EP1922431A1 - Verfahren zum beschichten oder entschichten eines bauteils - Google Patents

Verfahren zum beschichten oder entschichten eines bauteils

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EP1922431A1
EP1922431A1 EP06791312A EP06791312A EP1922431A1 EP 1922431 A1 EP1922431 A1 EP 1922431A1 EP 06791312 A EP06791312 A EP 06791312A EP 06791312 A EP06791312 A EP 06791312A EP 1922431 A1 EP1922431 A1 EP 1922431A1
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EP
European Patent Office
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component
covering
coating
water
stripping
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06791312A
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English (en)
French (fr)
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Matthias Schmidt
Georgios Paronis
Anton Albrecht
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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Publication date
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    • 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
    • F01D5/005—Repairing methods or devices
    • 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
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/04—Diffusion into selected surface areas, e.g. using masks
    • 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
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/32—Processes for applying liquids or other fluent materials using means for protecting parts of a surface not to be coated, e.g. using stencils, resists
    • B05D1/322—Removable films used as masks
    • B05D1/327—Masking layer made of washable film
    • 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
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/10—Manufacture by removing material
    • 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
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment

Definitions

  • the invention relates to a method for coating or stripping a component, in particular a gas turbine component, according to the preamble of claim 1.
  • Components of a gas turbine such as the rotor blades, are provided in whole or in part with special coatings to provide oxidation resistance, corrosion resistance or erosion resistance on the surfaces.
  • special coating processes are used. Since the components of gas turbines are subject to wear during the operation of the same or can be damaged in any other way, it is usually necessary to repair damage from the component to be repaired, the coating partially or even remove or remove. This purpose is served by special decoating methods.
  • coatings are applied to a component only at predetermined surface areas or removed from the component.
  • the surface areas which are not to be coated or not to be stripped are covered with a covering medium, the procedure being such that the entire component is first coated with the covering medium covered and then the covering of the surface areas in which a coating o- or stripping of the component is to take place, so that the covering medium remains only in the not to be coated or not to be debraked surface areas on the component.
  • the removal of the masking medium from the component to expose the surface areas on which a coating or stripping is to take place takes place according to the prior art by manually removing the covering with support by chemical cleaning agents. This is complicated and expensive.
  • the present invention is based on the problem to provide a novel method for coating or stripping a component.
  • This problem is solved by a method for coating or stripping a component according to claim 1. According to the removal of the covering medium by water jets.
  • the removal of the covering medium from the surface areas of the component in which it is to be coated or stripped takes place with the aid of water jets.
  • the water jetting can be carried out largely automated, so that can be largely dispensed with complex and costly manual processing steps.
  • By using the water jet to remove the covering medium can be further dispensed with chemical cleaning agents.
