EP1559484B1 - Verfahren zum Entfernen eines Korrosionsproduktes - Google Patents

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EP1559484B1
EP1559484B1 EP20040001725 EP04001725A EP1559484B1 EP 1559484 B1 EP1559484 B1 EP 1559484B1 EP 20040001725 EP20040001725 EP 20040001725 EP 04001725 A EP04001725 A EP 04001725A EP 1559484 B1 EP1559484 B1 EP 1559484B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
corrosion product
crack
corrosion
combustion chamber
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP20040001725
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English (en)
French (fr)
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EP1559484A1 (de
Inventor
Ulrich Dr. Bast
Manfred Kobusch
Michael Dr. Ott
Max Rothenfusser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
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Priority to DE200450005600 priority patent/DE502004005600D1/de
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G5/00—Cleaning or de-greasing metallic material by other methods; Apparatus for cleaning or de-greasing metallic material with organic solvents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/02—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by distortion, beating, or vibration of the surface to be cleaned

Definitions

  • the invention relates to a method for removing a corrosion product according to the preamble of claim 1.
  • Components for high temperature applications after their use by corrosion, i. also damaged by oxidation. Even if a metallic protective layer and / or a ceramic thermal barrier coating was present on this component, damage to the component (substrate) may nevertheless occur, for example in the form of grown corrosion layers and / or cracks.
  • Such components are for example turbine blades, combustion chamber linings and other housing parts of a gas or steam turbine.
  • cracks may have formed in the component or substrate which are also corroded. Such cracks must be repaired. This can be done by removing an area around the crack and filling it with solder or possibly with an insert. Often, however, it is desirable that the crack be filled with only one solder. However, then the crack must be free of impurities. In the cracks, however, often a corrosion layer has formed. This must be removed.
  • the U.S. Patent 4,629,128 shows a compressed air gun.
  • the U.S. Patent 6,315,639 B1 discloses a method for cleaning pipes.
  • the U.S. Patent 6,521,860 B2 discloses a laser apparatus in which material removed by the laser is removed from the laser beam path.
  • the US 6,361,610 B1 discloses a method to clean a casting.
  • the DE 199 07 012 discloses the use of laser-generated shock waves within medical technology.
  • the EP 0 783 044 A1 describes a method for removing at least one corrosion product from a component, wherein at least one reactive medium is used, which reacts with the corrosion product and thereby causes a certain removal rate of the corrosion product.
  • the GB 2 165 330 A1 discloses a method for ultrasonic cleaning.
  • the U.S. Patent 2,894,860 discloses a method for derusting a component by an acid treatment.
  • the U.S. Patent 3,429,743 discloses a method of shock wave treatment of a component disposed in a bath which is energized by an excitation means on the bath container.
  • the U.S. Patent 6,475,289 B2 discloses a chemical cleaning method for cleaning through-holes of a turbine blade.
  • the US 2002/0011254 A1 discloses a cleaning method using highly diluted cleaning fluids.
  • the penetration depth decreases with increasing frequency.
  • the object is achieved by a method according to claim 1.
  • FIG. 1 shows an exemplary component 1 which is treated by means of the method according to the invention.
  • the component 1 is, for example, a component of a steam or gas turbine 100 (FIG. 5).
  • the component 1 is a turbine blade 120, 130 (FIG. 5), a housing part or a combustion chamber lining 155 of a combustion chamber 110 (FIG. 6) of a gas turbine 100.
  • components 1 made of an iron-, nickel- or cobalt-based superalloy are used.
  • the component 1 has, for example, at least one crack 7 starting from a surface 10 of the component 1.
  • At least one corrosion product 4 (oxide, sulfide, phosphorus,9) is present, for example, as corrosion layer 4, which has formed during its use.
  • the crack 7 is closed, for example by filling with a solder or by welding.
  • the solder or the welding material would adhere poorly to an oxide or corrosion product, so that the cleaning is necessary beforehand.
