EP2090677A1 - Verfahren zum zumindest selektiven Entfernen einer ersten Schicht von einem Triebwerksbauteil - Google Patents

Verfahren zum zumindest selektiven Entfernen einer ersten Schicht von einem Triebwerksbauteil Download PDF

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Publication number
EP2090677A1
EP2090677A1 EP09150752A EP09150752A EP2090677A1 EP 2090677 A1 EP2090677 A1 EP 2090677A1 EP 09150752 A EP09150752 A EP 09150752A EP 09150752 A EP09150752 A EP 09150752A EP 2090677 A1 EP2090677 A1 EP 2090677A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
molten salt
engine component
base material
salt
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Withdrawn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
EP09150752A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anton Albrecht
Max Niegl
Jürgen OLFE
Georgios Paronis
Michael Sachon
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.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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 MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Publication of EP2090677A1 publication Critical patent/EP2090677A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G1/00—Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts
    • C23G1/28—Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts with molten salts
    • C23G1/32—Heavy metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/005—Repairing methods or devices
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/20—Oxide or non-oxide ceramics
    • F05D2300/21—Oxide ceramics

Definitions

  • the invention relates to a method for selectively removing a first layer of an engine component or a method for repair or repair of engine components, as well as a device intended for such a method.
  • thermal barrier coatings or ceramic cover layers are provided on engine components.
  • Such thermal barrier coatings may for example consist of zirconium oxide.
  • Such thermal barrier coatings or cover layers are often connected to the base material via so-called adhesive layers or TGO layers (Thermal Growing Oxide).
  • adhesive layers may be, for example, Pt-Al or Al or MCrAlY layers.
  • engine structural components often have to remove layers, in particular thermal insulation layer or cover layer. This is often the case before repair or recoating.
  • thermal barrier coatings are known to be removed exclusively by mechanical methods such as HDW or Al 2 O 3 radiation.
  • the applicant is - at least internally - known that even highly concentrated KOH liquor is used at high temperatures and pressures for stripping.
  • the pure mechanical methods have sometimes proven to be less selective, so there is always the risk of uneven wear and damage to the component or the adhesive layer.
  • KOH lye may only be partially effective for firmly adhering layers, so that extensive mechanical reworking is often necessary.
  • the adhesive layer underlying the thermal barrier coating or cover layer or even the base material is attacked, so that the structural component can no longer be repaired, or can only be repaired with considerable effort.
  • the dimensional accuracy of the parts can in particular be influenced, or the air throughput of the cooling air channels-if such are present-can be impaired.
  • a recoating of these new parts or parts with running time does not necessarily cope with the deficits described above, so that these parts would have to be classified as rejects.
  • Affected components may include turbine run and - Be vanes made of nickel materials.
  • the parts are often coated with an EB-PVD ceramic thermal barrier coating and an underlying Pt-Al adhesive layer. Furthermore, there may be alitating indoors.
  • the invention is an object of the invention to provide a method for repair or repair or for stripping of gas turbine components, which is reliable and easy to carry out.
  • the engine component is in an advantageous embodiment, a blade such as turbine blade or compressor blade. It can be provided that the engine component or the blade has a system of inner channels, which serves for example during operation for cooling or air cooling.
  • the engine component has a base material on which at least two layers are applied or applied. One of these at least two layers is referred to as a first layer and another of these at least two layers is referred to as a second layer. At least one second layer or the second layer is provided between the base material and the first layer.
  • the second layer is a thermally grown oxide layer (TGO layer).
  • the second layer may be, for example, an Al 2 O 3 layer.
  • the second layer is in particular an adhesive layer.
  • the first layer may be, for example, a thermal barrier coating. It can be provided that the second layer is an adhesive layer for this thermal barrier coating and, for example, the aforementioned type.
  • a further layer may also be provided.
  • This can be, for example, such that the further layer, which is referred to as the third layer, is a diffusion layer.
  • the third layer may be, for example, a Pt-Al layer or an Al layer or an MCrAlY layer.
  • the second layer is provided between the first layer and the third layer.
  • the second layer adjoins the first layer and / or borders on the third layer, in particular in each case directly.
  • a salt melt is applied such that at least a portion of the engine component having at least a portion of the second layer is positioned in the molten salt, and thereby the connection between the base material and the second layer first layer is at least weakened or attacked.
  • the second layer does not have to directly connect the base material to the first layer, but also that additional layers can be located between them. However, it can also be provided according to a preferred embodiment that the second layer is arranged directly between the first layer and the base material.
  • the first layer is removed or detached exclusively by the fact that the compound between the base material and the first layer caused by the second layer is attacked or chemically disrupted by means of the molten salt. It should also be noted in this connection that further layers may be present between the base material and the first layer.
  • At least one layer of the two layers which are the first layer and the second layer, is mechanically acted upon, in particular such that the first layer is at least partially removed.