  • the surface regions in which the covering medium is to be removed can be defined by means of a CAD system, so that the covering medium can be removed from the relevant surface regions of the component precisely in contour. As a result, a high-precision, area-wise or partial coating and stripping of components is made possible.
  • the water jetting is carried out as high-pressure water jets at a pressure between 100 bar and 1000 bar, wherein a distance between the surface to be liberated from the covering of the component and a jet nozzle is between 10 mm and 60 mm, and wherein an angle between a forming water jet and the surface area of the component to be freed from the covering medium is between 30 ° and 90 °.
  • the invention relates to a method for coating or stripping a component, namely for the partial or partial coating or stripping of a component.
  • the inventive method is preferably used for the partial coating or stripping of gas turbine components, which are formed from a nickel-based material or titanium-based material.
  • a component For partial coating or partial stripping of a component, a component is completely covered with a covering medium, wherein the covering medium is removed exclusively from the surface areas of the component in which the coating or stripping of the component is to take place. In all other surface areas of the component in which the coating or decoating is not to take place, however, the covering medium remains on the component in order to protect the non-coating or non-decoating surface areas of the component prior to coating or stripping.
  • the covering medium for the purposes of the present invention, it is proposed to remove the covering medium from the surface areas in which the coating or stripping of the component is to take place by water jets, namely by high-pressure water jets.
  • the high-pressure water jets for removing the covering medium which is preferably designed as a wax layer or La ⁇ k Anlagen, preferably takes place at a jet pressure between 100 bar and 1000 bar.
  • the water jetting is carried out in such a way that a distance between the surface to be liberated from the covering medium of the component and a jet nozzle, via which a water jet is directed onto the component, is between 10 mm and 60 mm.
  • jet nozzle preferably a slot die is used.
  • the water jetting is performed such that the water jet forming and the surface portion from which the covering medium is to be removed include an angle between 30 ° and 90 °, preferably an angle between 45 ° and 90 °.
  • the angle between the water jet and the surface of the component from which the covering medium is to be removed is between 45 ° and 60 °.
  • a relative movement is established between the component and the jet nozzle, which directs the water jet onto the or each surface area of the component to be liberated by the covering medium, at a feed rate of between 100 mm / s and 300 mm / s.
  • the jet nozzle is moved relative to the stationary component.
  • both component and jet nozzle can be moved to provide the relative movement.
  • the relative movement between the component and the jet nozzle is preferably carried out automatically, wherein the regions from which the covering medium is to be removed by means of the water jet can be defined or specified via a CAD system. In this way, a high-precision or exact-contour removal of the covering medium in the surface regions of the component is possible, in which subsequently a coating or stripping of the component is to take place. By contrast, surface areas of the component that are not to be coated or not to be removed remain covered by the covering medium.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten oder Entschichten eines Bauteils, insbesondere eines Gasturbinenbauteils, wobei zum bereichsweisen bzw. teilweisen Beschichten oder Entschichten eines Bauteils das Bauteil vorzugsweise vollständig mit einem Abdeckmedium abgedeckt wird, und wobei das Abdeckmedium ausschließlich von den Oberflächenbereichen des Bauteils, in welchen das Beschichten oder das Entschichten des Bauteils erfolgen soll, entfernt wird, sodass ein nicht zu beschichtender bzw. nicht zu entschichtender Oberflächenbereich des Bauteils vom Abdeckmedium abgedeckt ist. Erfindungsgemäß erfolgt das Entfernen des Abdeckmediums durch Wasserstrahlen.

