JP2004018977A

JP2004018977A - 金属皮膜の剥離液

Info

Publication number: JP2004018977A
Application number: JP2002178130A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Mitsui; 三井　裕之; Yoshihisa Kamimura; 上村　好古; Koji Takahashi; 高橋　孝二; Ikuo Okada; 岡田　郁生
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】応力腐食割れの発生を抑制する剥離液を提供する。
【解決手段】母合金の表面の金属皮膜の剥離に使用され、重量％で３５％以下の塩酸を含有する剥離液において、更に重量％で３〜２８％のリン酸または重量％で３〜３３％の硫酸を添加する。
【選択図】　　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属皮膜の剥離液に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービン翼のような合金部品は、例えば使用環境等から受ける悪影響を防止するため、部品の基材金属（以下、「母合金」という）の表面に金属皮膜による表面処理が施される。金属皮膜は通常約５〜５００μｍの厚さであり、例えばニッケルアルミニド（ＮｉＡｌ）、ＭＣｒＡｌＹ（式中、Ｍはコバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）及びこれらの組み合わせである）等の金属皮膜が形成される。また、皮膜の形成にはプラズマ溶射が広く用いられている。
【０００３】
ガスタービン翼等の合金部品は、厳しい高温ガス環境下で使用されることで、酸化減肉や熱疲労亀裂などの損傷、コーティングの劣化が生じるため、定期的にこれらを補修する必要がある。この補修に際しては、まず母合金表面の金属皮膜の剥離を行う。この金属皮膜の剥離は例えば、塩酸などの溶解力のある剥離液中において金属皮膜のみをうまく溶解させることにより行う。
【０００４】
この化学的方法では金属皮膜が優先的に腐食されるため、うまく溶解させることができる。しかし、金属皮膜の溶解が進むと母合金にまで剥離液による腐食が及ぶおそれがある。これに対し、インヒビターと呼ばれる添加剤を加えることにより、母合金の腐食を防止することができる。インヒビターとは、主成分として有機物を主体としたアミン類やカチオン系界面活性剤を有する酸食抑制剤である。酸性の剥離液に添加されたインヒビターは、酸腐食により金属皮膜が不均一に剥離され部分的に母合金が露出する際、露出した母合金の表面に吸着することにより、母合金が過剰に腐食されるのを防止する。
【０００５】
しかしながら上記のように、母合金の腐食に注意しつつ金属皮膜の剥離作業を行っても、剥離プロセス中、母合金に応力腐食割れが発生することがある。応力腐食割れとは、合金系金属が許容応力内の静的な引張応力を受けた状態で特定の腐食環境中にさらされるとき、腐食を伴って合金に割れを生ずる現象をいう。すなわち、インヒビター等の酸食抑制剤を使用しながら剥離作業を行っても、インヒビターが完全に酸性の剥離液から母合金を保護することができないため、僅かながら腐食がおこり応力腐食割れを引き起こすと考えられる。
【０００６】
このように、剥離プロセス中に母合金に応力腐食割れが発生すると、その後金属皮膜による再処理を施しても補修前に合金部品が有していた種々の材料物性を維持することが難しくなる。合金部品がガスタービン翼であれば、性能と信頼性とが損なわれたガスタービン翼となり、最悪の場合、ガスタービン翼は使い物にならず廃棄せざるを得なくなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、母合金表面の金属皮膜を剥離する際に、応力腐食割れの発生を抑制する剥離液を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する第１の発明は、母合金の表面の金属皮膜の剥離に使用され、重量％で３５％以下の塩酸を含有する剥離液であって、更に重量％で３〜２８％のリン酸を含有することを特徴とする剥離液である。この剥離液を使用することにより、応力腐食割れによる破断を抑制しつつ金属皮膜の剥離作業を行うことができる。なお、塩酸濃度については、５％以上が好ましい。
【０００９】
前述した課題を解決する第２の発明は、母合金の表面の金属皮膜の剥離に使用され、重量％で３５％以下の塩酸を含有する剥離液であって、更に重量％で３〜２５％のリン酸を含有することを特徴とする剥離液である。この剥離液を使用することにより、応力腐食割れによる破断を効果的に抑制しつつ金属皮膜の剥離作業を行うことができる。なお、塩酸濃度については、５％以上が好ましい。
【００１０】