  • This mechanical action may be, for example, blasting, such as, in particular, high pressure water jet blasting (HDW blasting). It may also be provided that this mechanical action is a chemically assisted vibratory grinding or a vibratory grinding or the like.
  • the first layer is a thermal barrier coating.
  • the first layer can be, for example, a thermal barrier coating made of zirconium oxide.
  • the molten salt may for example be a KOH melt or a NaOH melt, or a mixture of a KOH melt or a NaOH melt.
  • the temperature to which the melt is brought may, for example, be in the range of 300 ° to 800 °, for example in the range of 500 ° or in the range of 700 ° or in the range of 400 °.
  • the treatment of the engine component takes place by means of the melt in several cycles, such as in three cycles ä each 30 min. It can also be provided that the engine components are then quenched, such as quenching in water. It can also be provided that a high-pressure water jets join to better remove the first layer can.
  • the treatment times in the melt for example, in the range of 5 to 1000 minutes, preferably in the range between 30 and 300 minutes, preferably between 30 and 200 minutes, for example 40 minutes or 80 minutes or 180 minutes or 60 min. Particularly preferred is the time that the engine component remains in the molten salt, between 30 min. And 120 Min ..
  • the first layer may be, for example, an EB-PVD layer.
  • the first layer is in particular a thermal barrier coating. At least preferred embodiments of the method according to the invention enable a thermal barrier coating to be selectively removed by the combination of molten salt and water jet without damaging the base material or a diffusion layer or layer consisting of a structural and diffusion layer such as a Pt-Al layer disposed thereon.
  • the method according to the invention is based on the chemical reaction of the alkaline digestion.
  • the first layer is preferably a thermal barrier coating.
  • the thermal barrier coating is bonded to the base material via a thermally grown aluminum oxide layer (TGO).
  • TGO thermally grown aluminum oxide layer
  • molten salts eg KOH melt
  • the temperature to which the melt is greater than the melting temperature of the salt, such as KOH or NaOH.
  • the molten salt may have a temperature of 400 ° or about 400 °.
  • the method allows a heat-insulating layer to be removed completely or without attack from an adhesive layer and from the base material.
  • the first layer is an EB-PVD layer. It can be provided that the first layer or EB-PVD layer attacked by the molten salt or the EB-PVD layer adhering thereby reduced is removed by water jets.
  • the water jet parameters can be set to be less drastic so that a Pt-Al attack by the water jet does not take place or takes place to a lesser extent.
  • the components or turbine components or blades are processed in a plurality of cycles in the molten salt.
  • Such a cycle may be in the range of 10 to 16 minutes, for example.
  • molten salts for example, alkaline, acidic and / or neutral salt melts, such as. As KOH, NaOH or KHSO 4 are used.
  • the temperatures of the molten salt can - in particular for the aforementioned salts or molten salts - in the range of 300 ° C to 700 ° C.
  • the salts Durferrit RS DS or Durferrit RS 700 are used, which are from Durferrit Benzima, or pure salts from other manufacturers, which were prepared for suitable mixtures for adjusting the melting point of the molten salt.
  • the turbine components or blades have, in a particularly advantageous embodiment, cooling air channels in their interior.
  • the components or turbine components or blades are rinsed with water or after they have been taken from the molten salt and / or after After the molten salt had been worked on, it was mechanically acted upon to remove the first layer. It can be provided that the components or turbine components or blades are flushed by means of a forced flush (in particular internal flooding) of the cooling air ducts - if they are available - allow.
  • an intermediate treatment of the parts or components or blades or turbine components is provided in liquid nitrogen, which causes a thermal shock, and thus embrittlement of the thermal barrier coating.
  • the components or the engine components or the blades in an inorganic or organic acid are neutralized, especially after they were removed from the molten salt and / or after they were treated mechanically or were blasted. After this neutralization may further be provided that the components are flushed by means that allow a forced flush (internal flooding) of the cooling air ducts - if they are present - so that residues of the molten salt are neutralized in the cooling air ducts.
  • water jet method or a corresponding mechanical treatment is provided, this can be done before, between or after the individual treatment cycles with molten salt, as long as several treatment cycles are given with molten salt.
  • the first layer may be an EB-PVD thermal barrier coating;
  • thermally sprayed thermal barrier coatings or ceramic layers can also be removed by means of the method according to the invention.
  • the components or engine components or blades can be encapsulated with a cover, so that z. As the blade root or the shrouds - if given - are protected in the molten salt.
  • One advantage for example, is that complete removal of the first layer or EB-PVD layer is made possible, in particular, in locations which are difficult to access, such as cooling-air bores.
  • Another advantage is that the machining of blades with complex geometries, such. As guide vanes, where a water jet process alone can not be optimally applied, can be performed.