  • a metallic protective layer of the composition MCrAlX for example, can be applied to the surface 10, where M represents at least one element of the group iron, cobalt or nickel, and X is yttrium and / or at least one element of the rare Earth (active elements).
  • a ceramic layer in particular a thermal barrier coating, can be applied to the MCrAlX layer.
  • a used part is worked up again (refurbishment).
  • Such corrosion products 4 are treated according to the prior art with a fluoride or fluorine, a reactive medium 28.
  • the reactive medium 28 dissolves the corrosion product 4 to produce free metallic surfaces.
  • the reaction of the reactive medium 28 with the corrosion product 4 generates a certain characteristic removal rate of the corrosion product 4.
  • the corrosion products 4 need not be present in a crack 7 but may also be present on the surface 10 of the component 1 and must be removed for a new coating.
  • halogens 28 are mentioned as reactive medium 28.
  • the removal of the corrosion product 4 is often not fast enough or sufficiently enough, since the contact surface of the halogen 28 is covered with the corrosion product to be removed 4 too low or with the reaction product of halogen 28 and corrosion product 4, which then has a passivating effect.
  • at least one halogen (Cl) and / or at least one halide (HCl), in particular fluorides (HF) and / or halogen compounds may be used as the reactive medium 28. It is also possible to use liquids as the reactive medium 28.
  • the component 1 may be present in a solution of the halide 28.
  • component 1 into a salt melt (for example KCl and LiCl at 350 ° C.) of a halogen-containing salt.
  • a salt melt for example KCl and LiCl at 350 ° C.
  • the salt 28 or the halide 28 can also be applied locally in the crack 7 or by application of a slurry and a melt is produced by locally heating the reactive medium 28 or by heating the component 1 in order to start the reaction between the reactive medium 28 and the corrosion product 4 allow.
  • oxygen may be added to protect the area around the crack 7 by oxide formation from attack by the halogen.
  • This oxide layer can be easily removed by blasting (sand blasting) or acid, as it is flat.
  • the component 1 with the corrosion product 4 is excited, for example, by piezocrystals 13 (FIG. 2), which constitute the excitation means and vibrate mechanically by applying an alternating electrical voltage.
  • piezocrystals 13 FIG. 2
  • the piezoelectric crystals 13 are arranged in particular in the vicinity of the crack 4. Thus, mechanical energy is introduced into the environment of the crack 4.
  • the metallic material of the component 1 is ductile and is not damaged by the mechanical excitation.
  • the corrosion products 4 are brittle and can be broken by the mechanical excitation, whereby cracks form in the corrosion product 4.
  • the component 1 does not necessarily have to be arranged in a liquid when piezocrystals 13 are used.
  • ultrasound probes may be used in the aqueous bath (fluid).
  • FIG. 3 shows a further arrangement for carrying out the method according to the invention.
  • an eddy current probe 19 is used as the excitation means to mechanically control the component 1.
  • the eddy current probe 19 can be operated at different frequencies f1, f2 and f3.
  • the different frequencies f1, f2 and f3 correspond to different penetration depths t1, t2 and t3 into the component 1 starting from the surface 10.
  • the frequencies f can be changed stepwise or continuously.
  • the eddy current probe 19 is arranged in the vicinity of the crack 4, in particular around the crack 4.
  • the frequency f is changed so that ever greater penetration depths t1 - t3 are generated in the component 1, in particular depending on the removal rate of the corrosion product 4 in the crack 7, so that the corrosion product 4 from the surface 10 to the crack end gradually is removed. This makes sense, since the crack 7 often has cavities closed by corrosion products 4.
  • the component 1 does not necessarily have to be arranged in a liquid when using an eddy current probe 19.
  • FIG. 4 shows a further arrangement for carrying out the method according to the invention.
  • a laser 22 is provided as an excitation means, the laser beams 25 emits to To generate laser pressure waves 25.
  • the laser pressure waves 25 are directed, for example, specifically to the crack 7 or the corrosion product 4.
