EP1598444B1 - Verfahren zum Einstellen der elektrischen Leitfähigkeit einer durch Druck in ihrer elektrischen Leitfähigkeit veränderbaren Beschichtung eines Maschinenbauteils durch Trockeneisstrahlen - Google Patents

Verfahren zum Einstellen der elektrischen Leitfähigkeit einer durch Druck in ihrer elektrischen Leitfähigkeit veränderbaren Beschichtung eines Maschinenbauteils durch Trockeneisstrahlen Download PDF

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EP1598444B1
EP1598444B1 EP04010845A EP04010845A EP1598444B1 EP 1598444 B1 EP1598444 B1 EP 1598444B1 EP 04010845 A EP04010845 A EP 04010845A EP 04010845 A EP04010845 A EP 04010845A EP 1598444 B1 EP1598444 B1 EP 1598444B1
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jet
blasting
conductivity
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Ralph Reiche
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Siemens AG
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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
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F13/00—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection
    • C23F13/02—Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
    • C23F13/06—Constructional parts, or assemblies of cathodic-protection apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/003—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods using material which dissolves or changes phase after the treatment, e.g. ice, CO2
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/10—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for compacting surfaces, e.g. shot-peening
    • 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
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/82—After-treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/286—Particular treatment of blades, e.g. to increase durability or resistance against corrosion or erosion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics

Definitions

  • the present invention relates to the use of a particle jet of dry ice particles for adjusting the electrical conductivity of a coating of a machine component, which can be varied by pressure in its electrical conductivity, in which the particle beam is guided over the surface of the coating.
  • Such methods of adjusting the electrical conductivity are also called conductivity blasting methods. They are used in particular for adjusting the conductivity of turbine components, in particular of gas turbine components.
  • a gas turbine in the simplest case comprises a compressor, a combustion chamber and a turbine.
  • the compressor In the compressor there is a compression of sucked air, which is then admixed with a fuel. Combustion of the mixture then takes place in the combustion chamber, with the combustion exhaust gases being supplied to the turbine, from which energy is withdrawn from the combustion exhaust gases and converted into mechanical energy.
  • the compressor is typically driven by the turbine and includes a plurality of compressor blades.
  • compressor blades When compressing the air in the compressor, water is precipitated which, in combination with other elements contained in the air, can form an electrolyte which can lead to corrosion and erosion on the compressor blades.
  • a coating consists for example of a base coat and a top coat.
  • a coating which comprises an inorganic binder of chromium-phosphate compounds and contains, for example, spherical aluminum particles is suitable as the basecoat.
  • Such coatings are disclosed in EP 0 142 418 B1 or in EP 0 905 279 A1.
  • chromium phosphate compounds can be used on an aqueous basis with inert fillers and Farbpigmenttechniken.
  • the protective effect of the coating is that the aluminum embedded in the base coating together with the (more noble) metal of the turbine blade forms a galvanic cell in which the aluminum forms the anode, the so-called sacrificial anode, so that the oxidation or corrosion takes place in the aluminum and not on the metal of the turbine blade.
  • the galvanic cell must have a closed circuit.
  • the sprayed base coat after curing, the spherical aluminum particles are isolated from each other and the base material of the turbine blade by the cured chromium-phosphate compounds. The curing of the base coat must therefore be followed by adjusting the electrical conductivity of the base coat.
  • the setting of the electrical conductivity of the base coat is usually done today by means of a blasting process in which particles, for example corundum, are blown onto the base coat.
  • the impinging particles ensure that the chromium-phosphate compounds break up and the aluminum particles are compacted.
  • deformation of the aluminum particles usually follows as well. These processes cause the aluminum particles to come into contact with each other as well as with the base material of the turbine blade and thus produce a closed circuit when an electrolyte is present.
  • DE-A-205 87 66 shows a cleaning method for metallic, radioactively contaminated surfaces of precipitates by means of an ice jet. For slightly soluble precipitation on the surface, a use of dry ice is also proposed.
  • DE-C-196 36 305 discloses a method for removing coatings and coatings from a sensitive pad. It is about coverings such as soot, moss, pollutant deposits and highly viscous, non-impact or impact-resistant coatings of substrates such as wood, plastic foams or sandstone. By means of a dry ice blasting method, a gentle removal of the coverings or coatings from the sensitive substrates is possible.
  • the object of the present invention is to provide an improved method for the conductive blasting of a coating of a machine component, in particular of a turbine component, for To make available.
  • This object is achieved by the use of a particle beam of dry ice particles for conductivity blasting according to claim 1.
  • the dependent claims 2 to 10 contain advantageous developments of the invention.