  • Another advantage is that shorter treatment cycles can be carried out in the molten salt since the mechanical or reworking removes the attacked or remaining ceramic covering layer.
  • Another advantage is that the process can be used for repair, repair and new part production.
  • Another advantage is that the method is suitable for selectively removing only the thermal barrier coating.
  • Another advantage is that the method is suitable for removing the thermal barrier coating in the molten salt rather than using HDW or Al 2 O 3 and then chemically removing the adhesive layer (Pt-Al, Al or MCrAlY).
  • Another advantage is that the method is suitable for removing or damaging the thermal barrier coating only by means of HDW, and then chemically removing the adhesive layer (eg Pt-Al, Al, MCrAlY).
  • the adhesive layer eg Pt-Al, Al, MCrAlY.
  • Another advantage is that the method is suitable to remove the thermal barrier coating only by HDW without damaging the adhesive layer.
  • Another advantage is that it allows to keep the treatment times of the molten salt low, so that no intervention of the Pt-Al adhesive layer or corresponding other layer or the inner coating - if given - takes place.
  • the portion of the engine component which has at least a portion of the second layer is positioned in the molten salt over a period of time which is at least 5 minutes, preferably at least 10 minutes, especially preferably at least 15 minutes, more preferably at least 20 minutes, more preferably at least 30 minutes, more preferably at least 40 minutes, more preferably at least 50 minutes, most preferably at least 60 minutes.
  • a new first layer is applied after removal of the first layer - and optionally further repair work.
  • the first layer is thus quasi replaced in an advantageous embodiment.
  • the method of the invention may also be referred to as a method of repairing or manufacturing engine components, such as blades, if such replacement is provided.
  • the method is carried out by means of a device having a container for receiving the engine component and the molten salt. It can be provided that the salt is filled in a solid state in the container and also the engine component or several engine components are filled in the container. It may then be provided that the salt is heated to form a melt.
  • the molten salt prior to removal of the engine component after treatment with the molten salt, is cooled or it is ensured that the molten salt solidifies before the engine component is removed.
  • the method is carried out on a fully automatic system.
  • This can be a fully automatic system that excludes an access by the operator of the system to the process tank, also referred to as a container.
  • the system can be designed so that the installation and removal of the components, the devices only happens at room temperature and thus any possible contact of the operator is excluded with the melt.
  • the device may for example be equipped in the cold state, filled with salt and then heated together with the component or engine component and the salt, so that the salt is molten. After completion of the process can be provided that before opening by the operator, the device or the melt is cooled again and the component or engine component is removed.
  • the device is preferably designed so that on End of the process molten salt and component are separated, so that the melt for the most part solidifies separately from the component.
  • the system can be made simple and inexpensive. For heating, for example, inexpensive standard oven can be used.
  • the left figure out Fig. 1 shows a component 10, such as engine component, in particular blade, and salt and / or granules 12 in the solid state. In this step, the system 1 is cold-stocked.
  • the salt is heated to a temperature which is greater than that of the (salt) melt. This is done in the oven 14. This is done until the salt is molten or present as (salt) melt 18. This process takes place in the closed container 16, wherein optionally the container 16 is filled with inert gas. Subsequently, the melt is separated from the engine component. Then the salt or the melt is cooled until the salt solidifies (solid salt 20). Then the engine component is removed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selektiven Entfernen einer ersten Schicht von einem Triebwerksbauteil, auf dessen Grundmaterial zumindest zwei Schichten gegeben bzw. aufgebracht sind, wobei zwischen diesem Grundmaterial und der ersten Schicht wenigstens eine zweite Schicht vorgesehen ist, wobei eine Salzschmelze derart aufgebracht wird, dass zumindest ein Abschnitt des Triebwerksbauteils, der zumindest einen Abschnitt der zweiten Schicht aufweist, in der Salzschmelze positioniert ist, und hierdurch die durch die zweite Schicht bewirkte Verbindung zwischen dem Grundmaterial und der ersten Schicht zumindest geschwächt bzw. angegriffen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selektiven Entfernen einer ersten Schicht von einem Triebwerksbauteil bzw. ein Verfahren zur Reparatur oder Instandsetzung von Triebwerksbauteilen, sowie eine für ein derartiges Verfahren bestimmte Vorrichtung.
