EP1507901A2 - Vorrichtung und verfahren zur entfernung von oberflächenbereichen eines bauteils - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur entfernung von oberflächenbereichen eines bauteils

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EP1507901A2
EP1507901A2 EP03727147A EP03727147A EP1507901A2 EP 1507901 A2 EP1507901 A2 EP 1507901A2 EP 03727147 A EP03727147 A EP 03727147A EP 03727147 A EP03727147 A EP 03727147A EP 1507901 A2 EP1507901 A2 EP 1507901A2
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current
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electrode
pulse
electrolyte
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Ralph Reiche
Jan Steinbach
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Siemens AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F1/00—Electrolytic cleaning, degreasing, pickling or descaling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F5/00—Electrolytic stripping of metallic layers or coatings

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for removing surface areas of a component according to claims 1 and 3, respectively.
  • MCrAlY or Zr ⁇ 2 are coated, for example by '
  • Acid stripping in combination with sandblasting or decoated by high pressure water jets
  • EP 1 122 323 AI and US 5,944,909 show examples of the chemical removal of surface areas.
  • EP 1 941 34 AI, EP 1 010 782 AI and US Pat. No. 6,165,345 disclose methods for the electrochemical removal of metallic coatings (stripping).
  • the object of the invention is therefore to show a device and a method in which the stripping takes place more quickly and more cheaply.
  • the object is achieved by a device and a method for removing surface areas of a component according to claims 1 and 3, respectively.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention
  • FIG. 2 a time profile of a current of a current pulse generator
  • FIG 3 shows a further time profile of a current of a current pulse generator.
  • FIG. 1 shows a device 1 according to the invention.
  • the device 1 consists of a container 4 in which an electrolyte 7 is arranged.
  • An electrode 10 and a component 13 are arranged in the electrolyte 7.
  • the electrode 10 and the component 13 are electrically connected to a current / voltage pulse generator 16.
  • the component 13 is, for example, a coated one
  • Turbine blade which has a nickel or cobalt-based superalloy as a substrate, on which a metallic layer is applied, which serves, for example, as a corrosion protection or anchoring layer.
  • a metallic layer which serves, for example, as a corrosion protection or anchoring layer.
  • Such a layer has in particular the composition MCrAlY, where M stands for an element iron, cobalt or nickel.
  • the coating is corroded during use of the turbine blade 13.
  • the surface area 25 thus created (indicated by dashed lines) is to be removed by the method and the device 1 according to the invention.
  • layer areas 25 which have arisen in the area near the surface due to corrosion, oxidation or other types of degradation can be removed from a component 13 which has no coating.
  • the current pulse generator 16 generates a pulsed current / voltage signal (FIG. 2).
  • the ultrasound excitation improves the hydrodynamics of the process and thereby supports the electrochemical reaction.
  • FIG. 2 shows an exemplary current / voltage curve of the current / voltage pulse generator 16.
  • the current pulse signal or the voltage pulse is, for example, rectangular (pulse shape) and has a pulse duration t on . There is a pause of length t 0 f between the individual pulses.
  • the current pulse signal is determined by its current level I m ax.
  • the current that flows between the electrode 10 and the component 13 (I m a ⁇ ) r the pulse duration (t on ) and the pulse pause (t 0 ff) have a significant influence on the electrochemical reaction by accelerating it.
  • FIG. 3 shows an example of a series of current pulses 40 which are repeated.
  • a sequence 34 consists of at least two blocks 77.
  • Each block 77 consists of at least one current pulse 40.
  • a current pulse 40 is characterized by its duration t on , the height I max and its pulse shape (rectangle, triangle, ). The pauses between the individual current pulses 40 (t 0ff ) and the pauses between the blocks 77 are equally important as process parameters.
  • the sequence 34 consists, for example, of a first block 77 with three current pulses 40, between which there is again a pause. This is followed by a second block 77, which has a larger current level and consists of six current pulses 40. After a further pause, four current pulses 40 follow in the opposite direction, ie with a changed polarity. At the end of sequence 34 there follows a further block 77 with four current pulses.
  • the sequence 34 can be repeated several times.
  • the individual pulse times t on are preferably on the order of about 1 to 10 milliseconds.
  • the time duration of block 77 is of the order of up to 10 seconds, so that up to 500 pulses are transmitted in a block 77.
