 28 vergrößert dargestellt ist. Die Zwischenschicht 28 ist degradiert. Degradation bedeutet in dem Fall, dass sich Korrosionsprodukte, d.h. Oxide, Nitride und Sulfide gebildet haben oder dass eine Phasensegregation stattgefunden hat, beispielsweise die Koagulation von Aluminiumphasen 43 oder eine Veränderung des Konzentrationsgefüges aufgrund von Diffusionen.
    Dabei sieht die Zwischenschicht 28 aber nicht notwendigerweise wie folgt aus: In einer ersten Zone 34, auf der die Wärmedämmschicht 31 aufgebracht war, sind äußere 4 und innere Korrosionsprodukte 5 vorhanden, die durch Kontakt und Reaktion mit einem reaktiven Medium entstanden sind.
    In einer zweiten Zone 37, die sich in Richtung des Substrats 19 an die erste Zone 34 anschließt, sind beispielsweise keine Korrosionsprodukte vorhanden, aber durch die durch thermische Belastung bedingte Diffusion haben sich Aluminium oder Aluminiumphasen oder sonstige Elemente koaguliert.
    An die zweite Zone 37 schließt sich eine dritte Zone 40 an, die sich zwischen dem Substrat 19 und der zweiten Zone 37 befindet. In der dritten Zone 40 hat sich die Konzentration der Zwischenschicht 28 ausgehend von ihrer Anfangszusammensetzung aufgrund von Diffusion von Elementen in das Substrat 19 verändert. Dies ist im Falle einer MCrAlY-Zwischenschicht 28 und einer Ni-A1-Superlegierung als Substrat 19 beispielsweise Aluminium, das in der MCrAlY-Schicht in höherer Konzentration als in dem Substrat 19 vorhanden ist und daher aufgrund des Konzentrationsunterschiedes in das Substrat hineindiffundiert. So ist bspw. die gesamte Zwischenschicht 28 degradiert, die den abzutragenden Schichtbereich 52 darstellt.
    Es kann aber auch sein, dass nur die erste Zone und die zweite Zone 34, 37 degradiert sind und die dritte Zone 40 keinerlei Degradationserscheinungen aufzeigt. Trotzdem kann auch die dritte Zone 40 durch Imprägnierung mir dem Imprägnierungsmittel 13 zum Teil einer Opferzone 25 gemacht und abgetragen werden.
    Mittels des in Figuren 1 bis 6 beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren wird die gesamte Zwischenschicht 28 entfernt, indem das Imprägniermittel 13 in die gesamte Zwischenschicht 28 bis zum Substrat 19 hineindiffundiert (Fig. 9). Die Abtragung der Zwischenschicht 28 erfolgt wie schon weiter oben beschrieben.
    Figur 10 zeigt ein Substrat 19, beispielsweise eine Nickel-Basis-Superlegierung einer Turbinenschaufel, die durch den Einsatz in einem degradierten oberflächennahen Bereich 46 degradiert ist, der den abzutragenden Schichtbereich 52 darstellt. Der degradierte Bereich 46 ist beispielsweise durch Korrosion oder durch Hineindiffusion von Elementen in das Substrat 19 oder Wegdiffusion von Elementen aus dem Substrat 19 in darauf aufliegenden Schichten oder Schichtbereichen des Substrats entstanden.
    Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Imprägniermittel 13 in den degradierten Bereich 46 eingebracht, so dass der degradierte Bereich 46 zu einer Opferzone 25 wird und sich vollkommen und einfacher entfernen lässt (Fig. 11). Der abzutragende Schichtbereich 52 umfasst zumindest den degradierten Bereich kann aber auch vergrössert werden.
    Die Schichten, die mit dem Verfahren entfernt werden können, müssen nicht notwendigerweise degradiert sein. So zeigt Figur 12 ein Schichtsystem 16, dass aus einem Substrat 19 und einer bspw. nicht degradierten Chromschicht 49 besteht, die den abzutragenden Schichtbereich 52 darstellt, da eine chromhaltige oder eine Chromschicht 49 eine hohe Abtragungsresistenz gegenüber chemischen Abtragungsverfahren aufweist.
    Das Anwendungsbeispiel ist jedoch nicht auf eine Chromschicht beschränkt bzw. die Chromschicht kann auch bspw. durch Korrosion degradiert sein. Die Schicht 49 lässt sich mit den üblichen Entfernungsmethoden wie z.B. Säurestrippen schlecht entfernen.
    Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt man das Imprägniermittel 13 in die Schicht 49 eindringen, wodurch sich die Schicht 49 mit den üblichen Verfahren, beispielsweise dem Säurestrippen leichter entfernen lässt (Fig. 13), da die Abtragungsresistenz verringert worden ist.
    Wenn das Substrat 19 ebenfalls teilweise degradiert ist, kann durch die Wärmebehandlung die Imprägnierkomponente 13 in das Substrat eindringen oder man vergrössert die Opferzone 25 durch eine Erweiterungszone 54 während der Thermobehandlung aufgrund von Diffusion.