  • the substrate of the component 1 was still necessary in order to transfer the mechanical vibrations and excitations to the corrosion product 4. The necessary energy for the excitement can be reduced.
  • the laser 22 may also be used to heat the reactive medium 28, for example, to melt a salt.
  • the component 1 does not necessarily have to be arranged in a liquid when using a laser 22.
  • excitation means eddy current probe 19, laser 22
  • laser 22 can be operated simultaneously.
  • a final purification step can be carried out in order to remove residues of the reactive medium 28, that is to say, for example, of halogens and halide products.
  • FIG. 5 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103, which is also referred to as a turbine runner.
  • an intake housing 104 a compressor 105, for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber 106, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • a compressor 105 for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber 106, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • the annular combustion chamber 106 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
  • annular annular hot gas channel 111 for example.
  • turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
  • Each turbine stage 112 is formed of two blade rings. As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
  • the guide vanes 130 are fastened to the stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125, for example, are mounted on the rotor 103 by means of a turbine disk 133. Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).
  • air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104.
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110.
  • the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
  • the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the direction of flow of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield bricks lining the annular combustion chamber 106.
  • the substrates may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
  • the material used is iron-, nickel- or cobalt-based superalloys. After the first use can such components have corrosion products 4 or cracks 7, which are treated by the method according to the invention.
  • the blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is yttrium (Y) and / or at least one element of the rare ones Erden) and have heat through a thermal barrier coating.
  • the thermal barrier coating consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 4 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner housing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane foot.
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
  • FIG. 6 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
  • the combustion chamber 110 is configured, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a plurality of burners 102 arranged around the turbine shaft 103 in the circumferential direction open into a common combustion chamber space.
  • the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the turbine shaft 103 around.
  • the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C.
  • the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M with an inner lining formed of heat shield elements 155.
  • Each heat shield element 155 is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer or made of high-temperature-resistant material. Due to the high temperatures in the interior of the combustion chamber 110, a cooling system is additionally provided for the heat shield elements 155 or for their holding elements. After the first use, such components can have corrosion products 4 or cracks 7, these being treated by the method according to the invention.
  • the materials of the combustion chamber wall and its coatings may be similar to the turbine blades.
  • the combustion chamber 110 is designed in particular for detecting losses of the heat shield elements 155.
  • a number of temperature sensors 158 are positioned between the combustion chamber wall 153 and the heat shield elements 155.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen eines Korrosionsproduktes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bauteile für Hochtemperaturanwendungen sind nach ihrem Einsatz durch Korrosion, d.h. auch durch Oxidation geschädigt. Auch wenn auf diesem Bauteil eine metallische Schutzschicht und/oder eine keramische Wärmedämmschicht vorhanden war, kann trotzdem eine Schädigung des Bauteils (Substrats) auftreten, beispielsweise in Form von gewachsenen Korrosionsschichten und/oder Rissen.
  • Solche Bauteile sind beispielsweise Turbinenschaufeln, Brennkammerauskleidungen sowie weitere Gehäuseteile einer Gas- oder Dampfturbine.
  • Um die Kosten für den Betrieb einer Turbine zu senken, werden solch teure Bauteile nach einer bestimmten Einsatzdauer wieder aufgearbeitet. Dabei werden gegebenenfalls aufgebrachte Schichten entfernt, wie z.B. durch Säurestrippen, und Korrosionsschichten bzw. -Produkte, die sich im Betrieb gebildet haben, entfernt.
  • Ebenso können sich im Bauteil oder Substrat Risse gebildet haben, die ebenfalls korrodiert sind. Solche Risse müssen repariert werden. Dies kann dadurch geschehen, dass ein Bereich um den Riss abgetragen wird und mit Lot oder ggf. noch mit einem Einsatz aufgefüllt wird. Oft ist jedoch erwünscht, dass der Riss nur mit einem Lot gefüllt wird. Jedoch muss dann der Riss frei von Verunreinigungen sein. In den Rissen hat sich jedoch oft auch eine Korrosionsschicht gebildet. Diese muss entfernt werden.