  • a particle beam is passed over the surface of the coating in order to exert pressure on the coating.
  • a particle beam with dry ice particles i. a dry ice stream, use.
  • the adjustment of the conductivity can serve in particular for increasing the conductivity.
  • the inventive method is particularly suitable for carrying out on rotors of turbines equipped completely with turbine blades. Due to the omission of the disassembly of the rotor, the downtime can be shortened in case of revision.
  • sand blasting for example with corundum as particles
  • corundum grains for example by means of adhesive films or other means, such as metal sheets.
  • dry ice blasting neither damages the blade substrate nor other metallic surfaces or assemblies, so that, in contrast to the use of sandblasting, no protective measures are required to protect adjacent assemblies.
  • the dry ice treatment cleans the surface, as any possible contamination by grease, oils and loosely adhering layer areas are safely removed.
  • the dry stone itself causes no disturbing residues as a radiation agent, so that a cleaning process after blasting is not necessary.
  • disturbing remnants of radiation must be removed from the irradiated machine components, which requires extensive washing, wiping or blowing off.
  • the conductivity of the coating present after completion of the conductivity beam in other words the resistance of the coating after the conductivity blasting, can be determined by varying the beam parameters used.
  • the beam parameters during dry ice blasting are preferably selected such that no abrasive removal of the coating takes place, so that the coating thickness is not changed by the conductivity blasting.
  • the beam parameters in the case of conductivity radiation can be chosen such that the resistance of the coating between two measuring probes, which are 30 mm apart, after conductivity radiation is not more than 250 ohms, for example 50 ohms or less, in particular not more than 15 ohms is.
  • the jet pressure and / or the beam spacing from the surface of the coating to be irradiated and / or the jet duration with which the surface is irradiated are suitable as beam parameters.
  • the appropriate parameter values depend on the type of nozzle used for the irradiation.
  • the jet pressure may in particular be approximately in the range of 300 to 1200 kPa (3 to 12 bar), the beam distance from the surface to be irradiated approximately in the range of 10 to 80 mm and the jet duration, with a certain surface portion is irradiated, approximately in the range of 2.5 to 80 seconds.
  • these parameters can also be exceeded or fallen short of.
  • Suitable parameter values when using a Laval jet nozzle are, for example: jet pressures in the range of 300 to 400 kPa (3 to 4 bar), in particular 350 kPa (3.5 bar); a beam distance from the surface to be irradiated in the range of 40 to 80 mm, in particular from 55 to 70 mm; and a beam duration with which a certain surface portion is irradiated, in the range of 50 to 80 seconds, in particular of 60 to 70 seconds.
  • jet pressures in the range of 300 to 400 kPa (3 to 4 bar), in particular 350 kPa (3.5 bar); a beam distance from the surface to be irradiated in the range of 40 to 80 mm, in particular from 55 to 70 mm; and a beam duration with which a certain surface portion is irradiated, in the range of 50 to 80 seconds, in particular of 60 to 70 seconds.
  • parts of the machine component which are sensitive to cold are protected against the thermal action of the dry ice before the particle beam is guided over the surface of the coating.
  • rubber-like seals may make such protection seem necessary in order to avoid embrittlement of the seals.
  • the method according to the invention for conductive blasting of a coating of a machine component can be integrated in particular into a method for new or recoating of turbine components.
  • Such a re-coating or re-coating process may include the application of a basecoat and a topcoat.
  • Conductivity blasting then occurs on the base coat prior to application of the top coat. It is advantageous if the surface of the base coat is dried before the application of the top coat. In this way it can be avoided that water ice residues on the surface of the base coat the application of the Affect the top coat. Water residues can be caused by dry ice blasting of the primer coating cooling the component and therefore condensing air moisture on the surface. With strong hypothermia, water ice can form on the surface of the component. However, the water or the water ice dries without further measures already at room temperature, so that the drying can be realized in the simplest case already by a certain waiting time.
  • the method according to the invention can in particular be designed as a method for the conductivity blasting of coatings based on chromate / phosphate with dispersively distributed metal particles, for example aluminum particles, as disclosed, for example, in EP 0 142 418 B1 or in EP 0 905 279 A1.
  • Suitable metals for the dispersively distributed metal particles are metals which can be used as a sacrificial anode with regard to the material of the machine component and which condense and deform in a jet treatment analogously to the behavior of the aluminum particles described at the outset.
  • FIG. 1 shows a detail of a turbine blade 1 during the conductivity radiation.
  • the turbine blade consists of a blade body 3, which is made of a base material.
  • a basic material For example, 12 to 16 percent chromium (nickel) steel comes into question.
