EP1860210A1 - Verfahren zur elektrolytischen Bearbeitung eines Bauteils - Google Patents

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Publication number
EP1860210A1
EP1860210A1 EP06010533A EP06010533A EP1860210A1 EP 1860210 A1 EP1860210 A1 EP 1860210A1 EP 06010533 A EP06010533 A EP 06010533A EP 06010533 A EP06010533 A EP 06010533A EP 1860210 A1 EP1860210 A1 EP 1860210A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
voltages
cycle
constant
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06010533A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Dr. Steinbach
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP06010533A priority Critical patent/EP1860210A1/de
Priority to EP07728090A priority patent/EP2021530A2/de
Priority to PCT/EP2007/053625 priority patent/WO2007134917A2/de
Publication of EP1860210A1 publication Critical patent/EP1860210A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/18—Electroplating using modulated, pulsed or reversing current
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/67—Electroplating to repair workpiece
    • 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 method for electrolytic machining of a component according to the preamble of claim 1.
  • Electrolytic processes are used to coat or decoad components.
  • either direct currents or alternating currents ( DE 697 22 680 T2 ) be used.
  • pulsed currents ( US 2004/0188260 ) be used.
  • these methods are not effective at removing layers or layer areas where gradients are present in the concentration of a component.
  • the object is achieved by a method according to claim 1.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a component 1, which can be treated by the method according to the invention.
  • the component 1 is for example a component of a steam or gas turbine 100 (FIG. 20) and is in particular a turbine blade 120, 130 (FIG. 21) or a heat shield element 155 (FIG. 22) of a combustion chamber 110 (FIG. 22).
  • the components are preferably made of iron-, nickel- and / or cobalt-based superalloys.
  • a nickel alloy is used.
  • a substrate 4 of the component 1 is oxidized and / or corroded on the surface 19, wherein the oxidation elements are formed by reaction of an element of the alloy of the substrate 4 and a hot gas or corrosive medium.
  • the concentration decreases. Therefore, in the direction 22 in the region 7, there is a concentration gradient 23 ( ⁇ : decreasing in the direction 22; ⁇ : increasing in the direction 22) of the element or elements that formed the reaction products so that the region 7 should be removed.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a component 1, 120, 130, 155 as a layer system which is to be treated by the method according to the invention.
  • a layer 10 in particular of an MCrAlX alloy, which has been oxidized in use.
  • an oxide layer which has already been removed, for example, abrasive.
  • aluminum had diffused out of the layer 10 to the surface 19, around a protective oxide layer (Al 2 O 3 ) to form.
  • Al 2 O 3 protective oxide layer
  • the depleted region 13 represents the long hard-to-remove area.
  • it may be necessary that the entire layer 10, so that also not significantly changed in their original composition areas are removed near the substrate 4, for example, to completely re-apply the layer 10.
  • FIGS. 3 to 17 show exemplary voltage profiles according to the invention in an electrolytic process which serves to remove layer regions or layers or for coating.
  • FIG. 3 shows an exemplary time profile according to the invention of the voltage U of voltage pulses 16 ', 16'',16''', ....
  • the voltage U is plotted over the time t.
  • the voltage U is pulsed, wherein the height of the voltage pulses 16 ', 16 ", 16''', ... discontinuously or as shown in Figure 5, along a dashed curve continuously, ie each subsequent voltage pulse is smaller in the voltage level U. as the previous one decreases.
  • n 1 pulses represents an initial cycle
  • n 2 pulses an intermediate cycle
  • n 3 pulses an end cycle of the method. If necessary, there is no intermediate cycle.
  • This sequence of voltage pulses 16 ', 16 ", 16"', ... is preferably necessary when a different concentration of one or more elements, for example an alloy or a ceramic, is given. This is the case, for example, with the MCrAlX layers, where depletion of aluminum has taken place on the outer surface. These regions 13 (FIG. 2), which have less aluminum, are less easily removed, so that higher voltage pulses are used in the initial cycle.
  • Figure 3 discloses by way of example only pulsed voltages U and e.g. three discrete values for the voltage U, which decreases discontinuously.
  • the pulse height can be left constant, for example over a relatively long period of time (d '''''' d ', d'',...D'''', FIG. 11), in particular then, if there is no more concentration gradient, but still other homogeneous areas or layer areas are to be removed the voltage is constant for at least 10s.
  • the pulsed voltages represent the initial cycle and the constant voltage represent the end cycle.
  • the concentration (c2) of an element at surface 19 could be high and decrease in depth x. If the reactivity of the element having a gradient at high concentration has a low reactivity with respect to the electrolyte and has a higher reactivity with decreasing concentration, especially if it is a constituent of an alloy, the decrease in the magnitude of the current pulses U (FIG. t) (solid line) proportional to the decrease in the concentration c2 of the element.
  • FIG. 5 shows a further exemplary time profile of the voltage U. according to the invention.
  • pulsed voltages U 1 are used.
  • a constant voltage U 2 is used in the intermediate cycle, which is in its voltage level U 2 relative to the voltage U 1 of the first voltage pulses 16 ', 16''is lowered.
  • the duration of a constant voltage U 2 the following applies: d '' ⁇ 10 * minimum (d ', d ",...), Ie the duration of a constant voltage U, here in the intermediate cycle, is at least 10 times, in particular 50 times as large as the shortest pulse duration d ', d ", ....
  • n 3 pulses are used again with a lowered voltage U 3 again.
