EP2845998A1 - Bauteil und Verfahren zur Entschichtung eines Bauteils - Google Patents

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EP2845998A1
EP2845998A1 EP13183724.7A EP13183724A EP2845998A1 EP 2845998 A1 EP2845998 A1 EP 2845998A1 EP 13183724 A EP13183724 A EP 13183724A EP 2845998 A1 EP2845998 A1 EP 2845998A1
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EP13183724.7A
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Diana Felkel
Daniel Koch
Jan Störmer
Manfred Weigt
Andre Willmann
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • F01D5/005—Repairing methods or devices
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    • C25F5/00—Electrolytic stripping of metallic layers or coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil umfassend einen Grundkörper aus einem Grundmaterial (1) und einer zu entfernenden Beschichtung (5), wobei zwischen dem Grundmaterial (1) und der zu entfernenden Beschichtung (5) eine Zwischenschicht (2) vorgesehen ist, welche durch einen Impuls aktivierbar ist, so dass dadurch eine Ablösung der zu entfernenden Beschichtung (5) bewerkstelligbar ist. Zudem betrifft die Erfindung noch ein Verfahren zur Entschichtung eines Bauteils.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bauteil umfassend einen Grundkörper aus einem Grundmaterial und einer zu entfernenden Beschichtung sowie ein Verfahren zur Entschichtung eines solchen Bauteils.
  • Hochtemperaturbeständige Bauteile eines Kraftwerks, z.B. die Schaufel weisen im Allgemeinen einen Grundkörper aus einer Kobaltbasis- oder Nickelbasis-Superlegierung auf. Auf dieses Grundmaterial wird eine Haftvermittlerschicht der Art MCrAlY aufgebracht. Dabei bezeichnet M beispielsweise eine Kombination der Metalle Nickel und Kobalt. Cr steht für Chrom und Al für Aluminium sowie Y für Yttrium. Auf diese Haftvermittlerschicht kann eine keramische Schicht (TBC-Schicht) aus Zirkonoxid aufgebracht werden. Die Bauteile von Gasturbinen unterliegen während des Betriebs einem Verschleiß oder können auf sonstige Art und Weise beschädigt werden, was zu einer Beschädigung der TBC Schicht und der Haftvermittlerschicht führt. Zur Wiederaufbereitung der Bauteile ist es in der Regel erforderlich, die Beschichtung vollständig zu entfernen. Das Entfernen bzw. Abtragen von Beschichtungen bezeichnet man auch als Entschichten. Durch eine anschließende Neubeschichtung kann ein weiterer Lebenszyklus der Turbinenschaufeln ermöglicht werden, weswegen sich ein großes Interesse an einer wirksamen Entschichtung ergibt.
  • Bei der Entschichtung von Turbinenschaufeln müssen beispielsweise die verbrauchten Beschichtungen, wie MCrAlY-Beschichtungen als auch thermische Schutzschichten entfernt werden.
  • Ein solches Verfahren zur Entschichtung von Bauteilen ist in der EP 1 314 797 A2 beschrieben. Hierbei handelt es sich um ein chemisches Entschichtungsverfahren. Das zu entschichtende Bauteil wird in eine Lösung mit Salzsäure und einem den Angriff des Basismaterials des Bauteils verringernden Inhibitor eingetaucht. Das durch die Salzsäure gebildete Entschichtungsbad führt die Auflösung der Beschichtung herbei.
  • Bei den Entschichtungsverfahren unterscheidet man solche, bei denen die Entschichtung auf mechanischem Wege, chemischem Wege oder elektrochemischem Wege erfolgt. Die elektrochemische Entschichtung beruht auf dem Prinzip der Elektrolyse.
  • Bei der Entschichtung wird beispielsweise die TBC-Schicht abrasiv mit Al2O3 als Strahlmittel abgestrahlt. Anschließend wird das MCrAlY durch Säure entfernt. Verbleibende Reste werden dann mechanisch entfernt. Dies sind jedoch langwierige Arbeitsprozesse, die mit Zeit und Kosten verbunden sind.