  • the blade body 3 is also provided with a base coat 4, which is applied to the base material, for example by means of a spraying process.
  • the base coat 4, which in the exemplary embodiment has a total thickness of 25 micrometers or more, in the present embodiment comprises an inorganic binder of chromate-phosphate compounds and dispersively distributed metal particles, for example spherical aluminum particles as a pigment.
  • Coatings based on chromate / phosphate, which comprise dispersively distributed metal particles and are suitable as base coating, and the composition of such coatings are disclosed, for example, in EP 0 142 418 B1.
  • EP 0 905 279 A1 discloses similar chromate / phosphate based coatings which may further comprise a pigment. The coatings described in these references are therefore referred to with regard to possible primer coating compositions.
  • a conductivity blasting of the base coat 4 takes place in order to convert the coating, which is not or only slightly electrically conductive after application, into an electrically conductive state.
  • a movable nozzle 7 which is guided over the surface of the base coating 4 and is designed in the present embodiment as a Laval jet nozzle, dry ice particles 8 (CO 2 particles) with a jet pressure of 300 to 400 kPa (3 to 4 bar) the surface of the base coat is blown.
  • a break-up of the chromate / phosphate compound solidified after application and a compaction and deformation of the spherical aluminum particles take place.
  • the beam spacing i. Distance of the nozzle 7 from the surface of the coating 4, when using a Laval jet nozzle in the range of 40 to 80 mm, in particular in the range of 55 to 70 mm, and the duration with which a surface area is irradiated, is in the range of 50 to 80 seconds, especially from 60 to 70 seconds.
  • the parameter values suitable for conductivity adjustment may differ significantly from those of a Laval nozzle.
  • the suitable parameter values can be determined empirically for the nozzle used, for example.
  • the resistivity of the coating 4 could be reduced to 15 ohms when the jet pressure 350 kPa (3.5 bar), the beam distance from the surface of the coating 70 mm and the jet time with which a surface portion is irradiated are 60 seconds to have.
  • a 10 ohm resistance could be achieved if the jet pressure was 350 kPa (3.5 bar), the beam spacing was 55 mm, and the jet duration was 60 seconds. In the latter case, however, there was also a slight removal of the coating. This parameter set should therefore not be used if the removal of the coating should be completely ruled out.
  • the measurement of the conductivity of the base coat 4 is carried out by means of two probes, which have a distance of 30 mm from each other. It measures the resistance that the base coat 4 opposes to a current flow between the two probes.
  • the topcoat 9 comprises, for example, chromate / phosphate compounds with inert fillers. It is applied in the present embodiment in the form of an aqueous solution to a thickness of 5 to 15 micrometers and allowed to cure.
  • Coatings based on chromate / phosphate with inert fillers which are suitable as topcoats, and the composition of such coatings are disclosed, for example, in EP 0 142 418 B1 or EP 0 905 279 A1.
  • the coatings described in these references are therefore referred to with regard to possible compositions of the topcoat.
  • the base coat 4 comprises only a single layer. However, it is also possible that the base coating 4 itself is composed of two or more layers.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Partikelstrahls aus Trockeneispartkeln zum Einstellen der elektrischen Leitfähigkeit einer durch Druck in ihrer elektrischen Leitfähigkeit veränderbaren Beschichtung eines Maschinenbauteils, in welchem der Partikelstrahl über die Oberfläche der Beschichtung geführt wird. Derartige Verfahren Einstellen der elektrischen Leitfähigkeit werden auch Leitfähigkeitsstrahlverfahren genannt. Sie kommen insbesondere zum Einstellen der Leitfähigkeit von Turbinenbauteilen, insbesondere von Gasturbinenbauteilen, zur Anwendung.
  • Eine Gasturbine umfasst im einfachsten Fall einen Verdichter, eine Brennkammer sowie eine Turbine. Im Verdichter erfolgt ein Verdichten von angesaugter Luft, welcher anschließend ein Brennstoff beigemischt wird. In der Brennkammer erfolgt dann eine Verbrennung des Gemisches, wobei die Verbrennungsabgase der Turbine zugeführt werden, von der den Verbrennungsabgasen Energie entzogen und in mechanische Energie umgesetzt wird. Der Verdichter wird in der Regel von der Turbine angetrieben und umfasst eine Vielzahl von Verdichterschaufeln.