  • FIG. 8 shows a further exemplary time profile of the voltage U. according to the invention.
  • an offset voltage U off for example equal to U 2
  • U 2 is used in relation to the voltage U 1 in FIG. 5, ie during the pulse pauses p ', p ", the voltage U is not zero but U off
  • the offset voltage U off can be used for the initial cycle, all process stages or a part of the process stages, wherein the offset voltage U off can increase or decrease continuously or discontinuously with the time t.
  • the offset voltage U off corresponds to the voltage U 2 in FIG. 8, ie the value for the constant voltage.
  • FIG. 9 shows a further exemplary voltage profile according to the invention.
  • an offset voltage is superimposed, ie during the pulse pauses p, p ', the voltage is not zero but U off .
  • the offset voltage U off can be used for the initial cycle, all process stages or a part of the process stages, wherein the offset voltage U off can increase or decrease continuously or discontinuously even with the time t.
  • FIG. 10 shows a special case of the voltage curve according to FIG. 3.
  • FIG. 11 shows a further variant of a voltage curve U (t).
  • FIG. 14 shows a further exemplary voltage profile according to the invention.
  • a constant voltage 16 ' is used, ie p'>> p '', p ''', p "", ....
  • pulsed voltages 16 ", 16"', .... end cycle ), which either only increase in height (not shown) or only decrease.
  • opposite or reverse voltages can be applied permanently or temporarily, which serve for hydrogen generation (desorption).
  • FIG. 15 shows a further exemplary voltage profile according to the invention.
  • a constant voltage 16 ' is used.
  • pulsed voltages 16 ", 16"', 16 “” are used whose voltage level U is constant but smaller than the voltage level U1 of the constant voltage 16' in the initial cycle.
  • the voltage level of the pulsed voltages in the intermediate cycle may be continuous with time t.
  • a constant voltage U3 is used, which is less than / equal to the voltage U2 or the voltage of the last used pulse in the intermediate cycle.
  • FIG. 13 again shows the concentration c of an element over a depth x in a slice (dashed curve).
  • the point 0 represents the outer surface 19.
  • the concentration c1 of the element decreases to the depth of the layer. Accordingly, the magnitude of the voltage pulses 16, 16 ', 16 ", ... increases with time t (FIG. 12).
  • the pulsed electrolysis process in height increasing pulses can be used when a reverse concentration curve c2 is given.
  • Rising or falling pulse heights are used when the layer changes over a depth x in its concentration c such that it is easier or worse to remove.
  • the same high pulse heights were used for the current or the voltage.
  • the pulse pauses p ', p' ', p "' between the individual pulses 16 ', 16' ', 16' '' vary with time t, for example, increase or decrease.
  • the method according to the invention can be used as described above for removing material of a component or a layer. It is also possible to use the process for electrolytic coating, in particular if a concentration gradient of at least one element in the layer to be produced is to be present.
  • concentration c of an element increases toward the surface (dashed curve) and the height of the pulses 16, 16 ', 16 "increases with time t depending on the element off or on.
  • the height of the pulses 16 ', 16 ", 16''' with time can also decrease with concentration from a substrate surface to an outer surface ( Figure 4), solid line) t decrease or increase.
  • FIG. 16 shows a further embodiment of the invention.
  • pulsed voltages U2 are used with the voltage pulses 16 ", 16"'.
  • the voltage U1 of the constant voltage and the voltage U2 of the pulsed voltages may be the same (FIG. 16) or different.
  • FIG. 17 shows a further embodiment of the invention.
  • pulsed voltages 16 ', 161 are used and in a final cycle a constant voltage 16'" is applied.
  • the voltage U1 of the pulsed voltages of the voltage pulses 16 ', 16 "or the voltage U2 of the constant voltage 16'" may be the same (FIG. 17) or different.
  • FIG. 18 shows a further embodiment of the invention.
  • a constant voltage 16 ' is used in the initial cycle, in an intermediate cycle pulsed voltages 16 ", 16"' are used and in a final cycle again a constant voltage 16 "" is used.
  • the voltage levels U1, U2, U3 may be the same (FIG. 18) or different.
  • FIG. 19 shows a further embodiment of the invention.
  • pulsed voltages 16 ', 16 " are used with the voltage U1.
  • the voltages of the pulsed voltage or the constant voltage U1, U2 and U3 may be the same (FIG. 19) or different.
  • the reference symbol B indicates a possible intermediate treatment in which the component is not treated electrolytically, but is removed from the electrolytic treatment and, in particular, rinsed and subjected to another removal process.
  • This is in particular a mechanically acting removal method, in particular sandblasting.
  • sandblasting Preferably always on End of the electrolytic process made a sand blast cleaning.
  • the mechanically acting treatment preferably takes place when the transition from pulsed voltage to constant voltage or from constant voltage to pulsed voltage is to take place.
  • the mechanically acting treatment takes place when the voltage is reduced (see Figure 3, Figure 5, Figure 7, Figure 8, Figure 10, Figure 11, Figure 12, Figure 14 or Figure 15).
  • the method can be interrupted at any point in order to carry out the mechanically acting treatment.
  • FIG. 20 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 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
  • a compressor 105 for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • the annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from 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 an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example. 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 flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110. To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant.
  • substrates of the components can have a directional structure, ie they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
  • SX structure monocrystalline
  • DS structure only longitudinal grains
  • Such superalloys are for example from EP 1 204 776 B1 .
