KR100781626B1 - 금속 피막을 스트립핑하기 위한 전기화학적 시스템 및 방법 - Google Patents

금속 피막을 스트립핑하기 위한 전기화학적 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판으로부터 하나 이상의 금속 피막을 스트립핑시키는 전기화학적 스트립핑 공정에 관한 것이다. 개시된 공정은 전기화학적 선택성을 갖기 때문에 전기화학적 스트립핑 공정이 모재 합금에 최소한으로 영향을 미친다. 상기 공정은 전해질을 제공하는 단계, 피복된 물품 및 하나 이상의 전극을 전해질에 배치하는 단계, 전극과 피복된 물품 사이에 전류를 인가하는 단계, 및 모재 합금을 변형시키지 않고 피복된 물품으로부터 하나 이상의 피막을 제거하는 단계를 포함한다. 전기화학적 스트립핑 공정을 위한 시스템은 전해질, 직류 공급원, 및 스트립핑되는 물품에 직류를 보낼 수 있는 다수의 전극을 포함한다. 직류 공급원은 피복된 물품 및 다수의 전극에 접속될 수 있다. 시스템에 의해 모재 합금으로부터 하나 이상의 피막을 제거할 수 있다.

Description

금속 피막을 스트립핑하기 위한 전기화학적 시스템 및 방법{ELECTROCHEMICAL SYSTEM AND PROCESS FOR STRIPPING METALLIC COATINGS}
도 1은 전기화학적 스트립핑 시스템을 개략적으로 예시한 것이다.
도 2는 전기화학적 스트립핑 시스템에서 캐소드(cathode)와 애노드(anode) 배치의 기하학적 형태를 개략적으로 예시한 것이다.
도 3은 전기화학적 스트립핑 시스템에서 캐소드와 애노드 배치의 다른 기하학적 형태의 일례를 개략적으로 예시한 것이다.
도 4는 다른 전기화학적 스트립핑 시스템을 개략적으로 예시한 것이다.
본 발명은 전기화학적 스트립핑 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 금속 성분과 비금속 성분으로 이루어진 표면으로부터, 알루미나이드를 비롯한 금속 피막을 전기화학적으로 스트립핑시키는 것에 관한 것이다.
금속 피막의 스트립핑은 터빈 요소의 수리를 비롯한 수많은 제조 공정에서 중요한 단계이다. 금속 피막은 터빈 요소와 같은 물품상에 제공되어서 물품을 예컨데, 주위로부터 보호한다. 금속 피막을 제거함으로써 하나 이상의 새 피막을 물품, 예컨대 터빈 요소에 적용할 수 있게 되어, 이후 사용하는 동안 보호 특성이 복구된다. 금속 피막은 전형적으로 약 5 내지 약 500㎛ 범위의 두께로 형성된다. 터빈 요소상의 확산 또는 적층 금속 피막의 조성은 전형적으로 니켈 알루미나이드(NiAl), 백금 알루미나이드, MCrAlY(이 때, M은 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 철(Fe)의 조합물일 수 있다) 및 이들의 변형물 중 하나 이상을 포함하지만, 이로 한정되는 것은 아니다.
스트립핑 공정은 충분히 선택적이어야 하는데, 이는 스트립핑 공정이 단지 목적 물질만을 제거하는 반면 물품의 원하는 구조물을 보존시킴을 의미한다. 예컨대, 스트립핑 공정은 하부 기재 합금("모재 합금"이라고도 함)을 소모시키거나 변형시키지 않으면서 터빈 요소로부터 금속 피막을 제거해야 한다. 따라서, 터빈 요소의 구조적 일체성이 스트립핑 공정 이후에도 유지된다. 또한, 터빈 요소 내의 내부 피복된 표면 및 냉각 홀은 스트립핑 공정동안에 종종 보존되어야 한다.