  • Dies geschieht beispielsweise durch Fluoridreinigung, wie es aus der US-PS 6,348,440 , US-PS 6,194,365 oder US-PS 6,346,505 bekannt ist. Dabei wird ein Bauteil in ein Gas bei hohen Temperaturen von 1000 °C eingebracht.
  • Diese Verfahren sind jedoch sehr zeitintensiv und wegen den hohen Temperaturen auch teuer.
  • Die US-PS 4,629,128 zeigt eine Druckluftpistole.
  • Die US-PS 6,315,639 B1 offenbart eine Methode, um Rohre zu reinigen.
  • Die US-PS 6,521,860 B2 offenbart eine Laserapparatur, bei der durch den Laser abgetragenes Material aus dem Laserstrahlpfad entfernt wird.
  • Die US 6,361,610 B1 offenbart eine Methode, um ein Gussteil zu reinigen.
  • Die DE 199 07 012 offenbart die Verwendung von lasererzeugten Schockwellen innerhalb der Medizintechnik.
  • Die EP 0 783 044 A1 beschreibt ein Verfahren zum Entfernen zumindest eines Korrosionsprodukts von einem Bauteil, bei dem zumindest ein Reaktivmedium verwendet wird, das mit dem Korrosionsprodukt reagiert und dabei eine bestimmte Abtragungsrate des Korrosionsprodukts bewirkt.
  • Die GB 2 165 330 A1 offenbart ein Verfahren zur Ultraschallreinigung.
  • Die US-PS 2,894,860 offenbart ein Verfahren zum Entrosten eines Bauteils durch eine Säurebehandlung.
  • Die US-PS 3,429,743 offenbart eine Methode zur Schockwellenbehandlung eines Bauteils, das in einem Bad angeordnet ist, welches durch ein Erregungsmittel am Badbehälter erregt wird.
  • Die US-PS 6,475,289 B2 offenbart eine chemische Reinigungsmethode für das Reinigen von Durchgangslöchern einer Turbinenschaufel.
  • Die US 2002/0011254 A1 offenbart eine Reinigungsmethode, bei der stark verdünnte Reinigungsflüssigkeiten verwendet werden.
  • In dem Buch von H. Blumenauer "Werkstoffprüfung", 5. Aufl., VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1989, ist die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung mit dem Wirbelstromverfahren beschrieben. Es beruht darauf, dass das elektromagnetische Wechselfeld einer von Wechselstrom durchflossenen Spule verändert wird, wenn eine metallische Probe in ihren Wirkungsbereich gebracht wird. Durch das Primärfeld der Spule wird in der zu untersuchenden Probe eine Wechselspannung induziert, die ihrerseits einen Wechselstrom erzeugt, der seinerseits wiederum ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Dieses sekundäre Wechselfeld wirkt charakteristischerweise dem Primärfeld entgegen und verändert somit seine Parameter. Die Veränderung lässt sich messtechnisch erfassen. Dazu wird beispielsweise bei Spulen mit Primär- und Sekundärwicklung die Sekundärspannung gemessen (transformatorisches Prinzip). Oder es wird, beispielsweise bei Spulen mit nur einer Wicklung, deren Scheinwiderstand ermittelt (parametrisches Prinzip). Gemäß der in einem Wechselstromkreis geltenden Gesetze wird durch die Induktion in der Spule und in der Probe bei der parametrischen Anordnung außer dem Ohm'schen Widerstand noch ein induktiver Widerstand erzeugt und bei der transformatorischen Anordnung außer der realen Messspannung noch eine imaginäre Messspannung erzeugt. Beide Anteile werden in komplexer Form in der Scheinwiderstandsebene bzw. der komplexen Spannungsebene dargestellt. In diesen beiden Beispielen macht sich die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung den Effekt zu Nutze, dass die Veränderungen des Primärfeldes von den physikalischen und geometrischen Probeneigenschaften sowie den Geräteeigenschaften abhängen. Geräteeigenschaften sind u.a. die Frequenz, die Stromstärke, die Spannung und die Windungszahl der Spule. Probeneigenschaften sind u.a. elektrische Leitfähigkeit, Permeabilität, Probenform sowie Werkstoffinhomogenitäten im Bereich der Wirbelströme. Neuere Geräte zur induktiven Prüfung erlauben Messungen bei mehreren Anregungsfrequenzen. Dazu kann beispielsweise die Frequenz während einer Messung automatisch verändert werden, oder die Frequenz wird vom Benutzer während zweier Messungen manuell verstellt. Die Frequenz hat einen wesentlichen Einfluss auf die Eindringtiefe der Wirbelströme. Es gilt näherungsweise: δ = 503 f ⋅ σ ⋅ μ r
    Figure imgb0001
    • δ[mm] Eindringtiefe,
    • f [Hz] Frequenz,
    • σ [MS/m = m/(Ωmm2)] spezifische Leitfähigkeit,
    • µr relative Permeabilität.