  • EP 1 306 454 .
  • 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. 21 shows a perspective view of a moving blade 120 or guide blade 130 of a turbomachine that extends along a longitudinal axis 121.
  • the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 consecutively a fastening region 400, a blade platform 403 adjacent thereto and an airfoil 406 and a blade tip 415.
  • the blade 130 may have at its blade tip 415 another platform (not shown).
  • a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
  • the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
  • the blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the airfoil 406.
  • blades 120, 130 for example, solid metallic materials, in particular superalloys, are used in all regions 400, 403, 406 of the blade 120, 130.
  • Such superalloys are for example from EP 1 204 776 B1 .
  • EP 1 306 454 .
  • the blade 120, 130 can be made by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
  • the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
  • Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 . EP 0 786 017 B1 . EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 which are to be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
  • the density is preferably 95% of the theoretical density.
  • thermal barrier coating which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • the thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.
  • thermal barrier coating By means of suitable coating processes, such as electron beam evaporation (EB-PVD), stalk-shaped grains are produced in the thermal barrier coating.
  • EB-PVD electron beam evaporation
  • Other coating methods are conceivable, for example atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD.
  • APS atmospheric plasma spraying
  • LPPS LPPS
  • VPS VPS
  • CVD chemical vapor deposition
  • the thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAIX layer.
  • the blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.
  • FIG. 22 shows a combustion chamber 110 of the gas turbine 100.
  • the combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a multiplicity of burners 107 arranged circumferentially around a rotation axis 102 open into a common combustion chamber space 154, which produce flames 156.
  • the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 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 side with an inner lining formed from heat shield elements 155.
  • the heat shield elements 155 Due to the high temperatures inside the combustion chamber 110 may also be provided for the heat shield elements 155 and for their holding elements, a cooling system.
  • the heat shield elements 155 are then hollow, for example, and may still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154.
  • Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 .
  • a ceramic thermal barrier coating may be present and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • suitable coating processes such as electron beam evaporation (EB-PVD)
  • stalk-shaped grains are produced in the thermal barrier coating.
  • APS atmospheric plasma spraying
  • LPPS LPPS
  • VPS vacuum plasma spraying
  • CVD chemical vaporation
  • the thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • Refurbishment means that turbine blades 120, 130, heat shield elements 155 may have to be freed from protective layers by means of the method according to the invention after their use. This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, cracks in the turbine blade 120, 130 or the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a re-coating of the turbine blades 120, 130, heat shield elements 155 and a renewed use of the turbine blades 120, 130 or the heat shield elements 155.

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Abstract

Nach dem Stand der Technik weisen elektrolytische Verfahren gepulste Ströme oder Spannungen auf, die über die Zeit die gleiche Spannungshöhe aufweisen. Erfindungsgemäß werden ebenfalls gepulste Ströme oder Spannungen (U) verwendet, jedoch nimmt die Höhe der Pulshöhe der Spannung (U) oder des Stroms mit der Zeit (t) entweder ab oder zu.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Bearbeitung eines Bauteils gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Elektrolytische Verfahren werden verwendet, um Bauteile zu beschichten oder zu entschichten.
    Dabei können entweder Gleichströme oder Wechselströme ( DE 697 22 680 T2 ) verwendet werden.
    Ebenso ist bekannt, dass gepulste Ströme ( US 2004/0188260 ) verwendet werden.
    Jedoch sind diese Verfahren insbesondere nicht effektiv bei der Entfernung von Schichten oder Schichtbereichen, bei denen Gradienten in der Konzentration eines Bestandteils vorhanden sind.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren aufzuzeigen, mit der dieses Problem überwunden werden kann.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1.
  • In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig in vorteilhafter Art und Weise miteinander verknüpft werden können.
  • Es zeigen
    • Figur 1, 2
    Beispiele für Bauteile, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden,
    Figur 3 - 19
    beispielhafte Verläufe der Höhe der Strompulse über der Zeit und den dazu korrelierenden Konzentrationsverlauf eines Elementes in einem zu entfernenden Schichtbereich,
    Figur 20
    eine Gasturbine,
    Figur 21
    perspektivisch eine Turbinenschaufel,
    Figur 22
    perspektivisch eine Brennkammer.
  • Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Bauteil 1, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden kann.
    Das Bauteil 1 ist beispielsweise ein Bauteil einer Dampf- oder Gasturbine 100 (Figur 20) und ist dabei insbesondere eine Turbinenschaufel 120, 130 (Figur 21) oder ein Hitzeschildelement 155 (Figur 22) einer Brennkammer 110 (Figur 22). Die Bauteile bestehen dabei vorzugsweise aus eisen-, nickel- und/oder kobaltbasierten Superlegierungen. Vorzugsweise wird eine Nickellegierung verwendet.
  • Beispielsweise ist ein Substrat 4 des Bauteils 1 an der Oberfläche 19 oxidiert und/oder korrodiert, wobei die Oxidationselemente durch Reaktion eines Elements der Legierung des Substrats 4 und einem Heißgas oder korrosivem Medium entstanden sind. Nachdem diese Reaktionsprodukte entfernt worden sind, ist oft noch ein so genannter verarmter Bereich 7 vorhanden, der nicht die ursprüngliche Zusammensetzung des Substrats 4 aufweist. In einer Richtung 22, die senkrecht auf einer Oberfläche 19 des Substrats 4 steht und die von der Oberfläche 19 wegzeigt, nimmt die Konzentration ab.