  • Die erste Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines beschichteten Bauteils, bei welchem eine einfache Ablösung der Beschichtung möglich ist. Die zweite Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zur Entschichtung eines solchen Bauteils.
  • Die erste Aufgabe wird gelöst durch die Angabe eines Bauteils umfassend einen Grundkörper aus einem Grundmaterial und einer zu entfernenden Beschichtung, wobei zwischen dem Grundmaterial und der zu entfernenden Beschichtung eine Zwischenschicht vorgesehen ist, welche durch einen Impuls aktivierbar ist, so dass dadurch eine Ablösung der zu entfernenden Beschichtung bewerkstelligbar ist.
  • Die zweite Aufgabe wird gelöst durch die Angabe eines Verfahrens zur Entschichtung eines Bauteils mit einer wie oben beschriebenen Zwischenschicht, wobei die Zwischenschicht durch einen Impuls aktiviert wird, so dass dadurch eine Ablösung der zu entfernenden Beschichtung bewerkstelligt wird.
  • Damit wird erfindungsgemäß eine Zwischenschicht zwischen Grundmaterial und zu entfernender Beschichtung, z.B. MCrAlY eingebracht. Nach der Betriebsbeanspruchung wird bei der Wiederaufbereitung des Bauteils die Zwischenschicht durch einen Impuls aktiviert, was zur Ablösung der zu entfernenden Beschichtung führt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Bauteil wird eine deutliche Reduktion der Durchlaufzeiten bei der Entschichtung bewirkt. So dauert beispielsweise die Entschichtung im Stand der Technik bis zu 16 Tage. Bei der erfindungsgemäßen Entschichtung wird hingegen lediglich ein Tag benötigt.
  • Zudem sind das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Bauteil umweltverträglicher, da keine aggressiven Säuren nebst Entsorgung notwendig sind. Beim Entschichten des Stands der Technik verbleiben Beschichtungsreste im Strahlgut und in der Säure, welche anschließend entsorgt werden müssen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Bauteil verblieben nur noch reine Beschichtungsreste zur Entsorgung. Zudem unterbleibt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Bauteil der Grundmaterialangriff durch aggressive Säuren, wie z.B. beim Entschichtungsverfahren im Stand der Technik.
  • Bevorzugt ist der Impuls ein elektrischer und/oder chemischer und/oder elektrochemischer Impuls. Natürlich sind auch elektromagnetische Impulse oder andere möglich.
  • Bevorzugt ist die Zwischenschicht über das Anlegen einer elektrischen Spannung an das Bauteil aktivierbar. Dies kann beispielsweise eine Induktionsspannung sein. Ist das Bauteil eine Schaufel, so kann z.B. ein Hochfrequenzfeld zwischen Schaufelfuß und Schaufelspitze erzeugt werden.
  • Bevorzugt ist das Bauteil in eine Elektrolytlösung eingebettet. Die Zwischenschicht wird dann über das Anlegen einer Spannung, beispielsweise einer Induktionsspannung aktiviert. Dabei kann die Elektrolytlösung geeignet ausgewählt werden. Bevorzugt ist die Zwischenschicht eine volumenvergrößernde Zwischenschicht, welche durch Aktivieren des Impulses ausdehnbar ist. Hier wird nun eine volumenvergrößernden Zwischenschicht zwischen Grundmaterial und zu entfernender Beschichtung, z.B. MCrAlY eingebracht. Nach der Betriebsbeanspruchung wird bei der Wiederaufbereitung des Bauteils die Zwischenschicht durch einen Impuls z.B. elektrischer und/oder chemischer und/oder elektrochemischer Natur aktiviert, was zur Ausdehnung der Zwischenschicht führt und wodurch somit die Ablösung der gesamten zu entfernenden Beschichtung erreicht wird.
  • Bevorzugt umfasst die volumenvergrößernde Zwischenschicht Nanoröhrchen. Diese eignen sich besonders gut bei Hochtemperaturbauteilen.