  • Die Eindringtiefe verringert sich mit wachsender Frequenz.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren aufzuzeigen, bei dem Korrosionsprodukte eines Bauteils durch Reaktion eines Reaktivmediums mit dem Korrosionsprodukt schneller und effektiver entfernt werden. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
  • In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen des Verfahrens aufgelistet.
  • Die in den Unteransprüchen aufgelisteten Maßnahmen können in vorteilhafter Art und Weise miteinander kombiniert werden.
  • Es zeigen
    • Figur 1 ein Bauteil, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wird,
    • Figur 2, 3, 4 beispielhafte Anordnungen um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen,
    • Figur 5 eine Gasturbine,
    • Figur 6 eine Brennkammer.
  • Figur 1 zeigt ein beispielhaftes Bauteil 1, das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt wird.
  • Das Bauteil 1 ist beispielsweise ein Bauteil einer Dampf- oder Gasturbine 100 (Fig. 5). Insbesondere ist das Bauteil 1 eine Turbinenschaufel 120, 130 (Fig. 5), ein Gehäuseteil oder eine Brennkammerauskleidung 155 einer Brennkammer 110 (Fig. 6) einer Gasturbine 100.
  • Für Gasturbinen 100 werden insbesondere Bauteile 1 aus einer eisen-, nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung verwendet.
  • Das Bauteil 1 weist beispielsweise zumindest einen Riss 7 ausgehend von einer Oberfläche 10 des Bauteils 1 auf.
  • In diesem Riss 7 ist zumindest ein Korrosionsprodukt 4 (Oxid, Sulfid, Phosphorid, ...) bspw. als Korrosionsschicht 4 vorhanden, das während seines Einsatzes entstanden ist.
  • Nachdem ein solcher Riss 7 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt worden ist, wird der Riss 7 verschlossen, beispielsweise durch Auffüllen mit einem Lot oder durch Zuschweißen. Das Lot oder der Schweißwerkstoff würde an einem Oxid oder Korrosionsprodukt schlecht haften, so dass die Reinigung vorher notwendig ist.
  • Nachdem der Riss 7 aufgefüllt ist, kann bspw. auf die Oberfläche 10 wieder eine metallische Schutzschicht der Zusammensetzung MCrAlX aufgebracht werden, wobei M für zumindest ein Element der Gruppe Eisen, Kobalt oder Nickel steht sowie X für Yttrium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden (Aktivelemente).
  • Auf die MCrAlX-Schicht kann wiederum eine keramische Schicht, insbesondere eine Wärmedämmschicht aufgebracht werden. Somit ist ein benutztes Teil wieder aufgearbeitet (Refurbishment).