  • Beim Verdichten der Luft im Verdichter fällt Wasser aus, das in Verbindung mit anderen in der Luft enthaltenen Elementen ein Elektrolyt bilden kann, welches zu Korrosion und Erosion an den Verdichterschaufeln führen kann. Um die Korrosion und Erosion zu verhindern, können Verdichterschaufeln mit Beschichtungen versehen werden. Eine derartige Beschichtung besteht beispielsweise aus einer Grundbeschichtung und einer Deckbeschichtung. Als Grundbeschichtung kommt insbesondere eine Beschichtung in Frage, die einen anorganischen Binder aus Chrom-Phosphatverbindungen umfasst und bspw. sphärische Aluminiumteilchen enthält. Derartige Beschichtungen sind in EP 0 142 418 B1 oder in EP 0 905 279 A1 offenbart. Als Deckbeschichtung können beispielsweise Chrom-Phosphatverbindungen auf wässriger Basis mit inerten Füllstoffen und Farbpigmentierungen zur Anwendung kommen.
  • Die Schutzwirkung der Beschichtung besteht darin, dass das in der Grundbeschichtung eingebettete Aluminium zusammen mit dem (edleren) Metall der Turbinenschaufel eine galvanische Zelle bildet, in welcher das Aluminium die Anode, die sog. Opferanode, bildet, so dass die Oxidation bzw. die Korrosion im Aluminium stattfindet und nicht am Metall der Turbinenschaufel. Dazu muss die galvanische Zelle jedoch einen geschlossenen Stromkreis aufweisen. In der aufgesprühten Grundbeschichtung sind die sphärischen Aluminiumteilchen jedoch nach dem Aushärten durch die ausgehärteten Chrom-Phosphatverbindungen voneinander und vom Basismaterial der Turbinenschaufel isoliert. Dem Aushärten der Grundbeschichtung muss daher ein Einstellen der elektrischen Leitfähigkeit der Grundbeschichtung folgen.
  • Das Einstellen der elektrischen Leitfähigkeit der Grundbeschichtung erfolgt heutzutage in der Regel mittels eines Strahlprozesses, in der Partikel, bspw. Korund, auf die Grundbeschichtung geblasen werden. Die auftreffenden Partikel sorgen dabei dafür, dass die Chrom-Phosphatverbindungen aufbrechen und die Aluminiumpartikel verdichtet werden. Gleichzeitig folgt in der Regel auch eine Verformung der Aluminiumpartikel. Diese Prozesse führen dazu, dass die Aluminiumpartikel sowohl untereinander als auch mit dem Basismaterial der Turbinenschaufel in Kontakt kommen und so beim Vorliegen eines Elektrolyts einen geschlossenen Stromkreis herstellen.
  • Das Beeinflussen von Beschichtungen mittels Partikelstrahlen ist im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise ist in der US 3,676,963 ein Verfahren zum Entfernen unerwünschter Bereiche von thermoplastischen oder elastischen Materialien mittels eines Eisstrahls, d.h. eines Strahls mit Eispartikeln, beschrieben. Eine entsprechende Anwendung, in der statt Eispartikel Trockeneispartikel, also Partikel aus festem CO2, Verwendung finden, offenbart die US 3,702,519. Der Abtrag der unerwünschten Bereiche geschieht durch ein Unterkühlen und damit Verspröden der Kunststoffbereiche durch die kalten CO2-Partikel. Die versprödeten Bereiche werden dann durch weitere Partikel abgetragen.
  • Die DE-A-205 87 66 zeigt ein Reinigungsverfahren für metallische, radioaktiv verseuchte Oberflächen von Niederschlägen mittels eines Eisstrahles. Für leicht lösliche Niederschläge auf der Oberfläche wird auch eine Verwendung von Trockeneis vorgeschlagen.
  • Die DE-C-196 36 305 zeigt ein Verfahren zum Beseitigen von Beschichtungen und Belägen von einer empfindlichen Unterlage. Es geht um Beläge wie Ruß, Moos, Schadstoffablagerungen und hochviskose, nicht schlagfeste oder schlagzähe Beschichtungen von Untergründen wie Holz, Kunststoffschäumen oder Sandstein. Mittels eines Trockeneis-Strahlverfahrens ist ein schonendes Entfernen der Beläge oder Beschichtungen von den empfindlichen Unterlagen möglich.