  • a block 77 is matched with its parameters to a component of an alloy that is to be decoated, for example, in order to achieve the best removal of this component. These can be determined in individual experiments.

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Abstract

Stand der Technik ist es, Oberflächenbereiche eines metallischen Bauteils mittels elektrochemischer Verfahren zu entfernen. Durch die Verwendung eines Strompulsgebers (16) wird der elektrochemische Prozess beschleunigt.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Entfernung von Oberflächenbereichen eines Bauteils
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung von Oberflächenbereichen eines Bauteils gemäß Anspruch 1 bzw. 3.
Bislang werden Bauteile, die mit Beschichtungen des Typs
MCrAlY oder Zrθ2 beschichtet sind, beispielsweise durch '
Säurestrippen in Kombination mit Sandstrahlen oder durch Hochdruckwasserstrahlen entschichtet .
Die EP 1 122 323 AI und die US 5,944,909 zeigen Beispiele für das chemische Entfernen von Oberflächenbereichen.
Die EP 1 941 34 AI, die EP 1 010 782 AI sowie die US-PS 6,165,345 offenbaren Methoden zum elektrochemischen Entfernen von metallischen Beschichtungen (Strippen) .
Die oben aufgelisteten Verfahren sind zeit- und damit kostenintensi .
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren aufzuzeigen, bei denen die Entschichtung schneller und preiswerter abläuft.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung von Oberflächenbereichen eines Bauteils gemäß Anspruch 1 bzw. 3 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verfahrensschritte sind in den jeweiligen Unteransprüchen aufgelistet. Es zeigen
Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, Figur 2, einen zeitlichen Verlauf eines Stromes eines Strompulsgebers und
Figur 3 einen weiteren zeitlichen Verlauf eines Stromes eines Strompulsgebers .
Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1. Die Vorrichtung 1 besteht aus einem Behälter 4, in dem ein Elektrolyt 7 angeordnet ist.
In dem Elektrolyt 7 ist eine Elektrode 10 und ein Bauteil 13 angeordnet. Die Elektrode 10 und das Bauteil 13 sind elektrisch mit einem Strom/Spannungspulsgeber 16 verbunden. Das Bauteil 13 ist beispielsweise eine beschichtete
Turbinenschaufel, die als Substrat eine Nickel- oder Kobaltbasierte Superlegierung aufweist, auf der eine metallische Schicht aufgebracht ist, die beispielsweise als Korrosionsschutz- oder Verankerungsschicht dient. Eine solche Schicht weist insbesondere die Zusammensetzung MCrAlY, wobei M für ein Element Eisen, Kobalt oder Nickel steht, auf.
Die Beschichtung ist während des Einsatzes der Turbinenschaufel 13 korrodiert. Der so entstandene Oberflächenbereich 25 (gestrichelt angedeutet) soll durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 entfernt werden. Ebenso können von einem Bauteil 13, das keine Beschichtung aufweist, aber im oberflächennahen Bereich durch Korrosion, Oxidation oder sonstige Arten der Degradation entstandene Schichtbereiche 25 entfernt werden.
Der Strompulsgeber 16 erzeugt ein gepulstes Strom/Spannungssignal (Figur 2) .
Optional ist in dem Elektrolyt 7 eine Ultraschallsonde 19 angeordnet, die durch eine Ultraschallguelle 22 betrieben wird. Die Ultraschallanregung verbessert die Hydrodynamik des Prozesses und unterstützt dadurch die elektrochemische Reaktion.
Figur 2 zeigt einen beispielhaften Strom/Spannungsverlauf des Strom/Spannungspulsgebers 16.
Das Strompulssignal oder der Spannungspuls ist beispielsweise rechteckig (Pulsform) und hat eine Pulsdauer ton. Zwischen den einzelnen Impulsen besteht eine Pause der Länge t0f .
Weiterhin wird das Strompulssignal durch seine Stromhöhe Imax bestimmt . Der Strom, der zwischen der Elektrode 10 und dem Bauteil 13 fließt (Imaχ) r die Pulsdauer (ton) und die Pulspause (t0ff) haben einen wesentlichen Einfluss auf die elektrochemische Reaktion, indem diese beschleunigt wird.
Figur 3 zeigt eine beispielhafte Aneinanderreihung von Strompulsen 40, die sich wiederholen.