  • Triebwerksbauteile sind häufig mit diversen Schichten versehen. Bekannt ist beispielsweise, dass Wärmedämmschichten bzw. keramische Deckschichten auf Triebwerksbauteilen vorgesehen sind. Solche Wärmedämmschichten können beispielsweise aus Zirkonoxid bestehen. Derartige Wärmedämmschichten bzw. Deckschichten sind häufig über so genannte Haftschichten bzw. TGO-Schichten (Thermal Growing Oxide) an den Grundwerkstoff angebunden. Derartige Haftschichten können beispielsweise Pt-Al oder Al- oder MCrAlY-Schichten sein. Im Rahmen von Reparatur- oder Instandsetzungsarbeiten müssen bei Triebwerksbauteilen Schichten, insbesondere Wärmedämmschicht bzw. Deckschicht häufig entfernt werden. Dies ist häufig so, dass das vor der Reparatur bzw. vor einem Wiederbeschichten der Fall ist. Zumindest der Anmelderin ist bekannt, dass Wärmedämmschichten bekanntermaßen ausschließlich mittels mechanischer Verfahren, wie beispielsweise HDW- oder Al2O3-Strahlen entfernt werden. Darüber hinaus ist der Anmelderin - zumindest intern - bekannt, dass auch hochkonzentrierte KOH-Lauge bei hohen Temperaturen und Drücken zum Entschichten verwendet wird.
  • Die reinen mechanischen Verfahren haben sich teilweise als wenig selektiv herausgestellt, so dass immer die Gefahr eines ungleichmäßigen Abtrages und einer Schädigung des Bauteils bzw. der Haftschicht besteht. KOH-Lauge ist bei fest haftenden Schichten unter Umständen nur teilweise wirksam, so dass häufig umfangreiche mechanische Nacharbeit nötig ist. Bei den bisher verwendeten Verfahren wird in vielen Fällen die unter der Wärmedämmschicht bzw. Deckschicht liegende Haftschicht oder sogar der Grundwerkstoff angegriffen, so dass das Bauteil nicht mehr reparierbar ist, bzw. nur noch mit erheblichem Aufwand reparierbar ist. Bei den bekannten Verfahren kann es insbesondere zu einer Beeinflussung der Maßhaltigkeit der Teile kommen bzw. kann der Luftdurchsatz der Kühlluftkanäle - sofern solche gegeben sind - beeinträchtigt werden. Eine Wiederbeschichtung dieser Neuteile bzw. Teile mit Laufzeit fängt die oben beschriebenen Defizite nicht zwangsläufig auf, so dass diese Teile als Ausschuss klassifiziert werden müssten. Betroffene Bauteile können u. a. Turbinenlauf- und - Leitschaufeln aus Nickelwerkstoffen sein. Die Teile sind häufig mit einer keramischen EB-PVD-Wärmedämmschicht und einer darunter liegenden Pt-Al-Haftschicht beschichtet. Des Weiteren kann im Innenbereich eine Alitierung vorliegen.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reparatur bzw. Instandsetzung bzw. zum Entschichten von Gasturbinenbauteilen zu schaffen, das betriebssicher und auf einfache Weise durchführbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß wird also insbesondere ein Verfahren zum selektieren Entfernen einer ersten Schicht von einem Triebwerksbauteil bzw. zum Entschichten eines Triebwerksbauteils vorgeschlagen. Das Triebwerksbauteil ist dabei in vorteilhafter Ausgestaltung eine Schaufel wie Turbinenschaufel oder Verdichterschaufel. Es kann vorgesehen sein, dass das Triebwerksbauteil bzw. die Schaufel ein System innerer Kanäle hat, was beispielsweise im Betrieb zur Kühlung bzw. Luftkühlung dient. Das Triebwerksbauteil weist ein Grundmaterial auf, auf dem zumindest zwei Schichten gegeben bzw. aufgebracht sind. Eine dieser zumindest zwei Schichten wird als erste Schicht bezeichnet und eine andere dieser zumindest zwei Schichten wird als zweite Schicht bezeichnet. Zwischen dem Grundmaterial und der ersten Schicht ist wenigstens eine zweite Schicht bzw. die zweite Schicht vorgesehen.
  • In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die zweite Schicht eine thermisch gewachsene Oxidschicht (TGO-Schicht) ist. Die zweite Schicht kann beispielsweise eine Al2O3-Schicht sein. Die zweite Schicht ist insbesondere eine Haftschicht. Die erste Schicht kann beispielsweise eine Wärmedämmschicht sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass die zweite Schicht eine Haftschicht für diese Wärmedämmschicht ist und beispielsweise der vorerwähnten Art ist.
  • Zusätzlich zu der ersten und der zweiten Schicht kann auch eine weitere Schicht vorgesehen sein. Dies kann beispielsweise so sein, dass die weitere Schicht, die als dritte Schicht bezeichnet wird, eine Diffusionsschicht ist. Die dritte Schicht kann beispielsweise eine Pt-Al-Schicht oder eine Al-Schicht oder eine MCrAlY-Schicht sein.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die zweite Schicht zwischen der ersten Schicht und der dritten Schicht vorgesehen ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die zweite Schicht an die erste Schicht grenzt und/oder an die dritte Schicht grenzt, und zwar insbesondere jeweils unmittelbar.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass eine Salzschmelze derart aufgebracht wird, dass zumindest ein Abschnitt des Triebwerkbauteils, der zumindest einen Abschnitt der zweiten Schicht aufweist, in der Salzschmelze positioniert ist, und hierdurch die durch die zweite Schicht bewirkte Verbindung zwischen dem Grundmaterial und der ersten Schicht zumindest geschwächt bzw. angegriffen wird.