  • Vergleichbare Anwendungen des Trockeneis-Strahlens, etwa zum Entfernen von Silikondichtungen oder Lacken z.B. von Kunststoffformteilen oder anderen, formkritischen Grundkörpern sind in den folgenden Artikeln beschrieben: "Trockeneis-Strahlreinigen", A. Buinger, Kunststoffe 86 (1996) 1, Seite 58; "CO2 blast cleaning" Ken Lay, Rubber Technology International 1996, Seiten 268 bis 270; "Reinigen mit Trockeneisstrahlen in der Austauschmotorenfertigung", Eckardt Uhlmann, Bernhard Axmann, Felix Elbing, VDI-Z 140 (1998) 9, Seiten 70 bis 72; "Dry-ice blasting for cleaning: Process, optimization and application", G. Spur, E. Uhlmann, F. Elbing, Wear 233 bis 235 (1999), Seiten 402 bis 411; "Stoßkraftmessung beim Strahlen mit CO2-Pallets", Eckardt Uhlmann, Bernhard Axmann, Felix Elbing, ZWF 93 (1998) 6, Seiten 240 bis 243.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Leitfähigkeitsstrahlen einer Beschichtung eines Maschinenbauteils, insbesondere eines Turbinenbauteils, zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch die Verwendung eines Partikelstrahls aus Trockeneispartikeln zum Leitfähigkeitsstrahlen nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 10 enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Im erfindungsgemäßen Verfahren zum Einstellen der elektrischen Leitfähigkeit einer durch Druck in ihrer elektrischen Leitfähigkeit veränderbaren Beschichtung eines Maschinenbauteils, insbesondere eines Turbinenbauteils, etwa einer Turbinenschaufel, wird ein Partikelstrahl über die Oberfläche der Beschichtung geführt, um Druck auf die Beschichtung auszuüben. Erfindungsgemäß findet dazu ein Partikelstrahl mit Trockeneispartikeln, d.h. ein Trockeneisstrahl, Verwendung. Das Einstellen der Leitfähigkeit kann dabei insbesondere zum Erhöhen der Leitfähigkeit dienen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch zur Durchführung an komplett mit Turbinenschaufeln bestückten Rotoren von Turbinen. Aufgrund des Wegfalls der Demontage der Läufer lassen sich die Stillstandzeiten im Revisionsfall verkürzen.
  • Das Verwenden von Trockeneisstrahlen bietet im Vergleich zum Verwenden von Sandstrahlen nach Stand der Technik u.a. folgende Vorteile:
  • Wenn Sandstrahlen, beispielsweise mit Korund als Partikeln, zum Leitfähigkeitsstrahlen der Turbinenschaufeln Verwendung finden, so müssen benachbarte Baugruppen vor dem abrasiven Strahlmedium, d.h. den Korundkörnern, beispielsweise mittels Klebefolien oder anderen Mitteln, wie etwa Blechen geschützt werden. Das Trockeneisstrahlen schädigt dagegen weder das Schaufelsubstrat noch andere metallische Oberflächen oder Baugruppen, so dass im Gegensatz zur Verwendung von Sandstrahlen keine Schutzmaßnahmen zum Schützen benachbarter Baugruppen nötig sind.
  • Zudem reinigt die Trockeneisbehandlung die Oberfläche, da möglicherweise vorhandene Verschmutzungen durch Fette, Öle und lose anhaftende Schichtbereiche sicher entfernt werden. Das Trockeneins selbst verursacht als Strahlenmittel keine störenden Rückstände, so dass ein Reinigungsprozess nach dem Strahlen nicht nötig ist. Im Unterschied dazu müssen beim Leitfähigkeitsstrahlen mittels Sandstrahlen störende Strahlenmittelrückstände von den bestrahlten Maschinenbauteilen entfernt werden, was ein aufwendiges Waschen, Wischen oder Abblasen erfordert.
  • Die nach Abschluss des Leitfähigkeitsstrahlens vorliegende Leitfähigkeit der Beschichtung, mit anderen Worten der Widerstand der Beschichtung nach dem Leitfähigkeitsstrahlen, lässt sich durch Variation der verwendeten Strahlparameter festlegen. Die Strahlparameter beim Trockeneisstrahlen sind im erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise so gewählt, dass kein abrasiver Abtrag der Beschichtung erfolgt, so dass die Beschichtungsdicke durch das Leitfähigkeitsstrahlen nicht verändert wird.
  • Weiterhin können die Strahlparameter beim Leitfähigkeitsstrahlen derart gewählt sein, dass der Widerstand der Beschichtung zwischen zwei Messsonden, die einen Abstand von 30 mm voneinander aufweisen, nach dem Leitfähigkeitsstrahlen nicht mehr als 250 Ohm, bspw. 50 Ohm oder weniger, insbesondere nicht mehr als 15 Ohm beträgt.