    Claims (27)

    1. Verfahren zur Entfernung von zumindest einem Schichtbereich (52) eines Bauteils (1) aus Metall und/oder aus zumindest einer Metallverbindung,
      das folgende Schritte umfasst:
      lokale Aufbringung eines mehrkomponentigen Reinigungsmittels (10) auf einer Oberfläche des korrodierten Bauteils (1), wobei das Reinigungsmittel (10) zumindest eine Imprägnierkomponente (13), die in den Schichtbereich (52) des Bauteils (1) diffundieren kann, und zumindest eine Aktivierungskomponente enthält,
      Wärmebehandlung des Bauteils (1) mit dem Reinigungsmittel (10) so,
      dass die zumindest eine Imprägnierkomponente (13) und die zumindest eine Aktivierungskomponente zumindest eine gasförmige Verbindung bilden,
      Bildung von zumindest einer Opferzone (25) zumindest teilweise in dem abzutragenden Schichtbereich (52) des Bauteils (1) aufgrund der Wärmebehandlung, indem die zumindest eine gasförmige Verbindung in Kontakt mit dem Bauteil (1) kommt, wodurch die Abtragungsresistenz der bisherigen abtragungsreststenteren Bereiche zumindest verringert wird,
      Abtragung der abzutragenden Schicht (52) mit der zumindest einen Opferzone (25).
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      das Reinigungsmittel (10) auf dem Bauteil (1) zumindest teilweise haftet.
    3. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die zumindest eine Opferzone (25) zumindest teilweise durch Bereiche des Bauteils (1) gebildet wird, die die zumindest eine Imprägnierkomponente (13) aufweisen.
    4. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      das Reinigungsmittel (10) als zumindest eine Imprägnierkomponente (13) zumindest eine Metallkomponente (13) aus einem Metall oder einer Metalllegierung oder eine metallhaltige Komponente (13) aufweist.
    5. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die zumindest eine Imprägnierkomponente (13) unmittelbar aus der Gasphase oder nach Abscheiden auf dem Bauteil (1) durch Diffusion in das Bauteil (1) eindringt.
    6. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die Temperatur bei der Wärmebehandlung des Bauteils (1) mit dem Reinigungsmittel (10) unterhalb des niedrigsten Schmelzpunkts der zumindest einen Imprägnierkomponente (13) liegt.
    7. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      das Reinigungsmittel (10) als zumindest eine Aktivierungskomponente eine Halogenverbindung enthält.
    8. Verfahren nach Anspruch 4,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die Metallkomponente (13) aus Aluminium ist oder die metallhaltige Komponente (13) Aluminium enthält.
    9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die zumindest eine Opferzone (25) zumindest teilweise Aluminium oder Aluminiumverbindungen aufweist.
    10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmittel (10) als weitere Komponente zumindest eine Trägersubstanz aufweist.
    11. Verfahren nach Anspruch 10,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die Trägersubstanz Aluminiumoxid ist.
    12. Verfahren nach Anspruch 1, oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      das Reinigungsmittel (10) eine pastenartige Konsistenz aufweist.
    13. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 12,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      das Reinigungsmittel (10) als eine weitere Komponente zumindest einen Binder zur Herstellung der pastenartigen Konsistenz des Reinigungsmittels (10) aufweist.
    14. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      das Bauteil (1) ein Schichtsystem (16) mit zumindest einer Schicht (22), insbesondere eine beschichtete Turbinenschaufel, ist,
      wobei der abzutragende Schichtbereich (52) der Schicht (22) entspricht.
    15. Verfahren nach Anspruch 14,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die Schicht (22) eine MCrAlY-Schicht ist.
    16. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 15,
      dadurch gekennzeichnet, dass äußere Korrosionsprodukte (4) in der Oberfläche (7) des Bauteils (1, 16) entfernt werden.
    17. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 15,
      dadurch gekennzeichnet, dass innere Korrosionsprodukte (5) unterhalb der Oberfläche (7) des Bauteils (1, 16) entfernt werden.
    18. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      in einem Zwischenschritt das Reinigungsmittel (10) nach der Wärmebehandlung entfernt wird.
    19. Verfahren nach Anspruch 18,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      in einem Zwischenschritt die zumindest eine Opferzone (25) in der Tiefe des Bauteils (1) durch eine Thermobehandlung vergrößert wird.
    20. Verfahren nach Anspruch 19,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die Temperatur der Thermobehandlung zumindest teilweise oberhalb der Temperatur der Wärmebehandlung liegt.
    21. Verfahren nach Anspruch 4 oder 20,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die Temperatur der Thermobehandlung ein Lösungsglühen des Bauteils (1) ermöglicht.
    22. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      das Reinigungsmittel (10) auf die Oberfläche (7) des Bauteils (1) im Bereich von Korrosionsprodukten (4, 5) aufgetragen wird.
    23. Verfahren nach Anspruch 1, 5 oder 6,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die gasförmige Verbindung eine Imprägnierschicht in dem Bauteil (1) erzeugt, die zumindest teilweise aus der zumindest einen Imprägnierkomponente (13) besteht.
    24. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der Schichtbereich (52) Korrosionsprodukte (4, 5) enthält.
    25. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der Schichtbereich (52) zumindest bereichsweise degradiert ist.
    26. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der Schichtbereich (52) zumindest bereichsweise degradiert ist durch Diffusion von chemischen Elementen aus oder in den Schichtbereich (52).
    27. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtbereich (52) eine Chrom- oder chromhaltige Schicht ist.
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