  • Solche Korrosionsprodukte 4 werden nach dem Stand der Technik mit einem Fluorid oder Fluor, einem Reaktivmedium 28, behandelt. Das Reaktivmedium 28 löst das Korrosionsprodukt 4 auf, um freie metallische Oberflächen zu erzeugen. Die Reaktion des Reaktivmediums 28 mit dem Korrosionsprodukt 4 erzeugt eine bestimmte charakteristische Abtragungsrate des Korrosionsprodukts 4.
  • Die Korrosionsprodukte 4 müssen nicht in einem Riss 7, sondern können auch auf der Oberfläche 10 des Bauteils 1 vorhanden sein und müssen für eine erneute Beschichtung entfernt werden.
  • Im Folgenden werden nur beispielhaft Halogene 28 als Reaktivmedium 28 erwähnt.
  • Der Abtrag des Korrosionsproduktes 4 erfolgt bisher vielfach nicht schnell oder ausreichend genug, da die Berührungsfläche des Halogens 28 mit dem zu entfernenden Korrosionsprodukt 4 zu gering oder mit dem Reaktionsprodukt aus Halogen 28 und Korrosionsprodukt 4 belegt ist, das dann passivierend wirkt.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird daher zumindest das Korrosionsprodukt - ggf. mittels des Bauteils 1 - durch zumindest ein Erregungsmittel beispielsweise mechanisch erregt, um die Reaktion zu unterstützen, so dass ständig neues Halogen 28 zu der Reaktionsoberfläche des zu entfernenden Korrosionsprodukts 4 geführt wird, die Berührungsfläche oder Angriffsfläche vergrößert wird und Reaktionsprodukte von dem Halogen 28 und dem Korrosionsprodukt 4 entfernt werden, so dass die Abtragungsrate des Korrosionsprodukts 4 erhöht wird. Zur Reinigung können als Reaktivmedium 28 zumindest ein Halogen (Cl) und/oder zumindest ein Halogenid (HCl), insbesondere Fluoride (HF) und/oder Halogenverbindungen verwendet werden. Es können auch Flüssigkeiten als Reaktivmedium 28 verwendet werden.
  • Ebenso können durch die Erregung des Erregungsmittel in dem im Vergleich zum Werkstoff des Bauteils spröderen Korrosionsprodukt 4 Risse erzeugt werden, wodurch sich aufgrund der neu geschaffenen Oberflächen eine größere Angriffsfläche für das Halogen 28 ergibt. Dadurch wird die Zeit, die benötigt wird, um die gesamten Korrosionsprodukte 4 zu entfernen, erheblich verkürzt, so dass die Abtragungsrate erhöht wird.
  • Auch der Einsatz des Halogens 28 wird dabei reduziert. Dadurch entstehen erhebliche Kostenvorteile.
  • Das Bauteil 1 kann in einer Lösung des Halogenids 28 vorhanden sein.
  • Ebenso ist es möglich, das Bauteil 1 in eine Salzschmelze (bspw. KCl und LiCl bei 350°C) eines halogenhaltigen Salzes einzubringen.
  • Dabei kann das Salz 28 oder das Halogenid 28 durch Auftrag eines Schlickers auch lokal im Riss 7 oder darum aufgebracht werden und eine Schmelze wird durch lokale Erhitzung des Reaktivmediums 28 oder durch Erhitzung des Bauteils 1 erzeugt, um die Reaktion zwischen Reaktivmedium 28 und Korrosionsprodukt 4 starten zu lassen.
  • Bei der Verwendung von Lösungen (100°C) oder Schmelzen (bis 600°C) werden deutlich niedrigere Temperaturen verwendet als bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren (1000°C).
  • Bei allen Verfahrensvarianten kann Sauerstoff hinzugegeben werden, um die Fläche um den Riss 7 durch Oxidbildung vor einem Angriff des Halogens zu schützen. Diese Oxidschicht lässt sich leicht durch Strahlen (Sandstrahlen) oder Säure entfernen, da sie flächig ausgebildet ist.