  • Als Strahlparameter eignen sich insbesondere der Strahldruck und/oder der Strahlabstand von der zu bestrahlenden Oberfläche der Beschichtung und/oder die Strahldauer, mit der die Oberfläche bestrahlt wird. Die geeigneten Parameterwerte hängen dabei von der Art der zur Bestrahlung verwendeten Düse ab. Der Strahldruck kann insbesondere etwa im Bereich von 300 bis 1200 kPa (3 bis 12 bar), der Strahlabstand von der zu bestrahlenden Oberfläche etwa im Bereich von 10 bis 80 mm und die Strahldauer, mit der ein bestimmter Oberflächenabschnitt bestrahlt wird, etwa im Bereich von 2,5 bis 80 Sekunden liegen. Je nach Art der verwendeten Düse können diese Parameter jedoch auch über- oder unterschritten werden.
  • Geeignete Parameterwerte sind bei Verwendung einer Laval-Strahldüse beispielsweise: Strahldrücke im Bereich von 300 bis 400 kPa (3 bis 4 bar), insbesondere 350 kPa (3,5 bar); ein Strahlabstand von der zu bestrahlenden Oberfläche im Bereich von 40 bis 80 mm, insbesondere von 55 bis 70 mm; sowie eine Strahldauer, mit der ein bestimmter Oberflächenabschnitt bestrahlt wird, im Bereich von 50 bis 80 Sekunden, insbesondere von 60 bis 70 Sekunden. Mit den genanten Parameterwerten lässt sich insbesondere ein Leitfähigkeitsstrahlen realisieren, nach dessen Abschluss die Beschichtung eine Leitfähigkeit von nicht mehr als 25 Ohm und insbesondere nicht mehr als 15 Ohm aufweist, und bei dem kein abrasiver Abtrag der Beschichtung erfolgt.
  • Vorzugsweise werden im erfindungsgemäßen Verfahren kälteempfindliche Teile des Maschinenbauteils vor dem Führen des Partikelstrahls über die Oberfläche der Beschichtung mit einem Schutz gegen die thermische Einwirkung des Trockeneis geschützt. Insbesondere gummiartige Dichtungen können einen derartigen Schutz für geboten erscheinen lassen, um ein Verspröden der Dichtungen zu vermeiden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Leitfähigkeitsstrahlen einer Beschichtung eines Maschinenbauteils kann insbesondere in ein Verfahren zur Neu- oder Wiederbeschichtung von Turbinenbauteilen integriert sein. Ein derartiges Neu- oder Wiederbeschichtungsverfahren kann das Aufbringen einer Grundbeschichtung und einer Deckbeschichtung umfassen. Das Leitfähigkeitsstrahlen erfolgt dann an der Grundbeschichtung vor dem Aufbringen der Deckbeschichtung. Dabei ist es vorteilhaft, wenn vor dem Auftragen der Deckbeschichtung ein Trocknen der Oberfläche der Grundbeschichtung erfolgt. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass Wassereisrückstände auf der Oberfläche der Grundbeschichtung das Aufbringen der Deckbeschichtung beeinträchtigen. Wasserrückstände können dadurch entstehen, dass Trockeneisstrahlen der Grundbeschichtung das Bauteil abkühlt und daher Luftfeuchtigkeit an der Oberfläche kondensiert. Bei starker Unterkühlung kann sich daher Wassereis auf der Bauteiloberfläche bilden. Das Wasser bzw. das Wassereis trocknet jedoch ohne weitere Maßnahmen bereits bei Raumtemperatur ab, so dass das Trocknen im einfachsten Fall bereits durch eine gewisse Wartezeit realisiert werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere als Verfahren zum Leitfähigkeitsstrahlen von Beschichtungen auf Chromat/Phosphat-Basis mit dispersiv verteilten Metallpartikeln, bspw. Aluminiumpartikeln, wie sie etwa in EP 0 142 418 B1 oder in EP 0 905 279 A1 offenbart sind, ausgestaltet sein. Geeignete Metalle für die dispersiv verteilten Metallpartikel sind Metalle, die im Hinblick auf das Material des Maschinenbauteils als Opferanode Verwendung finden können und die sich bei einer Strahlbehandlung analog zum eingangs beschriebenen Verhalten der Aluminiumteilchen verdichten und verformen.
  • Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
    • Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt aus einer Turbinenschaufel als einem Maschinenbauteil während des Leitfähigkeitsstrahlens;
    • Fig. 2 zeigt den Ausschnitt aus Fig. 1 nach Fertigstellen der Gesamtbeschichtung.
  • In Figur 1 ist ein Ausschnitt aus einer Turbinenschaufel 1 während des Leitfähigkeitsstrahlens dargestellt. Die Turbinenschaufel besteht aus einem Schaufelkörper 3, welcher aus einem Grundmaterial hergestellt ist. Als Grundmaterial kommt beispielsweise 12 bis 16-prozentiger Chrom (Nickel)-Stahl in Frage.