    Daher liegt in der Richtung 22 im Bereich 7 ein Konzentrationsgradient 23 (▲: in Richtung 22 abnehmend; ▼: in Richtung 22 zunehmend) des Elements oder der Elemente vor, die die Reaktionsprodukte gebildet haben, sodass der Bereich 7 entfernt werden soll.
  • Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bauteils 1, 120, 130, 155 als ein Schichtsystem, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden soll.
    Auf dem Substrat 4 ist eine Schicht 10, insbesondere aus einer MCrAlX-Legierung vorhanden, die im Einsatz oxidiert worden ist. Dabei bildete sich auf der Oberfläche der Schicht 10 eine Oxidschicht aus, die bereits beispielsweise abrasiv entfernt worden ist. Dabei war aus der Schicht 10 Aluminium an die Oberfläche 19 diffundiert, um eine schützende Oxidschicht (Al2O3) zu bilden. Nach Entfernen dieser Oxidschicht ist in Richtung 22 in dem Bereich 13 der Schicht 10 oft ein Konzentrationsgradient vorhanden, nämlich an der äußeren Oberfläche ist weniger Aluminium vorhanden als im Inneren. Es liegt ein verarmter Bereich 13 in der Schicht 10 vor. Der verarmte Bereich 13 stellt den bis lang schwer abzutragenden Bereich dar.
    Vorzugsweise kann es notwendig sein, dass die gesamte Schicht 10, also dass auch die sich nicht wesentlich in ihrer ursprünglichen Zusammensetzung veränderten Bereiche nahe des Substrats 4 abgetragen werden, um beispielsweise die Schicht 10 vollständig neu aufzutragen.
  • Die Figuren 3 bis 17 zeigen beispielhafte, erfindungsgemäße Spannungsverläufe bei einem elektrolytischen Verfahren, das zur Entfernung von Schichtbereichen bzw. Schichten oder zur Beschichtung dient.
  • Figur 3 zeigt einen beispielhaften erfindungsgemäßen zeitlichen Verlauf der Spannung U von Spannungspulsen 16', 16'', 16''', ....
    In der Figur 3 ist die Spannung U über die Zeit t aufgetragen. Die Spannung U wird gepulst, wobei die Höhe der Spannungspulse 16', 16", 16''',... diskontinuierlich oder wie in Figur 5 dargestellt, entlang einer gestrichelt gezeichneten Kurve kontinuierlich, d.h. jeder nachfolgende Spannungspuls ist in der Spannungshöhe U kleiner als der vorhergehende, abnimmt.
    So gibt es bei dem Verfahren gemäß Figur 3 beispielsweise eine bestimmte Anzahl n1 > 1 von Pulsen 16', 16" mit einer Pulshöhe U1, eine bestimmte Anzahl n2 > 1 von Pulsen 16''', 16"" mit einer Spannungshöhe U2, eine bestimmte Anzahl n3 > 1 von Pulsen 16'''', 16""" mit einer Spannungshöhe U3, usw., wobei bspw. gilt U1 > U2 > U3.
  • Die Anzahl n1, n2, n3 der Pulse können gleich oder verschieden sein:
    • n1 = n2 = n3;
    • n1 = n2 ≠ n3;
    • n1 ≠ n2 = n3;
    • n1 ≠ n2, n3 = n1;
    • n1 ≠ n3 = n2;
    • n1 ≠ n2, n3 ≠ n2, n3 ≠ n1;
    • n1 > n2 > n3;
    • n1 > n2 = n3;
    • n1 = n2 n1 > n3;
    • oder n1 < n2 < n3 , ... .
  • Die Anzahl von n1 Pulsen stellt ein Anfangszyklus, die n2 Pulse ein Zwischenzyklus und die n3 Pulse ein Endzyklus des Verfahrens dar. Gegebenenfalls gibt es kein Zwischenzyklus.
  • Diese Abfolge von Spannungspulsen 16' , 16", 16"', ... ist vorzugsweise dann notwendig, wenn eine unterschiedliche Konzentration von einem oder mehreren Elementen, beispielsweise einer Legierung oder auch einer Keramik, gegeben ist. Dies ist beispielsweise bei den MCrAlX-Schichten der Fall, bei denen an der äußeren Oberfläche eine Verarmung an Aluminium stattgefunden hat. Diese Bereiche 13 (Fig. 2), die weniger Aluminium aufweisen, lassen sich schlechter entfernen, sodass im Anfangszyklus höhere Spannungspulse verwendet werden.
  • Figur 3 offenbart beispielhaft nur gepulste Spannungen U und z.B. drei diskrete Werte für die Spannung U, die diskontinuierlich abnimmt.
  • In einem der letzten Verfahrensschritte kann die Pulshöhe beispielsweise über einen längeren Zeitraum (d'''''' > d', d", ..., d''''', Fig. 11) konstant gelassen werden, insbesondere dann, wenn kein Konzentrationsgradient mehr vorliegt, aber noch weitere homogene Bereiche oder Schichtbereiche abgetragen werden sollen. Konstante Spannungen bedeutet, dass die Spannung mindestens 10s konstant ist. In Figur 11 stellen die gepulsten Spannungen den Anfangszyklus und die konstante Spannung den Endzyklus dar.