  • In diesem Zusammenhang sei noch einmal betont, dass die zweite Schicht nicht unmittelbar das Grundmaterial mit der ersten Schicht verbinden muss, sondern auch weitere Schichten dazwischen gelegen sein können. Es kann aber auch gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die zweite Schicht unmittelbar zwischen der ersten Schicht und dem Grundmaterial angeordnet ist.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Schicht ausschließlich dadurch entfernt bzw. abgelöst wird dass mittels der Salzschmelze die durch die zweite Schicht bewirkte Verbindung zwischen dem Grundmaterial und der ersten Schicht angegriffen bzw. chemisch aufgeschlossen wird. Es sei auch in diesem Zusammenhang angemerkt, dass zwischen dem Grundmaterial und der ersten Schicht weitere Schichten gegeben sein können.
  • In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass nach dem Aufbringen der Salzschmelze auf zumindest eine Schicht der beiden Schichten, die die erste Schicht und die zweite Schicht sind, mechanisch eingewirkt wird, und zwar insbesondere derart, dass die erste Schicht zumindest partiell entfernt wird. Dieses mechanische Einwirken kann beispielsweise ein Strahlen sein, wie insbesondere Hochdruckwasserstrahl-Strahlen (HDW-Strahlen). Es kann auch vorgesehen sein, dass dieses mechanische Einwirken ein chemisch unterstütztes Gleitschleifen ist oder ein Gleitschleifen oder dergleichen.
  • In bevorzugter Ausgestaltung ist die erste Schicht eine Wärmedämmschicht. Die erste Schicht kann beispielsweise eine Wärmedämmschicht aus Zirkonoxid sein.
  • Die Salzschmelze kann beispielsweise eine KOH-Schmelze oder eine NaOH-Schmelze sein, oder ein Gemisch aus einer KOH-Schmelze oder einer NaOH-Schmelze. Die Temperatur, auf die die Schmelze gebracht wird, kann beispielsweise im Bereich von 300° bis 800°, beispielsweise im Bereich von 500° oder im Bereich von 700° oder im Bereich von 400° sein.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Behandlung des Triebwerkbauteils mittels der Schmelze in mehreren Zyklen erfolgt, wie beispielsweise in drei Zyklen ä jeweils 30 Min. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Triebwerksbauteile anschließend abgeschreckt werden, wie beispielsweise Abschrecken in Wasser. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Hochdruckwasserstrahlen sich anschließt, um die erste Schicht besser entfernen zu können.
  • Die Behandlungszeiten in der Schmelze können beispielsweise im Bereich von
    5 bis 1000 Min. liegen, vorzugsweise im Bereich zwischen 30 und 300 Min., bevorzugt zwischen 30 und 200 Min., beispielsweise 40 Min. oder 80 Min. oder 180 Min. oder
    60 Min.. Besonders bevorzugt ist die Zeit, die das Triebwerksbauteil in der Salzschmelze verbleibt, zwischen 30 Min. und 120 Min..
  • Es kann vorgesehen sein, dass Neuteile, also beispielsweise neue Schaufeln Bestandteil des Verfahrens sind, wie beispielsweise Turbinenlauf- oder Leitschaufeln aus Nickelwerkstoffen. Die erste Schicht kann beispielsweise eine EB-PVD-Schicht sein. Die erste Schicht ist insbesondere eine Wärmedämmschicht. Zumindest bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen, dass eine Wärmedämmschicht durch die Kombination von Salzschmelze und Wasserstrahl selektiv entfernt wird, ohne dass das Grundmaterial oder eine darauf angeordnete Diffusionsschicht oder Schiczt, bestehend aus Aufbau- und Diffusionsschicht, wie Pt-Al-Schicht geschädigt wird.
  • Es ist insbesondere vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren auf der chemischen Reaktion des alkalischen Aufschlusses basiert.
  • Wie angesprochen ist die erste Schicht vorzugsweise eine Wärmedämmschicht. Es kann vorgesehen sein, dass die Wärmedämmschicht über eine thermisch gewachsene Aluminiumoxidschicht (TGO) an den Grundwerkstoff angebunden ist. Diese TGO kann durch Salzschmelzen (z. B. KOH-Schmelze) angegriffen werden, so dass sich die Wärmedämmschicht in großen Stücken vom Bauteil löst. Es kann vorgesehen sein, dass die Temperatur, auf die die Schmelze gebracht wird, größer als die Schmelztemperatur des Salzes, wie KOH oder NaOH ist. Beispielsweise kann die Salzschmelze eine Temperatur von 400° oder ca. 400° aufweisen.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung kommt es zu keinerlei Angriff des Bauteils bei vollständiger Entschichtung. Das Verfahren kann für mehrere Teile gleichzeitig durchgeführt werden, und ist einfach schnell und daher auch kostengünstig.