화학적 에칭은 금속 피막, 예컨대 알루미나이드 피막을 터빈 요소로부터 스트립핑시키기 위한 하나의 공지된 방법이다. 화학적 에칭 공정에서는 터빈 요소를 수성의 화학적 부식제에 담근다. 터빈 요소의 노출된 금속성 표면 전부는 화학적 부식제와 접촉된다. 터빈 요소의 표면위에 있는 금속 피막은 당해 분야에 공지된 반응에 의해 화학적 부식제로 부식되어 제거된다. 때때로 화학적 에칭 공정은 터빈 요소로부터 금속 피막을 제거하는데 적합하지만, 몇몇 화학적 스트립핑 공정은 "비선택적"이어서, 스트립핑 공정이 피막과 하부 모재 합금을 구별하지 못한다. 따라서, 화학적 에칭은 임계 치수(예: 벽 두께 및 냉각 홀의 직경)의 변화 및/또는 모재 합금의 구조 분해(예: 입계 부식)와 같은 바람직하지 않은 물질 손실을 발생시킬 수 있다(이후 상기 현상을 "모재 합금의 변형"이라 일컫는다). 또한, 화학적 에칭은 터빈 요소의 내부 통로 및 냉각 홀(이를 종종 "내부물"이라 일컫는다)을 스트립핑시킬 수 있다. 따라서, 통상적인 화학적 부식제의 결점은 상기 부식제를 적절한 장소에 적용하는 것이 용이하지 않고, 피막과 모재 합금을 충분히 구별할 수 없어서, 터빈 요소의 성능 및 신뢰성을 열화시키는 것이다. 최악의 경우, 터빈 요소는 사용불가능하게 되고 폐기될 수 있다.
공지된 화학적 스트립핑 공정은 상기 공정의 비선택적인 특성을 극복하기 위해 특정 터빈 요소 구조물, 예컨대 내부 냉각 통로 또는 홀을 차폐(masking)시킴을 포함할 수 있다. 차폐는 스트립핑되는 물품의 냉각 홀 및 내부 통로가 넓어지는 것을 방지하고 내부 피막이 제거되지 않도록 하지만, 차폐 및 이의 제거 공정은 시간 및 노동 소비적이고 따라서 화학적 스트립핑 공정에 불필요한 비용 및 시간을 부과한다.
또한, 몇몇 화학적 스트립핑 공정은 승온 및/또는 승압에서 작동될 수 있으며, 대다수에서는 아니지만 일부의 스트립핑 공정에서는 유해 화학물질을 사용하여 이로 인해 고가의 처리 및/또는 폐기 비용을 수반한다. 이러한 화학적 스트립핑 공정의 특징은 추가의 작동 비용, 장비 및 안전 위험도를 증가시키며, 이들 모두는 바람직하지 않은 것들이다.
피막 제거를 위한 전기화학적 스트립핑 공정이 이미 개시되었으나, 상기 공정은 비선택적이다. 또한, 상기 공정은 고 산성의 전해질에 의존적이며, 임의의 인가되는 전류는 자연적으로 발생하는 산에 의해 스트립핑을 가속시킬 수 있다. 이러한 산성 전해질 스트립핑 공정은 모재 합금에 상당한 손상을 입힐 수 있다.
따라서, 공지된 화학적 스트립핑 공정의 전술한 단점을 갖지 않는 스트립핑 공정을 제공하는 것이 바람직하다. 화학적으로 선택적이고 차폐 필요성을 최소화시키거나 완전히 없애며 유해 화학물질을 사용하지 않고 모재 합금, 내부 통로 및 냉각 홀의 구조적 및 치수적 통합성을 유지시키는 스트립핑 공정을 제공함이 바람직하다. 또한, 비용 감소와 관련하여 공정 사이클 시간이 단축된 스트립핑 공정을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 피막과 상이한 조성을 갖는 모재 합금으로 이루어진 물품으로부터 하나 이상의 피막을 스트립핑시키는 전기화학적 공정에 관한 것이다. 피막은 전기화학적 공정에 의해 모재 합금으로부터 스트립핑되고, 본질적으로 모재 합금에 영향을 미치지 않는다. 전기화학적 공정은 전해질을 제공하는 단계, 피복된 물품 및 하나 이상의 전극을 전해질에 배치하는 단계, 하나 이상의 전극 및 피복된 물품 사이에 전원으로부터의 전류를 인가시키는 단계 및 모재 합금을 변형시키지 않고 물 품으로부터 하나 이상의 피막을 제거하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 전기화학적 스트립핑 공정을 위한 시스템을 제공한다. 시스템은 전해질, 직류 공급원, 및 전류 흐름을 형성할 수 있는 하나 이상의 전극을 제공한다. 시스템은 전류 통과시에 피막과 전해질 사이에 전기화학적 반응을 야기시킴으로써 물품으로부터 하나 이상의 피막을 제거한다. 또한, 하나 이상의 피막 제거는 모재 합금을 최소한으로 변형시키면서 발생한다.