  • Das Bauteil 1 mit dem Korrosionsprodukt 4 wird beispielsweise durch Piezokristalle 13 (Fig. 2) erregt, die das Erregungsmittel darstellen und durch Anlegen einer elektrischen Wechselspannung mechanisch schwingen.
  • Die Piezokristalle 13 sind insbesondere in der Nähe des Risses 4 angeordnet. So wird mechanische Energie in die Umgebung des Risses 4 eingebracht. Das metallische Material des Bauteils 1 ist duktil und wird durch die mechanische Erregung nicht geschädigt. Jedoch sind die Korrosionsprodukte 4 spröde und können durch die mechanische Erregung aufgebrochen werden, wodurch sich Risse im Korrosionsprodukt 4 bilden.
  • Das Bauteil 1 muss bei der Verwendung von Piezokristallen 13 nicht unbedingt in einer Flüssigkeit angeordnet sein.
  • Ebenso können anstatt der oder zusätzlich zu den Piezoelektroden 13 Ultraschallsonden (nicht dargestellt) in dem wässrigen Bad (Fluid) verwendet werden.
  • Figur 3 zeigt eine weitere Anordnung um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. In diesem Fall wird eine Wirbelstromsonde 19 als Erregungsmittel verwendet, um das Bauteil 1 mechanisch zu regeln. Die Wirbelstromsonde 19 kann bei verschiedenen Frequenzen f1, f2 und f3 betrieben werden. Die verschiedenen Frequenzen f1, f2 und f3 entsprechen verschiedenen Eindringtiefen t1, t2 und t3 in das Bauteil 1 ausgehend von der Oberfläche 10.
  • Die Frequenzen f können schrittweise oder kontinuierlich verändert werden.
  • Die Wirbelstromsonde 19 ist in der Umgebung des Risses 4, insbesondere um den Riss 4 angeordnet. Dabei wird die Frequenz f so verändert, dass immer größere Eindringtiefen t1 - t3 in dem Bauteil 1 erzeugt werden, insbesondere abhängig von der Abtragungsrate des Korrosionsproduktes 4 in dem Riss 7, so dass das Korrosionsprodukt 4 von der Oberfläche 10 bis zum Rissende nach und nach abgetragen wird. Dies ist sinnvoll, da der Riss 7 oft durch Korrosionsprodukte 4 verschlossene Hohlräume aufweist.
  • Es ist jedoch auch möglich, am Anfang die Frequenz f auf das Rissende im Bauteil 1 einzustellen.
  • Das Bauteil 1 muss bei der Verwendung einer Wirbelstromsonde 19 nicht unbedingt in einer Flüssigkeit angeordnet sein.
  • Figur 4 zeigt eine weitere Anordnung um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
  • Bei dieser Anordnung ist beispielsweise ein Laser 22 als Erregungsmittel vorhanden, der Laserstrahlen 25 aussendet, um Laserdruckwellen 25 zu erzeugen. Die Laserdruckwellen 25 werden beispielsweise gezielt auf den Riss 7 oder das Korrosionsprodukt 4 gerichtet. Durch diese Fokussierung erfolgt ein stark örtlich begrenzter Energieeintrag unmittelbar in die zu entfernenden Korrosionsprodukte 4. Hingegen war bei den Anordnungen gemäß der Figur 2 und 3 noch das Substrat des Bauteils 1 notwendig, um die mechanischen Schwingungen und Erregungen auf das Korrosionsprodukt 4 zu übertragen. Die notwendige Energie für die Erregung kann dadurch reduziert werden.
  • Der Laser 22 kann auch verwendet werden, um das Reaktivmedium 28 zu erwärmen, bspw. um ein Salz aufzuschmelzen.
  • Das Bauteil 1 muss bei der Verwendung eines Lasers 22 nicht unbedingt in einer Flüssigkeit angeordnet sein.
  • Ebenso können mehrere Erregungsmittel (Wirbelstromsonde 19, Laser 22) gleichzeitig betrieben werden.