  • Es ist insbesondere vorgesehen, dass sich mit dem Verfahren eine Wärmedämmschicht restlos oder ohne Angriff von einer Haftschicht und vom Grundmaterial entfernen lässt.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erste Schicht eine EB-PVD-Schicht ist. Es kann vorgesehen sein, dass die durch die Salzschmelze angegriffene erste Schicht bzw. EB-PVD-Schicht bzw. die dadurch verringert haftende EB-PVD-Schicht durch Wasserstrahlen entfernt wird. Die Wasserstrahlparameter können beispielsweise wenig drastischer eingestellt werden, so dass ein Pt-Al-Angriff durch den Wasserstrahl nicht stattfindet oder in geringem Maße stattfindet.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Bauteile bzw. Turbinenbauteile bzw. Schaufeln in mehreren Zyklen in der Salzschmelze bearbeitet werden. Ein derartiger Zyklus kann beispielsweise im Bereich von 10 bis 16 Min. sein.
  • Als Salzschmelzen können beispielsweise alkalische, saure und/oder neutrale Salzschmelzen, wie z. B. KOH, NaOH oder KHSO4 verwendet werden. Die Temperaturen der Salzschmelze können - insbesondere für die vorgenannten Salze bzw. Salzschmelzen - im Bereich von 300°C bis 700°C liegen. In besonders zu bevorzugender Ausgestaltung werden die Salze Durferrit RS DS oder Durferrit RS 700 verwendet, die von der Firma Durferrit Benzima sind, oder reine Salze von anderen Herstellern, die nach geeigneten Mischungen zur Einstellung des Schmelzpunktes der Salzschmelze hergestellt wurden.
  • Die Turbinenbauteile bzw. Schaufeln weisen in besonders vorteilhafter Ausgestaltung Kühlluftkanäle in ihrem Inneren auf.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Bauteile bzw. Turbinenbauteile bzw. Schaufeln mit bzw. in Wasser gespült werden, nachdem sie der Salzschmelze entnommen wurden und/oder nachdem nach dem Bearbeiten der Salzschmelze mechanisch auf sie eingewirkt wurde, um die erste Schicht zu entfernen. Es kann vorgesehen sein, dass die Bauteile bzw. Turbinenbauteile bzw. Schaufeln mittels Vorrichtungen gespült werden, die eine Zwangsspülung (insbesondere Innenflutung) der Kühlluftkanäle - sofern solche vorhanden sind - ermöglichen.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung ist eine Zwischenbehandlung der Teile bzw. Bauteile bzw. Schaufeln bzw. Turbinenbauteile in flüssigem Stickstoff vorgesehen, die einen Thermoschock bewirkt, und somit eine Versprödung der Wärmedämmschicht.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Bauteile bzw. die Triebwerksbauteile bzw. die Schaufeln in einer anorganischen oder organischen Säure, wie z. B. HCL oder HNO3, neutralisiert werden, und zwar insbesondere nachdem sie der Salzschmelze entnommen wurden und/oder nachdem sie mechanisch behandelt wurden bzw. gestrahlt wurden. Nach diesem Neutralisieren kann ferner vorgesehen sein, dass die Bauteile mittels Vorrichtungen gespült werden, die eine Zwangsspülung (Innenflutung) der Kühlluftkanäle - sofern sie vorhanden sind - ermöglichen, so dass Rückstände der Salzschmelze in den Kühlluftkanälen neutralisiert werden.
  • Sofern das Wasserstrahlverfahren bzw. eine entsprechende mechanische Behandlung vorgesehen ist, kann diese vor, zwischen oder nach den einzelnen Behandlungszyklen mit Salzschmelze erfolgen, sofern mehrere Behandlungszyklen mit Salzschmelze gegeben sind.
  • Anstelle der Nachbehandlung mit Wasserstrahlen kann auch ein anderer mechanischer Nachbearbeitungsprozess angewendet werden, wie z. B. Al2O3-Strahlen oder Kunststoffstrahlen oder Gleitschleifen.
  • Wie angesprochen, kann die erste Schicht eine EB-PVD-Wärmedämmschicht sein; anstelle einer EB-PVD-Wärmedämmschicht können auch thermisch gespritzte Wärmedämmschichten bzw. keramische Schichten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens entfernt werden. Die Bauteile bzw. Triebwerksbauteile bzw. Schaufeln können mit einer Abdeckung gekapselt werden, so dass z. B. der Schaufelfuß oder die Deckbänder - sofern gegeben - in der Salzschmelze geschützt sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Weiterbildung derselben ermöglichen eine Vielzahl von Vorteilen, die im Folgenden beispielhaft erwähnt werden sollen, wobei allerdings darauf hinzuweisen ist, dass diese Vorteile nicht zwangsläufig gegeben sein müssen.