  • In Figur 4 korreliert die Abnahme der Höhe der Strompulse U(t) (durchgezogene Linie) umgekehrt proportional zu der Zunahme der Konzentration c1 eines Elements, beispielsweise Aluminium, in einer verbrauchten MCrAlX-Schicht (c(x) = gestrichelte Kurve).
    Ebenso könnte die Konzentration (c2) eines Elements an der Oberfläche 19 einen hohen Wert aufweisen und in die Tiefe x hinein abnehmen. Wenn die Reaktionsfähigkeit des Elements, das einen Gradienten aufweist, bei hoher Konzentration ein geringes Reaktivvermögen gegenüber dem Elektrolyt aufweist und mit abnehmender Konzentration ein höheres Reaktionsvermögen aufweist, insbesondere dann, wenn es ein Bestandteil einer Legierung ist, korreliert die Abnahme der Höhe der Strompulse U(t) (durchgezogene Linie) proportional zu der Abnahme der Konzentration c2 des Elements.
    Ebenso kann die Höhe eines Spannungspulses 16', 16", ... mit der Zeit t kontinuierlich und stetig (gestrichelte Linie in Fig. 5) abnehmen: n1 = n2 = n3 =... = 1 und U(16') > U(16'') > U(16''') > ....
  • Figur 5 zeigt einen weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen zeitlichen Verlauf der Spannung U.
    Im Anfangszyklus (n1 Pulse) werden gepulste Spannungen U1 verwendet.
    Dabei wird im Zwischenzyklus eine konstante Spannung U2 verwendet, die in ihrer Spannungshöhe U2 gegenüber der Spannung U1 der ersten Spannungspulse 16', 16'' erniedrigt ist. Für die Dauer einer konstanten Spannung U2 gilt vorzugsweise: d'' ≥ 10 * Minimum(d', d", ...), d.h. die Dauer einer konstanten Spannung U, hier im Zwischenzyklus, ist mindestens 10mal, insbesondere 50mal so groß wie die kürzeste Pulsdauer d', d", ....
    Im Endzyklus werden wieder n3 Pulse mit einer erneut erniedrigten Spannung U3 verwendet.
  • Auch im Anfangszyklus und/oder im Endzyklus können die gepulsten Spannungen stetig und kontinuierlich (gestrichelte Linie) abnehmen (Fig. 7).
  • Figur 8 zeigt einen weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen zeitlichen Verlauf der Spannung U.
    Hier wird gegenüber der Spannung U1 in Figur 5 eine Offsetspannung Uoff beispielsweise gleich U2 verwendet, d.h. während den Pulspausen p', p'' ist die Spannung U nicht null, sondern Uoff
    Die Offsetspannung Uoff kann für den Anfangszyklus, alle Verfahrensstadien oder einen Teil der Verfahrensstadien verwendet werden, wobei die Offsetspannung Uoff auch mit der Zeit t kontinuierlich oder diskontinuierlich zu- oder abnehmen kann. Insbesondere entspricht die Offsetspannung Uoff der Spannung U2 in Figur 8, also dem Wert für die konstante Spannung.
  • Figur 9 zeigt einen weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Spannungsverlauf.
    Hier wird ausgehend von dem Spannungsverlauf in Figur 5 eine Offsetspannung überlegend, d.h. während den Pulspausen p, p' ist die Spannung nicht null, sondern Uoff. Die Offsetspannung Uoff kann für das Anfangszyklus, alle Verfahrensstadien oder einen Teil der Verfahrensstadien verwendet werden, wobei die Offsetspannung Uoff auch mit der Zeit t kontinuierlich oder diskontinuierlich zu- oder abnehmen kann.
  • Figur 10 zeigt einen Spezialfall des Spannungsverlaufs gemäß Figur 3.
  • Hier werden nur zwei diskrete Spannungen U1 (Anfangszyklus), U3 (Endzyklus) verwendet. Aber auch hier können Offsetspannungen Uoff verwendet werden.
  • Figur 11 zeigt eine weitere Variante eines Spannungsverlaufs U(t).
    Die Spannung der Pulse 16', 16", 16''', .. nimmt im Anfangszyklus vorzugsweise mit der Zeit t kontinuierlich oder diskontinuierlich (nicht dargestellt) ab und in einem letzten Verfahrensschritt (Endzyklus) wird eine konstante Ucont angelegt, wobei für den letzten Spannungspuls U (16''''')
    U (16'''') = Ucont (16''''') oder
    U (16'''') > Ucont (16''''') sein kann
    und p''''' >> Minimum (p', p" , P"' , ...).
  • Im Anfangszyklus können ebenso gepulste Spannungen verwendet werden, die alle gleich (U(16') = U(16'') = U(16''') = ...) sein können. Im Endzyklus wird wieder eine erniedrigte konstante Spannung Ucont angelegt.
  • Figur 14 zeigt einen weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Spannungsverlauf.
    Im Anfangszyklus wird eine konstante Spannung 16' verwendet, d.h. p' >> p'', p''', p"" , .... Danach werden wieder gepulste Spannungen 16", 16"', .... (Endzyklus) verwendet, die in der Höhe entweder nur zu- (nicht dargestellt) oder nur abnehmen.
  • Bei allen Spannungsverläufen können dauernd oder zeitweise entgegengesetzte (reverse) Spannungen angelegt werden, die zur Wasserstoffgenerierung (desorption) dienen.
  • Figur 15 zeigt einen weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Spannungsverlauf.