前述した課題を解決する第３の発明は、母合金の表面の金属皮膜の剥離に使用され、重量％で３５％以下の塩酸を含有する剥離液であって、更に重量％で３〜３３％の硫酸を含有することを特徴とする剥離液である。この剥離液を使用することにより、応力腐食割れによる破断を抑制しつつ金属皮膜の剥離作業を行うことができる。なお、塩酸濃度については、５％以上が好ましい。
【００１１】
前述した課題を解決する第４の発明は、母合金の表面の金属皮膜の剥離に使用され、重量％で３５％以下の塩酸を含有する剥離液であって、更に重量％で３〜２５％の硫酸を含有することを特徴とする剥離液である。この剥離液を使用することにより、応力腐食割れによる破断を効果的に抑制しつつ金属皮膜の剥離作業を行うことができる。なお、塩酸濃度については、５％以上が好ましい。
【００１２】
前述した課題を解決する第５の発明は、前記第１ないし第４のいずれかの発明に係る剥離液をガスタービン翼の金属皮膜の剥離に使用することとしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、実施形態に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、以下の実施例は本発明を限定するものではない。
【００１４】
剥離プロセスにおける応力腐食割れと酸性剥離液の組成との関係を検証した。以下、検証に使用した剥離液の調製について説明する。
【００１５】
［実施例１：リン酸を含有する剥離液］
水（Ｈ_２Ｏ）と８５重量％リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４ａｑ）と３７重量％塩酸（ＨＣｌａｑ）とを混合し、３〜２８重量％のリン酸と２５重量％の塩酸とを含有する種々の溶液を得た。得られた溶液のそれぞれに適量のインヒビターを添加し、種々の濃度のリン酸を有する剥離液を調製した。
【００１６】
［実施例２：リン酸を含有する剥離液］
８５重量％リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４ａｑ）と３７重量％塩酸（ＨＣｌａｑ）とを重量比で３対６の割合で混合し、２８重量％のリン酸と２５重量％の塩酸とを含有する溶液を得た。これに適量のインヒビターを添加し、剥離液を調製した。
【００１７】
［実施例３：硫酸を含有する剥離液］
水（Ｈ_２Ｏ）と９５重量％硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４ａｑ）と３７重量％塩酸（ＨＣｌａｑ）とを重量比で１対２対６の割合で混合し、２１重量％の硫酸と２５重量％の塩酸とを含有する溶液を得た。これに適量のインヒビターを添加し、剥離液を調製した。
【００１８】
［比較例：従来の剥離液］
水（Ｈ_２Ｏ）と３７重量％塩酸（ＨＣｌａｑ）とを重量比で３対６の割合で混合し、２５重量％の塩酸を得た。これに適量のインヒビターを添加し、剥離液を調製した。
【００１９】
まず、実施例１に係る剥離液を使用し、応力腐食割れと剥離液の組成との関係を検証した。実験は以下のようにして行った。実施例１に係る種々の濃度のリン酸を有する剥離液に、ガスタービン翼と同じ材料で作製した引張試験片を浸し、試験片に一定の応力をかけた。ここで、剥離液による腐食と前記一定の応力とにより生じる応力腐食割れを観察すると共に、この応力腐食割れにより試験片が破断する時間を調べた。また、応力については６０ｋｇ／ｍｍ^２、８０ｋｇ／ｍｍ^２の２種類の応力を負荷して実験を行った。同じ剥離液による金属皮膜の剥離性能を調べるための実験も行った。
【００２０】
図１は、上記実験の結果を示したグラフであり、応力腐食割れによりガスタービン翼が破断するまでの時間と塩酸を主成分とする剥離液中のリン酸の添加量との関係を示したグラフである。６０ｋｇ／ｍｍ^２の応力を負荷したときの結果を点線で、８０ｋｇ／ｍｍ^２の応力を負荷したときの結果を実線で示した。
【００２１】
８０ｋｇ／ｍｍ^２の応力を負荷した場合、リン酸の添加量が１０％となるまでは添加量とともに破断するまでの時間が長くなることが分かる。１０％以上においては、破断するまでの時間が短くなる傾向である。しかしながら、添加量２８％においても破断するまでの時間は約２０時間であり、無添加時と比較すると、応力腐食割れの発生が抑制されていると考えられる。また、金属皮膜の剥離性能については、いずれの添加量においても十分な剥離を行うことができた。
【００２２】
６０ｋｇ／ｍｍ^２の応力を負荷した場合、リン酸で破断するまでの時間が長くなり、添加量３％において約６０時間以上となることが分かる。すなわち、リン酸の添加により応力腐食割れが抑制されていることが分かる。添加量２８％においては破断するまでの時間が短くなる傾向であるが、無添加時と比較すると、２８％以下であれば応力腐食割れの発生が抑制されていると考えられる。また、金属皮膜の剥離性能については、いずれの添加量においても十分な剥離を行うことができた。