본 발명의 다른 양태는 피복된 물품으로부터 하나 이상의 피막을 스트립핑시키기 위한 전기화학적 스트립핑 공정에 대한 것으로, 이 때 모재 합금 및 하나 이상의 피막을 함유하는 물품은 전기화학적 스트립핑 공정에 의해 모재 합금으로부터 스트립핑되며 모재 합금은 전기화학적 스트립핑 공정 이후에 본질적으로 변형되지 않는다. 전기화학적 스트립핑 공정은, 염화나트륨을 포함하는 전하 운반 성분 및 물을 포함하는 용매를 함유하는 전해질을 제공하는 단계, 피복된 물품과 하나 이상의 전극을 전해질에 배치하는 단계, 하나 이상의 전극과 피복된 물품 사이에 전원으로부터의 전류를 인가하는 단계 및 모재 합금을 변형시키지 않고 피복된 물품으로부터 하나 이상의 피막을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 피복된 물품으로부터 하나 이상의 피막을 스트립핑시키기 위한 전기화학적 스트립핑 공정에 관한 것으로, 이 때 모재 합금 및 하나 이상의 피막을 포함하는 물품이 전기화학적 스트립핑 공정에 의해 모재 합금으로부터 스트립핑되고 모재 합금은 전기화학적 스트립핑 공정 이후에 본질적으로 변형되지 않는다. 전기화학적 공정은 탄산나트륨과 중탄산나트륨의 혼합물을 포함하는 전하 운반 성분 및 물을 포함하는 용매를 함유하는 전해질을 제공하는 단계, 피복된 물품과 하나 이상의 전극을 전해질에 배치하는 단계, 하나 이상의 전극과 피복된 물품 사이에 전원으로부터의 전류를 인가하는 단계, 및 모재 합금을 변형시키지 않고 피복된 물품으로부터 하나 이상의 피막을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 피복된 물품으로부터 하나 이상의 피막을 스트립핑시키기 위한 전기화학적 스트립핑 공정에 관한 것으로, 이 때 모재 합금 및 하나 이상의 피막을 포함하는 물품이 전기화학적 스트립핑 공정에 의해 모재 합금으로부터 스트립핑되고 모재 합금은 전기화학적 스트립핑 공정 이후에 본질적으로 변형되지 않는다. 전기화학적 공정은 염화나트륨을 포함하는 전하 운반 성분 및 프로필렌 글리콜을 포함하는 용매를 함유하는 전해질을 제공하는 단계, 피복된 물품과 하나 이상의 전극을 전해질에 배치하는 단계, 하나 이상의 전극과 피복된 물품 사이에 전원으로부터의 전류를 인가하는 단계, 및 모재 합금을 변형시키지 않고 피복된 물품으로부터 하나 이상의 피막을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 전술된 양태와 그 밖의 양태, 이점 및 현저한 특징은 본 발명의 양태가 개시되어 있는 하기 상세한 설명 및 도면 전체를 통해 유사 부분이 유사한 참고번호로 지정되어 있는 첨부된 도면의 결합으로부터 명백해질 것이다.