    Im Anfangszyklus wird eine konstante Spannung 16' verwendet.
  • Im Zwischenzyklus werden gepulste Spannungen 16'', 16''', 16"" verwendet, deren Spannungshöhe U konstant ist, aber kleiner als die Spannungshöhe U1 der konstanten Spannung 16' im Anfangszyklus.
    Ebenso kann die Spannungshöhe der gepulsten Spannungen im Zwischenzyklus kontinuierlich mit der Zeit t annehmen.
  • Im Endzyklus wird eine konstante Spannung U3 verwendet, die kleiner/gleich ist als die Spannung U2 oder die Spannung des zuletzt verwendeten Pulses im Zwischenzyklus.
  • In Figur 13 ist wiederum die Konzentration c eines Elements über eine Tiefe x in einer Schicht dargestellt (gestrichelte Kurve).
    Der Punkt 0 stellt die äußere Oberfläche 19 dar. Ausgehend von der Oberfläche 19 nimmt die Konzentration c1 des Elements in die Tiefe der Schicht ab.
    Dementsprechend nimmt die Höhe der Spannungspulse 16, 16', 16'', ... mit der Zeit t zu (Fig. 12).
    Ebenso können beim gepulsten Elektrolyseverfahren in der Höhe ansteigende Pulse verwendet werden, wenn ein umgekehrter Konzentrationsverlauf c2 gegeben ist.
  • Steigende oder fallende Pulshöhen werden verwendet, wenn die Schicht sich über eine Tiefe x in ihrer Konzentration c derart verändert, dass sie sich leichter oder schlechter entfernen lässt.
    Nach dem Stand der Technik wurden immer gleich hohe Pulshöhen für den Strom oder die Spannung verwendet.
  • Bei allen Spannungsverläufen (Figur 3 - 13) kann die Pulsdauer d der Spannungspulse 16', 16" mit der Höhe U1 von den Pulsdauern d', d" der anderen Pulse 16', 16'', 16"', ... verschieden sein.
  • Ebenso können die Pulspausen p', p'', p"' zwischen den einzelnen Pulsen 16', 16'', 16''' mit der Zeit t variieren, beispielsweise zu- oder abnehmen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann wie oben beschrieben zum Entfernen von Material eines Bauteils oder einer Schicht verwendet werden.
    Ebenso ist es möglich, das Verfahren zur elektrolytischen Beschichtung zu verwenden, insbesondere dann, wenn ein Konzentrationsgradient zumindest eines Elements in der herzustellenden Schicht vorhanden sein soll.
    So kann wie in Figur 3 dargestellt, ausgehend von einer Substratoberfläche (x=0) die Konzentration c eines Elements hin zur Oberfläche zunehmen (gestrichelte Kurve) und die Höhe der Pulse 16, 16', 16" nimmt mit der Zeit t je nach Element ab oder zu.
    Je nach dem, welches Element einen Konzentrationsgradienten aufweisen soll, kann auch bei abnehmender Konzentration von einer Substratoberfläche hin zu einer äußeren Oberfläche (Fig. 4), durchgezogene Linie) die Höhe der Pulse 16', 16", 16''' mit der Zeit t ab- oder zunehmen.
  • Die Figur 16 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    In einem Anfangszyklus wird eine konstante Spannung 16' = U1 verwendet.
    In einem Endzyklus des Verfahrens werden gepulste Spannungen U2 mit den Spannungspulsen 16'', 16''' verwendet.
    Die Spannung U1 der konstanten Spannung und die Spannungen U2 der gepulsten Spannungen können gleich (Fig. 16) oder verschieden sein.
  • Figur 17 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • In ihrem Anfangszyklus werden gepulste Spannungen 16', 161" verwendet und in einem Endzyklus wird eine konstante Spannung 16''' angelegt.
    Die Spannung U1 der gepulsten Spannungen der Spannungspulsen 16', 16" oder die Spannung U2 der konstanten Spannung 16'" können gleich (Fig. 17) oder verschieden sein.
  • Figur 18 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    Hier wird im Anfangszyklus eine konstante Spannungen 16' verwendet, in einem Zwischenzyklus werden gepulste Spannungen 16" , 16"' verwendet und in einem Endzyklus wird wieder eine konstante Spannung 16"" verwendet. Die Spannungshöhen U1, U2, U3 können gleich (Fig. 18) oder unterschiedlich sein.
  • Figur 19 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    Hier werden im Anfangszyklus gepulste Spannungen 16', 16'' mit der Spannung U1 verwendet.
    In einem Zwischenzyklus wird eine konstante Spannung 16 "' = U2 angelegt, wobei in einem Endzyklus wiederum gepulste Spannungen U3 mit den Spannungspulsen 16'''', 16''''' verwendet werden.
    Die Spannungen der gepulsten Spannung oder der konstanten Spannung U1, U2 und U3 können gleich (Fig. 19) oder verschieden sein.
  • In den Figuren 3 bis 19 ist mit dem Bezugszeichen B eine mögliche Zwischenbehandlung gekennzeichnet, bei der das Bauteil nicht elektrolytisch behandelt wird, sondern aus der elektrolytischen Behandlung herausgenommen und insbesondere gespült wird und einem anderen Abtragungsverfahren unterzogen wird. Dies ist insbesondere ein mechanisch wirkendes Abtragungsverfahren, insbesondere Sandstrahlen. Vorzugsweise wird immer am Ende des elektrolytischen Verfahrens eine Sandstrahlreinigung vorgenommen.