Description

Verfahren zum Beschichten oder Entschichten eines Bauteils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten oder Entschichten eines Bauteils, insbesondere eines Gasturbinenbauteils, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bauteile einer Gasturbine, wie zum Beispiel die Laufschaufeln, werden zur Bereitstellung einer Oxidationsbeständigkeit, einer Korrosionsbeständigkeit oder auch einer Erosionsbestandigkeit an den Oberflachen ganz oder teilweise mit speziellen Beschichtungen versehen. Hierzu dienen spezielle Beschichtungsverfahren. Da die Bauteile von Gasturbinen wahrend des Betriebs derselben einem Verschleiß unterliegen oder auf sonstige Art und Weise beschädigt werden können, ist es zur Reparatur von Beschädigungen in der Regel erforderlich, vom zu reparierenden Bauteil die Beschichtung bereichsweise oder auch insgesamt zu entfernen bzw. abzutragen. Hierzu dienen spezielle Entschichtungsverfahren.
Beim teilweisen bzw. bereichsweisen Beschichten sowie Entschichten eines Bauteils werden Beschichtungen nur an vorgegebenen Oberflachenbereichen auf ein Bauteil aufgebracht bzw. vom Bauteil entfernt. Um die Beschichtung bzw. Entschichtung in den nicht zu beschichtenden bzw. nicht zu entschichtenden Oberflächenbereichen zu vermeiden, werden die nicht zu beschichtenden bzw. nicht zu entschichtenden Oberflächenbereiche mit einem Abdeckmedium abgedeckt, wobei hierzu so vorgegangen wird, dass zuerst das gesamte Bauteil mit dem Abdeckmedium abgedeckt und anschließend das Abdeckmedium von den Oberflachenbereichen, in welchen eine Beschichtung o- der Entschichtung des Bauteils erfolgen soll, entfernt wird, so dass das Abdeckmedium lediglich in den nicht zu beschichtenden bzw. nicht zu entschichtenden Oberflachenbereichen auf dem Bauteil verbleibt. Das Entfernen des Abdeckmediums vom Bauteil zum Freilegen der Oberflachenbereiche, an welchen eine Beschichtung bzw. Entschichtung erfolgen soll, erfolgt nach dem Stand der Technik durch manuelles Entfernen des Abdeckmediums mit Unterstützung durch chemische Reinigungsmittel. Dies ist aufwendig und teuer.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Beschichten oder Entschichten eines Bauteils zu schaffen. Dieses Problem wird durch ein Verfahren zum Beschichten oder Entschichten eines Bauteils gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß erfolgt das Entfernen des Abdeckmediums durch Wasserstrahlen.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung erfolgt das Entfernen des Abdeckmediums von den Oberflächenbereichen des Bauteils, in welchen dasselbe beschichtet oder entschichtet werden soll, mit Hilfe von Wasserstrahlen. Das Wasserstrahlen kann weitestgehend automatisiert durchgeführt werden, so dass auf aufwendige sowie kostspielige manuelle Bearbeitungsschritte weitestgehend verzichtet werden kann. Durch die Verwendung des Wasserstrahlens zum Entfernen des Abdeckmediums kann des Weiteren auf chemische Reinigungsmittel verzichtet werden. Weiterhin können die Oberflächenbereiche, in welchen das Abdeckmedium entfernt werden soll, über ein CAD-System definiert werden, so dass das Abdeckmedium konturgenau von den relevanten Oberflächenbereichen des Bauteils entfernt werden kann. Hierdurch wird ein hochgenaues, bereichsweises bzw. teilweises Beschichten sowie Entschichten von Bauteilen ermöglicht.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Wasserstrahlen als Hochdruckwasserstrahlen bei einem Druck zwischen 100 bar und 1000 bar durchgeführt, wobei ein Abstand zwischen dem vom Abdeckmedium zu befreienden Oberflächenbereich des Bauteils und einer Strahldüse zwischen 10 mm und 60 mm betragt, und wobei ein Winkel zwischen einem sich ausbildenden Wasserstrahl und dem vom Abdeckmedium zu befreienden Oberflächenbereich des Bauteils zwischen 30° und 90° betragt.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten oder Entschichten eines Bauteils, nämlich zum teilweisen bzw. bereichsweisen Beschichten oder Entschichten eines Bauteils. Das erfindungsgemäße Verfahren kommt vorzugsweise beim teilweisen Beschichten oder Entschichten von Gasturbinenbauteilen zum Einsatz, die aus einem Nickelbasiswerkstoff oder Titanbasiswerkstoff gebildet sind.