본 발명에 의해 구체화되는 전기화학적 스트립핑 시스템 및 그의 공정은 피복된 물품을 전해질을 사용하여 스트립핑시킨다. 본 발명에 의해 구체화되는 전해질의 사용은 공지된 유해 산을 사용하는 통상적인 화학적 스트립핑 공정에 비해 여러 이점을 제공한다. 전기화학적 스트립핑 시스템 및 공정은, 적절히 선택되는 경우, 화학적 및 공간적으로 선택적이고, 물품의 원하지 않는 표면 부식을 방지하며, 물품의 모재 합금의 구조적 통합성을 유지시키고, 시간 소모적인 차폐 단계를 없애는 동시에, 내부 표면 및 그 밖의 원하는 피복된 표면을 보호한다. 본 발명에 의해 구체화되는, 스트립핑 공정과 관련하여 사용되는 "전기화학적 선택성"이란 용어는 모재 합금과 피막 물질 사이에서의 차별적 분해로 모재 합금, 이의 각각의 외부 구조 및 내부 구조의 바람직하지 않은 변형 및 이후 기능성의 감소없이 적절한 피막 제거가 확실히 이루어지도록 하는 것을 의미한다. 본 발명에 의해 구체화되는, 스트립핑 공정과 관련하여 사용된 "공간적으로 선택적"이란 용어는 표면이 전극에 의도적으로 직접 노출되는 위치에서만 스트립핑이 발생되도록 하는 전기화학적 스트립핑 공정의 고유의 조준선(line-of-sight) 특징을 말한다.
본 발명에 의해 구체화되는 전해질은 고도의 전기화학적 선택성을 가질 수 있다. 따라서, 특정한 전기화학적 스트립핑 조건하에서, 전극의 배치는 스트립핑시킬 물품에 일치하는 형태로 제공될 필요는 없다. 높은 전기화학적 선택성을 갖는 전해질을 사용하는 경우, 전극은 상기 요소에 근접하게 배치될 수 있으며, 스트립핑 공정은 전해질의 전기화학적 선택성에 따라 모재 합금을 공격하지 않으면서 금속 피막을 제거한다. 따라서, 본 발명에 의해 구체화되는, 화학적으로 선택적인 전해질을 사용하는 전기화학적 스트립핑 시스템은 터빈 요소의 선택 영역으로부터 피막을 제거할 수 있으며, 모재 합금을 제거하거나 변형시키지 않을 수 있다. 본 발명에 의해 구체화되는, 스트립핑 공정과 관련하여 사용된 "변형"이란 용어는 모재 합금의 바람직하지 않은 물질 손실 및/또는 구조적 분해를 말한다.
전기화학적 공정은 확산 및 적층 알루미나이드 피막 및 크로마이드 피막을 비롯한 금속 피막을 물품, 예컨대 터빈 요소(그러나, 이에 한정되는 것은 아니다)로부터 스트립핑시킨다. 본 발명의 상세한 설명에서, 물품은 터빈 요소를 지칭하며, 피막은 금속 피막을 말하지만, 이러한 설명이 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 다른 물품 및 피막이 상기 공정에 따라 스트립핑될 수 있다. "알루미나이드"란 용어는 금속 합금에 고온 산화 저항성을 부여하기 위해 사용되는 다양한 알루미늄-함유 피막 재료를 포함한다. 이러한 피막의 비제한적인 예로는 백금 알루미나이드, 니켈 알루미나이드, MCrAlY(이 때, M은 Ni, Co 및 Fe로부터 선택된 하나 이상이다)를 비롯한 확산 및 적층 알루미나이드 또는 크로마이드를 포함한다. 요약하자면, 이들 피막은 본원에서 "알루미나이드" 피막으로 총칭된다.
본 발명에 의해 구체화되는, 전기화학적 스트립핑 공정은 금속 피막, 예컨대 산화-저항성 및 결합 피막을 물품으로부터 스트립핑시킨다. 전기화학적 스트립핑 공정은 높은 제거 속도를 제공하며, 환경적으로 안전한 화학물질을 사용할 수 있다. 또한, 전기화학적 스트립핑 공정은 화학적 및 공간적으로 선택적인 것에 부가하여, 단축된 공정 사이클 시간을 제공한다. 따라서, 하나 이상의 전극에 직접 노출되지 않은 냉각 홀 및 내부 냉각 통로와 같은 표면은 본 발명에 의해 구체화되는 전기화학적 스트립핑 공정에 의해 스트립핑되지 않는다. 결과적으로, 전기화학적 스트립핑 공정은 내부 냉각 통로 및 냉각 홀을 부주의한 스트립핑 및/또는 원하지 않는 물질 손실로부터 보호하기 위한 시간-소모적 차폐 단계를 필요로 하지 않는다.