    Vorzugsweise findet die mechanisch wirkende Behandlung dann statt, wenn der Übergang von gepulster Spannung zu konstanter Spannung oder von konstanter Spannung zu gepulster Spannung erfolgen soll.
  • Vorzugsweise findet die mechanisch wirkende Behandlung dann statt, wenn die Spannung reduziert wird (siehe Figur 3, Figur 5, Figur 7, Figur 8, Figur 10, Figur 11, Figur 12, Figur 14 oder Figur 15).
  • Werden nur gepulste Spannungen verwendet, die kontinuierlich abnehmen (Figur 5), so kann an beliebiger Stelle das Verfahren unterbrochen werden, um die mechanisch wirkende Behandlung durchzuführen.
  • Die Figur 20 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.
    Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 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, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.
    Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.
    Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise 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 an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise 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 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet.
    Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.
    Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur).
    Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen verwendet.
  • Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 B1 , EP 1 306 454 , EP 1 319 729 A1 , WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierungen Teil der Offenbarung.
  • 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 21 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.
  • Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.
  • Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.
    Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt) .
  • Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt).
    Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.
  • Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf.
  • Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet.
    Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 B1 , EP 1 306 454 , EP 1 319 729 A1 , WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil der Offenbarung.
    Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.
  • Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.
    Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt.
    Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.
    Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures).
    Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 A1 bekannt; diese Schriften sind bzgl. des Erstarrungsverfahrens Teil der Offenbarung.
  • Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf)). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 , die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen.
    Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte.
    Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer).
  • Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
    Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht.
  • Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
    Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAIX-Schicht.
  • Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.
  • Die Figur 22 zeigt eine Brennkammer 110 der Gasturbine 100. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 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.
  • Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf.
  • Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt.
    Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 , die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen.
  • Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-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.
    Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.
  • Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Turbinenschaufeln 120, 130, Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens befreit werden müssen. Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in der Turbinenschaufel 120, 130 oder dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Turbinenschaufeln 120, 130, Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Turbinenschaufeln 120, 130 oder der Hitzeschildelemente 155.

Claims (29)

  1. Verfahren zur elektrolytischen Bearbeitung eines Bauteils (1, 120, 130, 155),
    bei dem zumindest teilweise gepulste Spannungen (U) verwendet werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass optional konstante Spannungen (16', 16", 16''', ...) verwenden werden und
    dass die Höhe der Spannungen (U) der Spannungspulse (16', 16'', 16''', ...) oder der konstanten Spannungen (16', 16'', 16"', ...) während der elektrolytischen Bearbeitung mit der Zeit (t) entweder nur zu- oder nur abnehmen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Zu- oder Abnahme der Höhe der Spannungen (U) der Spannungspulse (16', 16'', 16''', ...) oder der konstanten Spannungen (16', 16", 16''', ...) kontinuierlich erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Zu- oder Abnahme der Höhe der Spannungen (U) der Spannungspulse (16', 16'', 16''', ...) oder der konstanten Spannungen (16', 16'', 16''', ...) diskontinuierlich erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Spannungen (U) nur gepulst werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    gepulste und konstante Spannungen (U) verwendet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwei diskrete Spannungen für die Spannungspulse (16', 16'', 16''', ...) und/oder die konstante Spannung (16', 16'', 16''', ...) verwendet werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    durch die elektrolytische Bearbeitung Material von einem Bauteil (1, 120, 130, 155) oder von einem Schichtsystem (1, 120, 130, 155) abgetragen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    durch die elektrolytische Bearbeitung Material auf ein Bauteil (1, 120, 130, 155) oder ein Schichtsystem (1, 120, 130, 155) aufgetragen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein zu entfernender Bereich (7, 13) des Bauteils (1, 120, 130, 155) oder eines Schichtsystems (1, 120, 130, 155) oder ein aufzutragender Bereich auf ein Bauteil (1, 120, 130, 155) oder auf ein Schichtsystem (1, 120, 130, 155) mehrere chemische Elemente und einen Konzentrationsgradienten (23) in der Zusammensetzung aufweist und
    dass Zu- oder Abnahme der Höhe der Spannungen (U) an den Konzentrationsgradienten (23) angepasst wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Konzentration (c) zumindest eines Elements in einer Richtung (22) des abzutragenden Bereichs (7, 13) oder aufzutragenden Bereichs ansteigt und
    dass die Höhe der Spannung (U) mit der Zeit (t) abnimmt.
  11. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Konzentration (c) zumindest eines Elements in einer Richtung (22) eines abzutragenden Bereichs (7, 13) oder aufzutragenden Bereichs ansteigt und
    dass die Höhe der Spannung (U) mit der Zeit (t) zunimmt.
  12. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Konzentration (c) zumindest eines Elements in einer Richtung (22) des aufzutragenden oder abzutragenden Bereichs (7, 13) abnimmt und
    dass die Höhe der Spannung (U) mit der Zeit (t) abnimmt.
  13. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Konzentration (c) zumindest eines Elements in einer Richtung (22) des aufzutragenden oder abzutragenden Bereichs (7, 13) abnimmt und
    dass die Höhe der Spannung (U) mit der Zeit (t) zunimmt.
  14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Pulsdauern (d', d'', d"',...) der Spannungspulse (16', 16'", 16''',...) mit der Zeit (t) variieren.
  15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Pulsdauern (d', d'', d"',...) der Spannungspulse (16', 16'',...) mit der Zeit (t) konstant bleiben.