  • Ein Vorteil besteht beispielsweise darin, dass ein vollständiges Entfernen der ersten Schicht bzw. EB-PVD-Schicht besonders an schwer zugänglichen Stellen wie an Kühlluftbohrungen ermöglicht wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Bearbeitung von Schaufeln mit komplexen Geometrien, wie z. B. Leitschaufeln, an denen ein Wasserstrahlprozess allein nicht optimal angewendet werden kann, durchgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass kürzere Behandlungszyklen in der Salzschmelze durchgeführt werden können, da durch die mechanische Nacharbeit die angegriffene bzw. restliche keramische Deckschicht entfernt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Verfahren für die Reparatur, die Instandsetzung sowie die Neuteilfertigung angewendet werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Verfahren geeignet ist, um selektiv nur die Wärmedämmschicht zu entfernen.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Verfahren geeignet ist, um die Wärmedämmschicht in der Salzschmelze zu entfernen anstatt mittels HDW oder Al2O3 und im Anschluss die Haftschicht (Pt-Al, Al oder MCrAlY) chemisch zu entfernen.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Verfahren geeignet ist, um die Wärmedämmschicht nur durch HDW zu entfernen oder zu schädigen und im Anschluss die Haftschicht (z. B. Pt-Al, Al, MCrAlY) chemisch zu entfernen.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Verfahren geeignet ist, um die Wärmedämmschicht nur durch HDW zu entfernen ohne die Haftschicht zu schädigen.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ermöglicht wird, die Behandlungszeiten der Salzschmelze gering zu halten, so dass kein Eingriff der Pt-Al-Haftschicht oder entsprechender anderer Schicht oder der Innenbeschichtung - falls gegeben - erfolgt.
  • In vorteilhafter Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Abschnitt des Triebwerksbauteils, der zumindest einen Abschnitt der zweiten Schicht aufweist, in der Salzschmelze über eine Zeitperiode positioniert ist, die wenigstens 5 Min. beträgt, bevorzugt wenigstens 10 Min., besonders bevorzugt mindestens 15 Min., besonders bevorzugt mindestens 20 Min., besonders bevorzugt mindestens 30 Min., besonders bevorzugt mindestens 40 Min., besonders bevorzugt mindestens 50 Min., besonders bevorzugt mindestens 60 Min..
  • In besonders vorteilhafter Ausgestaltung wird nach dem Entfernen der ersten Schicht - und gegebenenfalls weiteren Reparaturarbeiten - eine neue erste Schicht aufgebracht. Die erste Schicht wird also quasi in vorteilhafter Ausgestaltung ersetzt. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Verfahren auch als Verfahren zur Reparatur oder Herstellung von Triebwerksbauteilen, wie Schaufeln, bezeichnet werden, wenn ein derartiges Ersetzen gegeben ist.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung wird das Verfahren mittels einer Vorrichtung durchgeführt, die einen Behälter zur Aufnahme des Triebwerkbauteils und der Salzschmelze aufweist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Salz in festem Zustand in den Behälter befüllt wird und ebenfalls das Triebwerksbauteil oder mehrere Triebwerksbauteile in den Behälter befüllt werden. Anschließend kann dann vorgesehen sein, dass das Salz zur Bildung einer Schmelze erwärmt wird.
  • Bevorzugt ist ferner, dass vor der Entnahme des Triebwerksbauteils nach dem Behandeln mit der Salzschmelze die Salzschmelze abgekühlt wird bzw. dafür gesorgt wird, dass die Salzschmelze erstarrt, bevor das Triebwerksbauteil entnommen wird.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung wird das Verfahren auf einer vollautomatischen Anlage durchgeführt. Dies kann eine vollautomatische Anlage sein, die einen Zugriff des Bedieners der Anlage auf das Prozessbecken, auch als Behälter bezeichnet, ausschließt. In vorteilhafter Ausgestaltung kann die Anlage so konzipiert sein, dass der Ein- und Ausbau der Bauteile die Vorrichtungen ausschließlich bei Raumtemperatur geschieht und somit jeglicher möglicher Kontakt des Bedieners mit der Schmelze ausgeschlossen ist. Die Vorrichtung kann beispielsweise im kalten Zustand bestückt werden, mit Salz befüllt und anschließend zusammen mit dem Bauteil bzw. Triebwerksbauteil und dem Salz erhitzt werden, so dass das Salz schmelzflüssig wird. Nach Abschluss des Prozesses kann vorgesehen sein, dass vor dem Öffnen durch den Bediener die Vorrichtung bzw. die Schmelze wieder abgekühlt wird und das Bauteil bzw. Triebwerksbauteil entnommen wird. Die Vorrichtung ist vorzugsweise so konzipiert, dass am Ende des Prozesses Salzschmelze und Bauteil getrennt sind, so dass die Schmelze zum größten Teil vom Bauteil getrennt erstarrt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die sichere Handhabung der Anlage durch die vollständige Trennung von Bediener und Salzschmelze gewährleistet ist. Die Anlage kann dadurch einfach und kostengünstig gestaltet werden. Zum Aufheizen können beispielsweise kostengünstige Standardofen verwendet werden.