  • Bevorzugt ist eine vollständige Ablösung der zu entfernenden Beschichtung bewerkstelligbar. Bislang verbleiben Beschichtungsrückstände, welche mit aufwendigen Nacharbeiten entfernt werden müssen. Durch die Erfindung wird eine vollständige Ablösung der gesamten Schicht möglich. Dadurch wird die Entschichtung wesentlich beschleunigt.
  • Bevorzugt umfasst die zu entfernende Beschichtung zumindest eine Haftvermittlerschicht, insbesondere aus MCrAlY. Auch kann die zu entfernende Beschichtung zumindest eine Wärmedämmschicht, insbesondere eine keramische Wärmedämmschicht umfassen. Dies ist vor allem bei Gasturbinenschaufel oder anderen Bauteilen, die sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sind, von Vorteil.
  • Bevorzugt umfasst das Grundmaterial ein Basismaterial und eine Schicht. Die Zwischenschicht ist in diesem Fall auf der Schicht angeordnet. Natürlich können auch mehrere Schichten auf dem Basismaterial aufgetragen sein.
  • Bevorzugt ist das Bauteil eine Turbinenschaufel.
  • Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch:
    • FIG 1 schematisch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen
      Bauteils,
    • FIG 2 schematisch das Verfahren anhand einer Schaufel.
  • FIG 1 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Bauteils. Diese zeigt einen Grundkörper, welcher aus einem Grundmaterial 1 besteht. Selbstverständlich kann dieses Grundmaterial auch ein mit einer oder mehreren Schichten beschichtetes Basismaterial sein. Auf diesem Grundmaterial 1 wird nun eine Zwischenschicht 2 aufgebracht. Auf der Zwischenschicht 2 sind hier beispielsweise eine Haftvermittlerschicht 3, z.B. aus MCrAlY und eine Wärmedämmschicht 4 aufgebracht. Selbstverständlich kann auch nur eine Wärmedämmschicht 4 ohne Haftvermittlerschicht 3 aufgebracht sein, oder eine Haftvermittlerschicht 3 ohne Wärmedämmschicht 4. Werden betriebsbeanspruchte Bauteile wiederaufbereitet, ist die alte Beschichtung 5 (hier: Haftvermittlerschicht 3 + Wärmedämmschicht 4) zu entfernen.
  • Erfindungsgemäß ist nun die Zwischenschicht 2 zwischen Grundmaterial 1 und der zu entfernenden Beschichtung 5, d.h. hier der Wärmedämmschicht 4 und der Haftvermittlerschicht 3 aufgebracht. Nach der Betriebsbeanspruchung wird bei der Wiederaufbereitung die Zwischenschicht 2 durch einen Impuls chemischer und/oder elektrischer und/oder elektrochemischer Natur aktiviert, was zur Ablösung der gesamten zu entfernenden Beschichtung 5 führt. Die zu entfernende Beschichtung 5 wird quasi vollständig "abgesprengt".
  • Die Zwischenschicht 2 kann beispielsweise eine volumenvergrößernde Zwischenschicht 2 sein. Diese kann z.B. Nanoröhrchen umfassen. Nach der Betriebsbeanspruchung wird bei der Wiederaufbereitung die volumenvergrößernde Zwischenschicht 2 durch einen Impuls chemischer und/oder elektrischer und/oder elektrochemischer Natur aktiviert, was zur Ausdehnung der volumenvergrößernden Zwischenschicht 2 führt und wodurch somit die Ablösung der gesamten zu entfernenden Beschichtung 5 erreicht wird.
  • Die Aktivierung der Zwischenschicht 2 erfolgt über Anlegen einer elektrischen Spannung. Ist das Bauteil eine Schaufel so kann z.B. ein Hochfrequenzfeld zwischen Schaufelfuß und Schaufelspitze erzeugt werden.
  • Auch kann das Bauteil, hier eine Schaufel, in eine Elektrolytlösung 6 einbetten werden, wie in FIG 2 gezeigt. Durch Anlegen einer elektrischen Induktionsspannung 7 wird die Zwischenschicht 2 aktiviert (FIG 2). Dies führt zu einer vollständigen Ablösung der gesamten zu entfernenden Beschichtung 5. Ist die Zwischenschicht 2 als eine volumenvergrößernde Zwischenschicht 2 ausgestaltet, dehnt sie sich dadurch aus, dass die zu entfernende Beschichtung 5 vollständig abgelöst wird.