  • Der Schaufelkörper 3 ist außerdem mit einer Grundbeschichtung 4 versehen, die beispielsweise mittels eines Spritzverfahrens auf das Basismaterial aufgebracht wird. Die Grundbeschichtung 4, die im Ausführungsbeispiel eine Gesamtdicke von 25 Mikrometern oder mehr besitzt, umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen anorganischen Binder aus ChromatPhosphat-Verbindungen und dispersiv verteilte Metallpartikel, bspw. sphärische Aluminiumteilchen als Pigment. Beschichtungen auf Chromat/Phosphat-Basis, die dispersiv verteilte Metallpartikel umfassen und sich als Grundbeschichtung eignen, sowie die Zusammensetzung derartiger Beschichtungen sind bspw. in EP 0 142 418 B1 offenbart. Die EP 0 905 279 A1 offenbart ähnliche Beschichtungen auf Chromat/Phosphat-Basis, die zudem ein Pigment umfassen können. Auf die in diesen Druckschriften beschriebenen Beschichtungen wird daher im Hinblick auf mögliche Zusammensetzungen der Grundbeschichtung Bezug genommen.
  • Nach dem Aufbringen der Grundbeschichtung 4 erfolgt ein Leitfähigkeitsstrahlen der Grundbeschichtung 4, um die nach dem Aufbringen noch nicht oder nur schwach elektrisch leitfähige Beschichtung in einen elektrisch leitfähigen Zustand zu überführen. Mittels einer beweglichen Düse 7, die über die Oberfläche der Grundbeschichtung 4 geführt wird und im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Laval-Strahldüse ausgeführt ist, werden Trockeneispartikel 8 (CO2-Partikel) mit einem Strahldruck von 300 bis 400 kPa (3 bis 4 bar) auf die Oberfläche der Grundbeschichtung geblasen. Dort, wo die Trockeneispartikel 8 auf die Oberfläche auftreffen, erfolgt einerseits ein Aufbrechen der nach dem Aufbringen verfestigten Chromat/Phosphat-Verbindung sowie ein Verdichten und Verformen der sphärischen Aluminiumteilchen. Diese Prozesse führen dazu, dass sich die Aluminiumteilchen nach dem Bestrahlen untereinander berühren und außerdem mit dem Basismaterial des Grundkörpers 3 in Berührung kommen und so die Leitfähigkeit herstellen.
  • Der Strahlabstand, d.h. Abstand der Düse 7 von der Oberfläche der Beschichtung 4, liegt bei Verwendung einer Laval-Strahldüse im Bereich von 40 bis 80 mm, insbesondere im Bereich von 55 bis 70 mm, und die Dauer, mit der ein Oberflächenbereich bestrahlt wird, liegt im Bereich von 50 bis 80 Sekunden, insbesondere von 60 bis 70 Sekunden. Bei Verwendung anderer Düsen können die für das Einstellen der Leitfähigkeit geeigneten Parameterwerte deutlich von denen bei Verwendung einer Laval-Strahldüse abweichen. Die geeigneten Parameterwerte können für die verwendete Düse bspw. empirisch ermittelt werden.
  • Insbesondere konnte in Laborversuchen der Widerstand der Beschichtung 4 auf 15 Ohm verringert werden, wenn der Strahldruck 350 kPa (3,5 bar), der Strahlabstand von der Oberfläche der Beschichtung 70 mm und die Strahldauer, mit der ein Oberflächenabschnitt bestrahlt wird, 60 Sekunden betragen haben. Ein Widerstand von 10 Ohm konnte erzielt werden, wenn der Strahldruck 350 kPa (3,5 bar), der Strahlabstand 55 mm und die Strahldauer 60 Sekunden betragen haben. Im letzteren Fall erfolgte jedoch auch ein geringfügiges Abtragen der Beschichtung. Dieser Parametersatz sollte daher nicht Verwendung finden, wenn ein Abtragen der Beschichtung vollständig ausgeschlossen werden soll. Das Messen der Leitfähigkeit der Grundbeschichtung 4 erfolgt mittels zweier Messsonden, die einen Abstand von 30 mm voneinander haben. Es wird der Widerstand gemessen, den die Grundbeschichtung 4 einem Stromfluss zwischen den beiden Messsonden entgegensetzt.