Zum teilweisen Beschichten bzw. teilweisen Entschichten eines Bauteils wird ein Bauteil vollständig mit einem Abdeckmedium abgedeckt, wobei das Abdeckmedium ausschließlich von den Oberflachenbereichen des Bauteils, in welchen das Beschichten bzw. Entschichten des Bauteils erfolgen soll, entfernt wird. In allen übrigen Oberflächenbereichen des Bauteils, in welchen das Beschichten bzw. Entschichten nicht erfolgen soll, verbleibt hingegen das Abdeckmedium auf dem Bauteil, um die nicht zu beschichtenden bzw. nicht zu entschichtenden Oberflächenbereiche des Bauteils vor der Beschichtung bzw. Entschichtung zu schützen.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, das Abdeck- medium von den Oberflächenbereichen, in welchen die Beschichtung bzw. Entschichtung des Bauteils erfolgen soll, durch Wasserstrahlen, nämlich durch Hochdruckwasserstrahlen zu entfernen. Das Hochdruckwasserstrahlen zum Entfernen des Abdeckmediums, welches vorzugsweise als Wachsschicht oder Laσkschicht ausgeführt ist, erfolgt dabei vorzugsweise bei einem Strahldruck zwischen 100 bar und 1000 bar. Das Wasserstrahlen wird dabei derart durchgeführt, dass ein Abstand zwischen der vom Abdeckmedium zu befreienden Oberfläche des Bauteils und einer Strahldüse, über welche ein Wasserstrahl auf das Bauteil gerichtet wird, zwischen 10 mm und 60 mm beträgt. Als Strahldüse wird vorzugsweise eine Breitschlitzdüse verwendet. Weiterhin wird das Wasserstrahlen derart durchgeführt, dass der sich ausbildende Wasserstrahl und der Oberflächenabschnitt, von welchem das Abdeckmedium zu entfernen ist, einen Winkel zwischen 30° und 90°, vorzugsweise einen Winkel zwischen 45° und 90°, einschließen. Bevorzugt beträgt der Winkel zwischen dem Wasserstrahl und der Oberfläche des Bauteils, von welcher das Abdeckmedium zu entfernen ist, zwischen 45° und 60° . Beim Wasserstrahlen wird zwischen dem Bauteil und der Strahldüse, welche den Wasserstrahl auf den oder jeden vom Abdeckmedium zu befreienden Oberflächenbereich des Bauteils richtet, eine Relativbewegung mit einer Vorschubgeschwindigkeit zwischen 100 mm/s und 300 mm/s etabliert. Dabei wird vorzugsweise die Strahldüse relativ zum feststehenden Bauteil bewegt. Es ist jedoch auch möglich, das Bauteil relativ zu einer feststehenden Strahldüse zu bewegen. Ebenso können sowohl Bauteil als auch Strahldüse zur Bereitstellung der Relativbewegung bewegt werden. Die Relativbewegung zwischen Bauteil und Strahldüse erfolgt vorzugsweise automatisiert, wobei die Bereiche, von welchen das Abdeckmedium mit Hilfe des Wasserstrahlens entfernt werden soll, über ein CAD-System definiert bzw. vorgegeben werden können. Hierdurch ist eine hochgenaue bzw. konturgenaue Entfernung des Abdeckmediums in den Oberflächenbereichen des Bauteils möglich, in welchem anschließend eine Beschichtung oder Entschichtung des Bauteils erfolgen soll. Nicht zu beschichtende bzw. nicht zu entschichtende Oberflächenbereiche des Bauteils bleiben hingegen vom Abdeckmedium abgedeckt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Beschichten oder Entschichten eines Bauteils, insbesondere eines Gasturbmenbauteils, wobei zum bereichsweisen bzw. teilweisen Beschichten oder Entschichten eines Bauteils das Bauteil vorzugsweise vollständig mit einem Abdeckmedium abgedeckt wird, und wobei das Abdeckmedium ausschließlich von den Oberflachenbereichen des Bauteils, m welchen das Beschichten oder das Entschichten des Bauteils erfolgen soll, entfernt wird, sodass ein nicht zu beschichtender bzw. nicht zu entschichtender Oberflachenbereich des Bauteils vom Abdeckmedium abgedeckt bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen des Abdeckmediums durch Wasserstrahlen erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstrahlen als Hochdruckwasserstrahlen, vorzugsweise bei einem Druck zwischen 100 bar und 1000 bar, durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstrahlen derart durchgeführt wird, dass ein Abstand zwischen einem vom Abdeckmedium zu befreienden Oberflachenbereich des Bauteils und einer Strahldüse, über welche ein Wasserstahl auf den vom Abdeckmedium zu befreienden Oberflachenbereich gerichtet wird, zwischen 10 mm und 60 mm betragt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstrahlen derart durchgeführt wird, dass ein Wasserstrahl und ein vom Abdeckmedium zu befreiender Oberflachenbereich des Bauteils einen Winkel zwischen 30° und 90° einschließen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstrahl und der vom Abdeckmedium zu befreiende Oberflachenbereich des Bauteils einen Winkel zwischen 45° und 60° einschließen.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstrahlen derart durchgeführt wird, dass zwischen dem Bauteil und einer Strahldüse eine Relativgeschwindigkeit zwischen 100 mm/s und 300 mm/s etabliert wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstrahlen mit einer Breitschlitzdüse durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstrahlen zum Entfernen eines Abdeckmediums von einem Gasturbinenbauteil aus einen Titanbasiswerkstoff oder Nickelbasiswerkstoff durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Abdeckmedium Polymere, Lack oder Wachs entfernt wird.
EP06791312A 2005-09-02 2006-08-22 Verfahren zum beschichten oder entschichten eines bauteils Withdrawn EP1922431A1 (de)

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