  16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Pulspausen (p', p'', p"') zwischen den Spannungspulsen (16', 16", 16"', ...) mit der Zeit (t) variieren.
  17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Pulspausen (p', p'', p"', ...) zwischen den Spannungspulsen (16', 16") mit der Zeit (t) konstant bleiben.
  18. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    den Spannungspulsen (16', 16", 16''', ...) eine OffsetSpannung überlagert ist.
  19. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen den Spannungspulsen (16', 16'', 16''', ...) Spannungspulse mit umgekehrtem Potential verwendet werden.
  20. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass in einem Anfangszyklus gepulste Spannungen (16', 16'', 16"', ...) und
    dass in einem Endzyklus eine konstante Spannung (16", 16"', ...) verwendet werden.
  21. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet,
    dass in einem Anfangszyklus eine konstante Spannung (16') und dass in einem Endzyklus gepulste Spannungen (16", 16''', ...) verwendet werden.
  22. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet,
    dass in einem Anfangszyklus gepulste Spannungen (16', 16'', 16"', ...) und
    dass in einem Zwischenzyklus eine konstante Spannung (16", 16"', ...) und
    dass in einem Endzyklus gepulste Spannungen (16''', ...) verwendet werden.
  23. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet,
    dass in einem Anfangszyklus eine konstante Spannung (16'), dass in einem Zwischenzyklus gepulste Spannungen (16'', 16''', ...) verwendet werden,
    dass in einem Endzyklus eine konstante Spannung (16''', ...) verwendet wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verfahren zur elektrolytischen Entfernung einer MCrAlX-Schicht,
    insbesondere nach dem Einsatz einer MCrAlX-Schicht, verwendet wird.
  25. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass
    nach dem Anfangszyklus mit den gepulsten Spannungen (16', 16'', 16''', ...) oder der konstanten Spannung (16', 16'', 16''', ...) eine mechanisch wirkende abrasive Behandlung mit dem Bauteil (1, 120, 130, 155) durchgeführt wird.
  26. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen dem Zwischenzyklus und dem Endzyklus eine mechanisch wirkende abrasive Behandlung mit dem Bauteil (1, 120, 130, 155) durchgeführt wird.
  27. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass
    vor dem Anfangszyklus eine mechanisch wirkende abrasive Behandlung mit dem Bauteil (1, 120, 130, 155) durchgeführt wird.
  28. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass
    nach dem Endzyklus eine mechanisch wirkende abrasive Behandlung mit dem Bauteil (1, 120, 130, 155) durchgeführt wird.
  29. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Sandstrahlen als mechanisch abrasiv wirkendes Behandlungsverfahren verwendet wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2845998A1 (de) * 2013-09-10 2015-03-11 Siemens Aktiengesellschaft Bauteil und Verfahren zur Entschichtung eines Bauteils

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6340633B1 (en) * 1999-03-26 2002-01-22 Advanced Micro Devices, Inc. Method for ramped current density plating of semiconductor vias and trenches
US20020070117A1 (en) * 2000-10-18 2002-06-13 Enrique Gutierrez Electrochemical processing power device
US20030038036A1 (en) * 2001-08-27 2003-02-27 Collins Dale W. Method of direct electroplating on a low conductivity material, and electroplated metal deposited therewith
US20030201185A1 (en) * 2002-04-29 2003-10-30 Applied Materials, Inc. In-situ pre-clean for electroplating process
DE10259365A1 (de) * 2002-04-08 2003-10-30 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zur Entfernung von Oberflächenbereichen eines Bauteils
US6802951B2 (en) * 2002-01-28 2004-10-12 Medtronic, Inc. Methods of anodizing valve metal anodes
EP1667178A1 (de) * 2004-12-06 2006-06-07 Greatbatch, Inc. Verfahren zur Anodisierung von Ventilmetallen mit einer gesteuerten Leistungsversorgung und anodisierte Ventilmetallstruktur

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6340633B1 (en) * 1999-03-26 2002-01-22 Advanced Micro Devices, Inc. Method for ramped current density plating of semiconductor vias and trenches
US20020070117A1 (en) * 2000-10-18 2002-06-13 Enrique Gutierrez Electrochemical processing power device
US20030038036A1 (en) * 2001-08-27 2003-02-27 Collins Dale W. Method of direct electroplating on a low conductivity material, and electroplated metal deposited therewith
US6802951B2 (en) * 2002-01-28 2004-10-12 Medtronic, Inc. Methods of anodizing valve metal anodes
DE10259365A1 (de) * 2002-04-08 2003-10-30 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zur Entfernung von Oberflächenbereichen eines Bauteils
US20030201185A1 (en) * 2002-04-29 2003-10-30 Applied Materials, Inc. In-situ pre-clean for electroplating process
EP1667178A1 (de) * 2004-12-06 2006-06-07 Greatbatch, Inc. Verfahren zur Anodisierung von Ventilmetallen mit einer gesteuerten Leistungsversorgung und anodisierte Ventilmetallstruktur

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2845998A1 (de) * 2013-09-10 2015-03-11 Siemens Aktiengesellschaft Bauteil und Verfahren zur Entschichtung eines Bauteils
WO2015036249A1 (de) * 2013-09-10 2015-03-19 Siemens Aktiengesellschaft Bauteil und verfahren zur entschichtung eines bauteils

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