  • Nach dem Leitfähigkeitsstrahlen der Oberfläche der Grundbeschichtung 4 erfolgt ein Trocknen der Oberfläche, um Wasser bzw. Wassereisrückstände, die sich aufgrund der Abkühlung der Oberfläche beim Strahlen niederschlagen können, zu entfernen. Nachdem etwaige Wassereisrückstände abgetrocknet sind, wird die Deckbeschichtung auf die Grundbeschichtung aufgebracht. Der in Figur 1 gezeigte Ausschnitt der Turbinenschaufel ist in Figur 2 nach dem Aufbringen der Deckbeschichtung 9 gezeigt. Die Deckbeschichtung 9 umfasst bspw. Chromat/Phosphat-Verbindungen mit inerten Füllstoffen. Sie wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Form einer wässrigen Lösung bis zu einer Dicke von 5 bis 15 Mikrometern aufgebracht und aushärten gelassen. Beschichtungen auf Chromat/Phosphat-Basis mit inerten Füllstoffen, die sich als Deckbeschichtung eignen, und die Zusammensetzung derartiger Beschichtungen sind bspw. in EP 0 142 418 B1 oder EP 0 905 279 A1 offenbart. Auf die in diesen Druckschriften beschriebenen Beschichtungen wird daher im Hinblick auf mögliche Zusammensetzungen der Deckbeschichtung Bezug genommen.
  • Im beschriebenen Ausführungsbeispiel umfasst die Grundbeschichtung 4 lediglich eine einzige Schicht. Es ist jedoch auch möglich, dass die Grundbeschichtung 4 selbst aus zwei oder mehr Schichten aufgebaut ist.

Claims (10)

  1. Verwendung eines Partikelstrahls (8) aus Trockeneispartikeln zum Einstellen der elektrischen Leitfähigkeit einer durch Druck in ihrer elektrischen Leitfähigkeit veränderbaren Beschichtung (4) eines Maschinenbauteils (1),
    insbesondere eines Turbinenbauteils,
    bei dem zum Einstellen der elektrischen Leitfähigkeit der Trockeneisstrahl (8) über die Oberfläche der Beschichtung (4) geführt wird und
    wobei die Strahlparameter beim Bestrahlen derart gewählt sind, dass kein abrasiver Abtrag der Beschichtung (4) erfolgt.
  2. Verwendung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Strahlparameter beim Bestrahlen derart gewählt sind, dass der Widerstand der Beschichtung (4) zwischen zwei Messsonden, die einen Abstand von 30 mm voneinander aufweisen, nach dem Leitfähigkeitsstrahlen nicht mehr als 250 Ohm beträgt.
  3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    als Strahlparameter der Strahldruck und/oder der Strahlabstand von der Oberfläche der Beschichtung (4) und/oder die Strahldauer, mit der ein Abschnitt der Oberfläche der Beschichtung (4) bestrahlt wird, Verwendung findet bzw. finden.
  4. Verwendung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    beim Bestrahlen ein Strahldruck im Bereich von 300 bis 1200 kPa (3 bis 12 bar) und/oder ein Strahlabstand im Bereich von 10 bis 80 mm und/oder eine Strahldauer im Bereich von 2,5 bis 80 Sekunden zur Anwendung kommt bzw. kommen.
  5. Verwendung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    beim Bestrahlen eine Laval-Strahldüse Verwendung findet und ein Strahldruck im Bereich von 300 bis 400 kPa 3 bis 4 bar) und/oder ein Strahlabstand im Bereich von 40 bis 80 mm und/oder eine Strahldauer im Bereich von 50 bis 80 Sekunden zur Anwendung kommt bzw. kommen.
  6. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    kälteempfindliche Teile des Maschinenbauteils (1) vor dem Führen des Partikelstrahls (8) über die Oberfläche der Beschichtung (4) mit einem Schutz gegen die thermische Einwirkung des Trockeneises geschützt werden.
  7. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    es in ein Verfahren zum Neu- oder Wiederbeschichten von Turbinenbauteilen (1) integriert ist.
  8. Verwendung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Neu- oder Wiederbeschichten das Aufbringen einer Grundbeschichtung (4) und einer Deckbeschichtung (9) umfasst, das Leitfähigkeitsstahlen an der Grundbeschichtung (4) erfolgt, und die Deckbeschichtung (9) nach dem Leitfähigkeitsstrahlen aufgetragen wird.
  9. Verwendung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    nach dem Leitfähigkeitsstrahlen und vor dem Auftragen der Deckbeschichtung (9) ein Trocknen der Oberfläche der Grundbeschichtung (4) erfolgt.
  10. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    es als Verfahren zum Leitfähigkeitsstrahlen einer Beschichtung auf Chromat/Phosphat-Basis mit dispersiv verteilten Metallpartikeln ausgestaltet ist.
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