본 발명에 의해 구체화되는 전기화학적 공정을 도면과 관련하여 하기에서 논의한다. 도 1은 본 발명에 의해 구체화되는 전기화학적 스트립핑 시스템(1)을 개략적으로 예시한다. 도 1에서, 전기화학적 스트립핑 시스템(1)은 전해질(3)을 함유하는 전해질 욕 용기(2)를 포함한다. 본 발명에 의해 구체화되는 예시적인 전해질(3)은 염 용액(그러나, 이에 한정되는 것은 아니다)과 같은 전하 운반 성분을 포함한다. 또한, 본 발명에 의해 구체화되는 전해질은 일반적으로 비독성이고, 스트립핑되는 물품을 부식시키지 않는다. 예컨대, 상기 전해질은 전기화학적 스트립핑 시스템(1)에 높은 분해 선택성 및 모재 합금의 최소한의 화학적 부식을 제공한다. 전해질 용매는 유기 용매 및 무기 용매로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 용매는 물; 디에틸렌 글리콜과 물; 글리세롤과 물; 에틸렌 카보네이트와 물; 또는 프로필렌 글리콜과 물을 포함할 수 있다. 전하 운반 성분으로 작용하는 염은 할로겐화 염을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 할로겐화 염은 염화나트륨(NaCl), 브롬화나트륨(NaBr) 및 염화칼륨(KCl)으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
전해질 욕 용기(2)(이후, "용기"라 함)는 임의의 적합한 비반응성 용기를 포함한다. 용기(2)의 형태 및 용량은, 용기(2)가 전해질(3), 전극(4, 5), 및 스트립핑시킬 요소(6), 및 이후에 기재되는 바와 같은 연결된 전기 접속부(12 내지 14)를 충분히 수용하는 크기이기만 하면 용도에 따라 다양할 수 있다. 용기(2)의 재료는 비반응성이고 전기화학적 스트립핑 공정을 방해하지 않는다면 다양할 수 있다.
전기화학적 스트립핑 시스템(1)은 하나 이상의 전극을 포함한다. 이하 2개의 전극에 관해 설명할 것이며, 도면에 2개의 전극(4, 5)이 예시되어 있으나, 이들은 단지 예시적인 것이며 본 발명을 어떠한 방식으로도 제한하지 않는다. 각각의 전극(4, 5)은 피복된 물품(6)의 표면에 전기장을 운반하도록 배치된, 적합한 형태로 제조될 수 있다. 본 발명의 범주에 포함되는 전극(4, 5)의 적합한 기하학적 형태는 평면형, 원통형 및 이들을 합한 형태를 포함하나, 이들에 한정되는 것은 아니다(도 3 참조). 또는, 각각의 전극(4, 5)은 스트립핑시킬 물품(6)의 형태에 대략 상보적인 기하학적 형태같은 복합적 기하학적 형태를 포함할 수 있다(도 2 참조). 전극(4, 5)은 일반적으로 비소모적이며, 전기화학적 스트립핑 공정내내 손상되지 않는다.
전기화학적 스트립핑 시스템(1)에 의해 스트립핑시킬 물품(6)을 용기(2)에 배치한다. 전술한 바와 같이, 스트립핑시킬 물품은 피복된 물품(6), 예컨대 터빈 요소(이에 한정되는 것은 아니다)를 포함한다. 그러나, 이러한 설명은 단지 예시적인 것이며, 본 발명을 어떠한 방식으로도 한정하려는 것이 아니다. 터빈 요소(6)는 전극(4, 5) 사이에 배치되며, 전극(4, 5) 및 터빈 요소(6)의 선택된 피복 표면 사이에 전기장이 형성되도록 위치한다. 터빈 요소(6)의 일부와 전극(4, 5)을 담그기에 충분한 양의 전해질(3)을 용기(2)로 옮긴다. 터빈 요소(6)의 일부(7), 예컨대 도브테일부(dovetail section)가 스트립핑을 필요로 하지 않을 경우, 상기 일부분은 전해질(2) 밖에 위치하게 할 수 있다. 다르게, 터빈 요소(6)의 상기 일부분(7)은 전기장을 가리도록 물리적으로 차폐될 수 있다. 또 다른 대안은 예컨대, 전극 위치를 바꾸어서 상기 요소의 표면 일부상의 전기장을 최소화시키는 것이다. 전기화학적으로 스트립핑시킬 터빈 요소(6)의 부분은 전해질(3)에 담겨 있어야 한다.