  • Im Folgenden soll nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figur näher erläutert werden. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    eine beispielhafte Vorrichtung zur Durchführung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens mit den eingetragenen Schritten und unterschiedlichen Zuständen der Vorrichtung.
  • Die linke Abbildung aus Fig. 1 zeigt ein Bauteil 10, wie Triebwerksbauteil insbesondere Schaufel, sowie Salz und/oder Granulat 12 im festen Zustand. In diesem Schritt wird die Anlage 1 kalt bestückt.
  • Anschließend wird das Salz auf eine Temperatur erhitzt, die größer als die der (Salz-) Schmelze ist. Dies erfolgt im Ofen 14. Dies wird solange durchgeführt, bis das Salz schmelzflüssig wird bzw. als (Salz-)Schmelze 18 vorliegt. Dieser Prozess erfolgt im geschlossenen Behälter 16, wobei gegebenenfalls der Behälter 16 mit Schutzgas gefüllt ist. Anschließend wird die Schmelze von dem Triebwerksbauteil getrennt. Dann wird das Salz bzw. die Schmelze abgekühlt bis das Salz fest (festes Salz 20) wird. Anschließend wird das Triebwerksbauteil entnommen.

Claims (17)

  1. Verfahren zum selektiven Entfernen einer ersten Schicht von einem Triebwerksbauteil, auf dessen Grundmaterial zumindest zwei Schichten gegeben bzw. aufgebracht sind, wobei zwischen diesem Grundmaterial und der ersten Schicht wenigstens eine zweite Schicht vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Salzschmelze derart aufgebracht wird, dass zumindest ein Abschnitt des Triebwerksbauteils, der zumindest einen Abschnitt der zweiten Schicht aufweist, in der Salzschmelze positioniert ist, und hierdurch die durch die zweite Schicht bewirkte Verbindung zwischen dem Grundmaterial und der ersten Schicht zumindest geschwächt bzw. angegriffen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen der Salzschmelze auf zumindest eine Schicht der beiden Schichten, die die erste Sicht und die zweite Schicht sind, mechanisch eingewirkt wird, und zwar derart die erste Schicht zumindest partiell entfernt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Einwirken ein Strahlen, insbesondere Hochdruckwasserstrahl-Strahlen, ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht ausschließlich dadurch entfernt bzw. abgelöst wird, dass mittels der Salzschmelze die durch die zweite Schicht bewirkte Verbindung zwischen dem Grundmaterial und der ersten Schicht angegriffen wird bzw. chemisch aufgeschlossen wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht eine Wärmedämmschicht, insbesondere Wärmedämmschicht aus Zirkonoxid, ist.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht eine Thermisch Gewachsene Oxidschicht (TGO-Schicht) ist.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Schicht vorgesehen ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schicht eine Diffusionsschicht ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schicht eine Schicht aus einer Gruppe von Schichten ist, welche Gruppe eine PtAl-Schicht, eine Al-Schicht sowie eine MCrAlY-Schicht aufweist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht zwischen der ersten Schicht und der dritten Schicht vorgesehen ist.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht unmittelbar an die erste Schicht grenzt.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des Triebwerksbauteils, der zumindest einen Abschnitt der zweiten Schicht aufweist, in der Salzschmelze über eine Zeitperiode positioniert ist, die wenigstens 5 min beträgt.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Salzschmelze eine KOH-Schmelze ist.
  14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entfernen der ersten Schicht eine neue erste Schicht aufgebracht wird.
  15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels einer Vorrichtung durchgeführt wird, die einen Behälter zur Aufnahme des Triebwerksbauteils und der Salzschmelze aufweist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das sich in dem Behälter befindendes Salz aus dem festen Aggregatzustand zur Bildung der Salzschmelze erwärmt wird, wobei das Triebwerksbauteil vor diesem Erwärmen in diesen Behälter eingebracht wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerksbauteil für eine vorbestimmte Zeitperiode in der Salzschmelze verbleibt, ggf. bei weiter geschlossenem Behälter von der Salzschmelze getrennt wird, und anschließend die Salzschmelze abkühlt bzw. abgekühlt wird, bevor das Triebwerkbauteil aus dem Behälter entnommen wird.
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