  • Abschließend kann nach den Verfahren gemäß Figuren 2 bis 4 noch ein Endreinigungsschritt erfolgen, um Reste des Reaktivmediums 28, also bspw. von Halogenen und Halogenidprodukten zu entfernen.
  • Die Figur 5 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.
  • Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.
  • Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer 106, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.
  • Die Ringbrennkammer 106 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinandergeschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.
  • Jede Turbinenstufe 112 ist aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.
  • Die Leitschaufeln 130 sind dabei am Stator 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 bspw. mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind. An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt).
  • Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
  • Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 106 auskleidenden Hitzeschildsteinen am meisten thermisch belastet.
  • Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, werden diese mittels eines Kühlmittels gekühlt.
  • Ebenso können die Substrate eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur).
  • Als Material werden eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen verwendet. Nach dem ersten Einsatz können solche Bauteile Korrosionsprodukte 4 oder Risse 7 aufweisen, wobei diese mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden.
  • Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X steht für Yttrium (Y) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden) und Wärme durch eine Wärmedämmschicht aufweisen. Die Wärmedämmschicht besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O4-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
  • Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
  • Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt.
  • Die Figur 6 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine.
  • Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Turbinenwelle 103 herum angeordneten Brennern 102 in einen gemeinsamen Brennkammerraum münden. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Turbinenwelle 103 herum positioniert ist.
  • Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis 1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen. Jedes Hitzeschildelement 155 ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht ausgestattet oder aus hochtemperaturbeständigem Material gefertigt. Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 ist zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen. Nach dem ersten Einsatz können solche Bauteile Korrosionsprodukte 4 oder Risse 7 aufweisen, wobei diese mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden.
  • Die Materialien der Brennkammerwand und deren Beschichtungen können ähnlich der Turbinenschaufeln sein.
  • Die Brennkammer 110 ist insbesondere für eine Detektion von Verlusten der Hitzeschildelemente 155 ausgelegt. Dazu sind zwischen der Brennkammerwand 153 und den Hitzeschildelementen 155 eine Anzahl von Temperatursensoren 158 positioniert.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Entfernen zumindest eines Korrosionsproduktes (4) von einem Bauteil (1),
    das (1) einen Riss (7) aufweist,
    bei dem zumindest ein Reaktivmedium (28) verwendet wird, das mit dem Korrosionsprodukt (4) in dem Riss (7) reagiert und dabei eine bestimmte Abtragungsrate des Korrosionsprodukts (4) bewirkt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest ein, insbesondere ein, Erregungsmittel (13, 19, 22) ausgewählt aus der Gruppe:
    Laserdruckwellen,
    Piezokristalle auf der Oberfläche (10) des Bauteils,
    eine Wirbelstromsonde (19) auf der Oberfläche (10) des Bauteils (1),
    das zumindest eine Korrosionsprodukt (4) mechanisch in dem Riss (7) erregt,
    wobei die Erregung auf die Korrosionsprodukte (4) in dem Riss (7) ausgerichtet wird,
    um die Abtragungsrate des Korrosionsprodukts (4) in dem Riss (7) zu erhöhen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    als Reaktivmedium (28) zumindest eine Halogenverbindung und/oder ein Halogengas (28),
    insbesondere Fluor,
    verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dem Reaktivmedium (28) Sauerstoff beigemischt wird,
    der eine schützende Oxidschicht auf den Flächen um das Korrosionsprodukt (4) bildet.
  4. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    Korrosionsprodukte (4) von einer Turbinenschaufel (120, 130) einer Dampf- oder Gasturbine (100) oder von einer Brennkammerauskleidung (155) entfernt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Bauteil (1) nach der Entfernung der Korrosionsprodukte (4) mit zumindest einer Schicht,
    insbesondere einer metallischen Schutzschicht und/oder einer keramischen Wärmedämmschicht,
    beschichtet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Bauteil (1) aus einer eisen-, nickel- oder kobaltbasierten Superlegierung besteht.
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