Eine Sequenz 34 besteht aus zumindest zwei Blöcken 77. Jeder Block 77 besteht aus zumindest einem Strompuls 40. Ein Strompuls 40 ist charakterisiert durch seine Dauer ton, die Höhe Imax und seine Pulsform (Rechteck, Dreieck, ... ) . Ebenso wichtig als Prozessparameter sind die Pausen zwischen den einzelnen Strompulsen 40 (t0ff) und die Pausen zwischen den Blöcken 77.
Die Sequenz 34 besteht bspw. aus einem ersten Block 77 mit drei Strompulsen 40, zwischen denen wiederum eine Pause stattfindet. Darauf folgt ein zweiter Block 77, der eine größere Stromhöhe aufweist und aus sechs Strompulsen 40 besteht. Nach einer weiteren Pause folgen vier Strompulse 40 in umgekehrter Richtung, d.h. mit geänderter Polarität. Als Abschluss der Sequenz 34 folgt ein weiterer Block 77 mit vier Strompulsen. Die Sequenz 34 kann mehrfach wiederholt werden.
Die Einzelpulszeiten ton betragen vorzugsweise größenordnungsmäßig etwa 1 bis 10 Millisekunden. Die zeitliche Dauer des Blocks 77 liegt in der Größenordnung bis zu 10 Sekunden, so dass bis zu 500 Pulse in einem Block 77 ausgesendet werden.
Die Belegung sowohl während der Pulsabfolgen als auch in der Pausenzeit mit einem geringen Potenzial (Basisstrom) ist optional möglich.
Ein Block 77 ist mit seinen Parametern auf ein Bestandteil einer Legierung abgestimmt, die bspw. entschichtet werden soll, um das beste Entfernen dieses Bestandteils zu erreichen. Diese können in Einzelversuchen bestimmt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Entfernung von Oberflächenbereichen eines Bauteils, die einen Behälter aufweist, in dem ein Elektrolyt angeordnet ist, in der das Bauteil einbringbar ist, die eine Elektrode aufweist, wobei die Elektrode und das Bauteil elektrisch miteinander verbindbar sind, und wobei die Elektrode zumindest teilweise in dem Elektrolyten angeordnet ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Vorrichtung einen elektrischen Strompulsgeber (16) aufweist, der elektrisch zwischen Elektrode (10) und Bauteil (13) schaltbar ist, und dass der Strompulsgeber (16) Strompulse erzeugen kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Vorrichtung (1) eine Ultraschallsonde (14) aufweist, die im Behälter (4) angeordnet ist, und die vom Elektrolyten (10) umgeben ist.
3. Verfahren zur Entschichtung eines Oberflächenbereiches eines Bauteils, bei dem eine Elektrode und das Bauteil in, einem Elektrolyten angeordnet sind, wobei die Elektrode und das Bauteil elektrisch leitend miteinander und mit einem Stromgeber (16) verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t , dass
der Stromgeber (16) einen gepulsten Strom oder eine gepulste Spannung erzeugt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
an dem Bauteil (13) ein positives oder ein negatives
Potenzial anliegt, um einen Basisstrom oder Basisspannung zu erzeugen.
5. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
in dem Elektrolyten (7) eine Ultraschallsonde (19) betrieben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
zum elektrolytischen Entschichten ein Strom/Spannungspuls (40) verwendet wird, wobei sowohl positive als auch negative Strom/Spannungspulse (40) verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
für das elektrolytische Entschichten wiederholt mehrere Strom/Spannungspulse (40) verwendet werden, die in einer Sequenz (34) zusammengefasst sind, wobei die Sequenz (34) von zumindest zwei verschiedenen Blöcken (77) gebildet wird, wobei ein Block (77) aus zumindest einem Strompuls (40) besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
ein Block (77) bestimmt ist durch eine Anzahl von Strompulsen (40), Pulsdauer (ton) , Pulspause (t0ff) , Stromhöhe (Imax) und Pulsform.
9. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
ein Block (77) jeweils auf einen Bestandteil einer Legierung abgestimmt ist, die entfernt werden soll, um das Entschichten des Bestandteils der Legierung zu verstärken.
10. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
eine Legierungsschicht der Art MCrAlY entschichtet wird, wobei M ein Element der Gruppe Eisen, Kobalt oder Nickel ist.
1. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
ein Basisstrom den Strompulsen (40) und/oder den Pausen überlagert ist.
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