  • Durch die Erfindung ergibt sich eine deutliche Reduktion der Durchlaufzeiten bei der Entschichtung. Dies spart Zeit und Kosten. Zudem ist das Bauteil mit dem erfindungsgemäßen Verfahren umweltverträglicher, da keine aggressiven Säuren sowie deren Entsorgung notwendig sind.
  • Auch treten keine Beschichtungsrückstände auf, welche im Stand der Technik mit aufwendigen Nacharbeiten zu entfernen sind. Erfindungsgemäß wird hingegen eine vollständige Ablösung der gesamten Beschichtung 5 ermöglicht. Auch wird das Grundmaterial 1 nicht durch aggressive Säuren beschädigt oder angegriffen. Dadurch ist eine erneute Beschichtung der Bauteile problemlos möglich.
  • Im Stand der Technik verbleiben die Beschichtungsreste sowohl im Strahlgut (bei abrasiver Entfernung) als auch in der Säure. Diese müssen anschließend mit entsorgt werden. Durch die Erfindung sind nur noch Beschichtungsreste vorhanden, welche entsorgt werden müssen.

Claims (16)

  1. Bauteil umfassend einen Grundkörper aus einem Grundmaterial (1) und einer zu entfernenden Beschichtung (5),
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundmaterial (1) und der zu entfernenden Beschichtung (5) eine Zwischenschicht (2) vorgesehen ist, welche durch einen Impuls aktivierbar ist, so dass dadurch eine Ablösung der zu entfernenden Beschichtung (5) bewerkstelligbar ist.
  2. Bauteil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Impuls ein elektrischer und/oder chemischer und/oder elektrochemischer Impuls ist.
  3. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) über das Anlegen einer Spannung an das Bauteil aktivierbar ist.
  4. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil in eine Elektrolytlösung (6) eingebettet ist und die Zwischenschicht (2) über das Anlegen einer Spannung (7) aktivierbar ist.
  5. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) eine volumenvergrößernde Zwischenschicht (2) ist, welche durch Aktivieren des Impulses ausdehnbar ist.
  6. Bauteil nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die volumenvergrößernde Zwischenschicht (2) Nanoröhrchen umfasst.
  7. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine vollständige Ablösung der zu entfernenden Beschichtung (5) bewerkstelligbar ist.
  8. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zu entfernende Beschichtung (5) zumindest eine Haftvermittlerschicht (3), insbesondere aus MCrAlY, umfasst.
  9. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zu entfernende Beschichtung (5) zumindest eine Wärmedämmschicht (4), insbesondere eine keramische Wärmedämmschicht, umfasst.
  10. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (1) ein Basismaterial und eine Schicht umfasst.
  11. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Turbinenschaufel ist.
  12. Verfahren zur Entschichtung eines Bauteils mit einer Zwischenschicht (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) durch einen Impuls aktiviert wird, so dass dadurch eine Ablösung der zu entfernenden Beschichtung (5) bewerkstelligt wird.
  13. Verfahren zur Entschichtung eines Bauteils nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Impuls elektrisch oder/und chemisch und/oder elektrochemisch ausgeführt wird.
  14. Verfahren zur Entschichtung eines Bauteils nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) als eine volumenvergrößernde Schicht ausgestaltet wird, welche sich bei Aktivieren des Impulses ausdehnt, wodurch ein Ablösen der zu entfernenden Beschichtung (5) bewirkt wird.
  15. Verfahren zur Entschichtung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil in eine Elektrolytlösung (6) eingebettet wird und die Aktivierung der Zwischenschicht (2) über das Anlegen einer Spannung (7) erfolgt.
  16. Verfahren zur Entschichtung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der Zwischenschicht (2) über das Anlegen einer Spannung an das Bauteil erfolgt.
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