【００２３】
以上より、剥離液にリン酸を添加することにより、剥離プロセス中の応力腐食割れの発生を抑制しながら金属皮膜の剥離を行うことができることが分かった。剥離作業に要する時間が約５時間であることに鑑みると、リン酸の添加量としては３〜２８重量％が好ましく、より好ましくは３〜２５重量％である。また、剥離液中の塩酸の濃度については、３５％以下であればよく、好ましくは５〜３５％である。
【００２４】
なお、リン酸を添加しない場合の応力６０ｋｇ／ｍｍ^２の負荷時では、破断するまでに４０時間を要しているため、約５時間の剥離作業には耐えうると考えられる。しかしながら、応力８０ｋｇ／ｍｍ^２の負荷時には３時間で破断した結果を踏まえて考えると、リン酸を添加しない場合には高い応力が負荷された場合には、破断するおそれが高いと考えられ、安全性を考えた場合、リン酸を添加する方が有効的であることが分かる。
【００２５】
次に、比較例、実施例２及び３に係る剥離液を使用し、応力腐食割れと剥離液の組成との関係を検証した。実験は、前述した実施例１に係る剥離液を使用した実験と同様にして行った。
【００２６】
図２は、前記３種類の剥離液と応力腐食割れによりガスタービン翼が破断するまでの時間との関係を示した棒グラフである。６０ｋｇ／ｍｍ^２の応力を負荷したときの結果を斜線模様の棒で、８０ｋｇ／ｍｍ^２の応力を負荷したときの結果を点模様の棒で示した。
【００２７】
同図に示すように、６０ｋｇ／ｍｍ^２の応力を負荷した場合、比較例に係る剥離液（２５％ＨＣｌ）においては３９時間で破断したが、実施例２に係る剥離液（２５％ＨＣｌ＋２８％Ｈ_３ＰＯ_４）においては５５時間以上、実施例３に係る剥離液（２５％ＨＣｌ＋２１％Ｈ_２ＳＯ_４）においては９９時間以上、破断するまでに時間がかかった。ここで、「Ｘ時間以上、時間がかかった」とは、少なくともＸ時間の間は応力腐食割れによる破断が起こらなかったことを意味する。以上から、リン酸を添加した場合だけでなく硫酸を添加した場合においても応力腐食割れが抑制されていることが分かる。また、金属皮膜の剥離性能については、いずれの剥離液においても十分な剥離を行うことができた。
【００２８】
一方、８０ｋｇ／ｍｍ^２の応力を負荷した場合もほぼ同様の傾向となった。すなわち、比較例においては約１時間で破断したが、実施例２においては２１時間、実施例３においては２３時間経過後に破断した。また、金属皮膜の剥離性能については、いずれの剥離液においても十分な剥離を行うことができた。
【００２９】
以上より、剥離液に硫酸を添加することによっても、剥離プロセス中の応力腐食割れの発生を抑制しながら金属皮膜の剥離を行うことができることが分かった。硫酸の添加量としては３〜３３重量％が好ましく、より好ましくは３〜２０重量％である。また、剥離液中の塩酸の濃度については、３５％以下であればよく、好ましくは５〜３５％である。
【００３０】
なお、本発明に係る剥離液は、ガスタービン翼に施された金属皮膜の剥離のみに使用が限定されるわけではなく、ガスタービン翼と同じ種類の合金表面に施された金属皮膜及び無機系皮膜の剥離にも使用することができる。また、塩酸系剥離液にリン酸と硫酸とを別々に添加するだけでなく、適量のリン酸と硫酸とを共に添加しても効果的である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に係る金属皮膜の剥離液は、従来の塩酸系剥離液に適量のリン酸または硫酸を添加した剥離液であり、当該剥離液を使用して剥離作業を行うことにより、応力腐食割れの発生を抑制しながら金属皮膜を剥離することができる。この結果、ガスタービン翼などの合金部品の補修を効率よく行うことができ、再利用率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】応力腐食割れによる破断時間と剥離液中のリン酸添加量との関係図である。
【図２】応力腐食割れによる破断時間と本発明の実施例及び比較例に係る剥離液との関係を比較した比較図である。

Claims

母合金の表面の金属皮膜の剥離に使用され、重量％で３５％以下の塩酸を含有する剥離液であって、更に重量％で３〜２８％のリン酸を含有することを特徴とする剥離液。
母合金の表面の金属皮膜の剥離に使用され、重量％で３５％以下の塩酸を含有する剥離液であって、更に重量％で３〜２５％のリン酸を含有することを特徴とする剥離液。
母合金の表面の金属皮膜の剥離に使用され、重量％で３５％以下の塩酸を含有する剥離液であって、更に重量％で３〜３３％の硫酸を含有することを特徴とする剥離液。
母合金の表面の金属皮膜の剥離に使用され、重量％で３５％以下の塩酸を含有する剥離液であって、更に重量％で３〜２５％の硫酸を含有することを特徴とする剥離液。
ガスタービン翼の金属皮膜の剥離に使用されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の剥離液。