전해질(3)은 임의의 적합한 수단에 의해 용기(2)로 옮겨질 수 있다. 본 발명을 제한하지 않는 예로서, 전해질(3)을 용기(2)에 부을 수 있다. 다르게, 전해질(2)은 펌핑 장치(15)에 의해 용기(2)로 옮겨질 수 있다(도 4). 펌핑 장치(15)는 도관(16)을 통해 용기(2)에 연결된다. 도관(16)은 터빈 요소(6)와 전극(4, 5)중 하나 사이에 위치하는 틈새(8)까지 연장된다. 펌핑 장치(15)는 용기(2)내에서 전해질(3)을 교반 및 진탕시키는 저압 펌프를 포함할 수 있다. 예컨대, 펌핑 장치(15)의 노즐(17)로부터 전해질(3)을 방출하여 용기(2)내의 전해질(3)을 교반 및 진탕시킬 수 있다.
다르게, 터빈 요소(6)는 화살표 9에 의해 예시되는 바와 같이, 적합한 지지체(11)에 의해 본래의 축 또는 변위 축 주위에서 상반되게 이동하거나 회전할 수 있다. 터빈 요소(6)는 전해질(3) 중 적합한 동력 장치(18), 예컨대 기계 장치 및 자기 장치로부터 선택된 하나 이상(그러나, 이에 한정되는 것은 아니다)에 의해 이동할 수 있다. 전해질(3)의 이동은 주울 열 발산을 가속시키며, 전기화학적 스트립핑 공정 동안에 전해질 조성을 균질하게 유지시키도록 돕는다. 전해질 화합물중 과도한 열 또는 국소 변화는 스트립핑 반응을 변경시켜서, 예컨대 이에 한정되는 것은 아니지만 반응 시간을 지연시키거나, 반응 속도를 증가시키거나, 모재 합금의 공격을 증가시킬 수 있다.
직류(DC) 전력 공급기(10)는 전기화학적 스트립핑 시스템(1)에서 전기장을 형성한다. DC 전력 공급기(10)는 전극(4, 5)에의 연결부(12, 13, 14)에 전류를 운반한다. 전극(4, 5)은 DC 전력 공급기(10)의 음극 단자에 연결된다. 터빈 요소(6)로부터 피막을 스트립핑시킴은 피막과 전해질의 반응을 포함한다. 전해질은 터빈 요소(6)에 전하를 운반하며, DC 전류의 작용하에서 피막은 터빈 요소(6)로부터 스트립핑된다. DC 전류의 제거는 전기화학적 스트립핑 공정을 중지시킨다.
본 발명에 의해 구체화되는 전기화학적 스트립핑 공정에서, 전기화학적 스트립핑 공정의 변수(이후, "스트립핑 변수"라 함)는 스트립핑 특징을 결정한다. 이러한 스트립핑 변수는 물질의 제거 속도에 영향을 미쳐, 스트립핑 공정의 효율에도 영향을 미친다. 스트립핑 변수는 전극 형태, DC 전력 공급 전압 또는 전류(조절되는 변수에 의해 좌우됨), 전해질 농도, 용매 조성, 물품과 전극간의 거리 및 전해질 온도를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 스트립핑 변수는 작동 범위에 걸쳐 다양할 수 있다. 예컨대, DC 전력 공급 전압은 극미량 전압("극미량"이란 용어는 적지만 측정가능한 값을 의미한다) 내지 약 30V 이상에서 다양할 수 있다. 터빈 요소(6)와 전극 사이의 거리는 약 0.1 내지 약 10인치 범위에서 다양할 수 있다. 전해질의 온도는 약 150℃ 이하의 온도에서 다양할 수 있다. 스트립핑 시간은 피막의 조성, 미세구조, 밀도 및 두께에 의해 좌우된다. 전기화학적 스트립핑 시간은 밀도가 높을수록, 피막이 두꺼울수록 길어질 수 있다. 따라서, 본 발명에 의해 구체화되는 전기화학적 스트립핑 공정의 스트립핑 시간은 약 0.1분 내지 약 4시간 범위에서 다양할 수 있다.
