EP1632589A2 - Vorrichtung und Verfahren zur Entfernung von Oberflächenbereichen eines Bauteils - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Entfernung von Oberflächenbereichen eines Bauteils Download PDF

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EP1632589A2 EP05024433A EP05024433A EP1632589A2 EP 1632589 A2 EP1632589 A2 EP 1632589A2 EP 05024433 A EP05024433 A EP 05024433A EP 05024433 A EP05024433 A EP 05024433A EP 1632589 A2 EP1632589 A2 EP 1632589A2
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Ralph Reiche
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Siemens AG
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    • 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 claim 1 or 3.
  • components coated with coatings of the type MCrAlY or ZrO 2 for example, by acid stripping in combination with sand blasting or by high-pressure water jets stripped.
  • EP 1 122 323 A1 and US 5,944,909 show examples of the chemical removal of surface areas.
  • EP 1 941 34 A1, EP 1 010 782 A1 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 provide a device and a method in which the stripping runs faster and cheaper.
  • the object is achieved by an apparatus and a method for removing surface areas of a component according to claim 1 or 3.
  • 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 is arranged in the electrolyte 7, an electrode 10 and a component 13 is arranged.
  • 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 turbine blade, which has as a substrate a nickel- or cobalt-based superalloy on which a metallic layer is applied, which serves, for example, as a corrosion protection or anchoring layer.
  • Such a layer has, in particular, the composition MCrAlY, where M represents an element iron, cobalt or nickel.
  • the coating is corroded during use of the turbine blade 13.
  • the resulting surface area 25 (indicated by dashed lines) is to be removed by the method according to the invention and the device 1 according to the invention.
  • the current pulse generator 16 generates a pulsed current / voltage signal (FIG. 2).
  • an ultrasonic probe 19 is arranged, which is operated by an ultrasonic source 22.
  • the ultrasonic 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 . Between the individual impulses there is a break of the length t off . Furthermore, the current pulse signal is determined by its current level I max . The current flowing between the electrode 10 and the device 13 (I max ), the pulse duration (t on ) and the pulse pause (t off ) have a significant influence on the electrochemical reaction by accelerating it.
  • FIG. 3 shows an example of a sequence of current pulses 40 that repeat themselves.
  • 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, ). Equally important as process parameters are the pauses between the individual current pulses 40 (t off ) and the pauses between the blocks 77.
  • the sequence 34 consists, for example, of a first block 77 with three current pulses 40, between which in turn takes a break. This is followed by a second block 77, which has a greater current level and consists of six current pulses 40. After another pause, four current pulses 40 follow in the reverse direction, i. with changed polarity.
  • sequence 34 is followed by another block 77 with four current pulses.
  • the sequence 34 can be repeated several times.
  • the individual pulse times t on are preferably of the order of magnitude of about 1 to 10 milliseconds.
  • the duration of the block 77 is on the order of up to 10 seconds, so that up to 500 pulses are emitted in a block 77.
  • a block 77 is matched with its parameters to a constituent of an alloy, which is to be stripped, for example, in order to achieve the best removal of this constituent. 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

  • 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 ZrO2 beschichtet sind, beispielsweise durch Säurestrippen in Kombination mit Sandstrahlen oder durch Hochdruckwasserstrahlen entschichtet.
  • Die EP 1 122 323 Al und die US 5,944,909 zeigen Beispiele für das chemische Entfernen von Oberflächenbereichen.
  • Die EP 1 941 34 Al, die EP 1 010 782 Al sowie die US-PS 6,165,345 offenbaren Methoden zum elektrochemischen Entfernen von metallischen Beschichtungen (Strippen).
  • Die oben aufgelisteten Verfahren sind zeit- und damit kostenintensiv.
  • 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 Kobalt-basierte 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 Ultraschallquelle 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 toff. Weiterhin wird das Strompulssignal durch seine Stromhöhe Imax bestimmt.
    Der Strom, der zwischen der Elektrode 10 und dem Bauteil 13 fließt (Imax), die Pulsdauer (ton) und die Pulspause (toff) 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 (toff) 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 (10)

  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,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Vorrichtung einen elektrischen Strompulsgeber (16) aufweist,
    der elektrisch zwischen Elektrode (10) und Bauteil (13) schaltbar ist und
    dass der Strompulsgeber (16) Strompulse und einen Basisstrom erzeugen kann.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, 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, und wobei der Stromgeber (16) einen gepulsten Strom oder eine gepulste Spannung erzeugt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    an dem Bauteil (13) ein positives oder ein negatives Potenzial anliegt,
    um einen Basisstrom oder Basisspannung zu erzeugen.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in dem Elektrolyten (7) eine Ultraschallsonde (19) betrieben wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zum elektrolytischen Entschichten ein Strom/Spannungspuls (40) verwendet wird,
    wobei sowohl positive als auch negative Strom/Spannungspulse (40) verwendet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, 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.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Block (77) bestimmt ist durch eine Anzahl von Strompulsen (40), Pulsdauer (ton), Pulspause (toff), Stromhöhe (Imax) und Pulsform.
  8. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, 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.
  9. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Legierungsschicht der Art MCrAlY entschichtet wird,
    wobei M ein Element der Gruppe Eisen, Kobalt oder Nickel ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Basisstrom den Strompulsen (40) und/oder den Pausen überlagert ist.
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