표 1은 본 발명에 의해 구체화되는, 전해질의 전하 운반 성분을, 본 발명에 의해 구체화되는, 상기 공정에 효과적인 농도 범위와 함께 기재한 것이다. 또한, 표 1은 본 발명에 의해 구체화된 바와 같이, 스트립핑에 효과적인 것으로 밝혀진 농도를 제공한다. 표 2는 표 1에 기재된 전하 운반 성분이 전해질을 형성하도록 배치된, 본 발명에 의해 구체화된 용매를 제공한다.
전해질의 전하 운반 성분
명칭 일반식 농도 범위 (중량%) 예시적인 농도 (중량%)
질산 HNO3 3-13 8
인산 H3PO4 3-13 8
염산 HCl <10 5
메탄설폰산 CH3SO3H 5-15 10
인산+황산(∼50/50 혼합물) H3PO4 + HSO4 5-15 10
수산화나트륨 NaOH 5-15 10
수산화암모늄 NH4OH 5-15 10
염화나트륨 NaCl 5-20 10
황산 마그네슘 MgSO4 5-15 10
메탄 설폰산 나트륨 염 CH3SO3H-Na <10 5
탄산나트륨+중탄산나트륨 (∼50/50 혼합물) NaHCO3 + Na2CO3 <10 <10 5 5
옥살산 이나트륨 염 Na2C2O4 <7 1.5
아세트산 나트륨 염 NaC2H3O2 10-20 15
옥사메이트 HO2CCONH2 <7 1.5
시트르산 삼나트륨 염 HOC(CH2CO2Na)2CO2Na 10-20 15
락트산 CH3CH(OH)CO2H 10-20 15
말론산 이나트륨 염 CH2(CO2Na)2 10-20 15
질산 암모늄 NH4NO3 <10 5
브롬화 나트륨 NaBr 5-15 10
불화 나트륨 NaF 10-20 15
질산 나트륨 NaNO3 5-15 10
염화 칼륨 KCl 5-15 10
이불화 암모늄 NH4HF2 15-25 20
염화 암모늄 NH4Cl 3-20 15
전해질 용매
용매 명칭 일반식 체적 비율(v/o) 범위 예시적인 체적 비율(v/o)
물 H2O
디에틸렌 글리콜 +물 CH2OHCH2OCH2CH2OH +H2O 25/75 내지 75/25 50/50
글리세롤+물 CH2OHCHOHCH2OH +H2O 25/75 내지 75/25 50/50
에틸렌 카보네이트 +물 (-CH2O)CO +H2O 25/75 내지 75/25 50/50
프로필렌 글리콜 +물 CH3CHOHCH2OH +H2O 25/75 내지 75/25 50/50
에틸렌 글리콜 C2O2H6

도 2와 도 3은 본 발명에 의해 구체화된, 전극에 대한 2개의 예시적인 형태를 나타내며, 터빈 요소로부터 금속 피막을 스트립핑시키는데 적용될 수 있다. 도 2와 도 3의 형태는 본 발명의 범주내에 있는 형태의 단순한 예시적 형태일 뿐이며, 본 발명을 어떠한 방식으로도 한정하지 않는다. 도 2와 도 3의 전극 형태는 각각 화학적으로 비선택적인 특징 및 높은 선택적 특징을 나타내는 전해질과 함께 사용하기에 적합하다.
도 2의 전극 형태의 경우, 터빈 요소(20)는 대체로 직선인 측면(21)과 볼록한 측면(22)을 갖는 형태를 포함한다. 전극(23)은 상기 측면(21)에 대체로 상보적인 형태를 갖는 측면(24)을 포함한다. 마찬가지로, 전극(25)은 터빈 요소 측면(22)에 대체로 상보적인 측면(26)을 갖는다. 따라서, 전극(23, 25)은 적어도 부분적으로 터빈 요소(20)의 주위를 둘러싼다. 전극(23, 25) 각각은 DC 전원의 한 단자에 연결되는 반면, 터빈 요소(20)는 다른 단자에 연결된다. 전류가 전극(23)과 터빈 요소(20) 사이를 통과할 때, 터빈 요소(20)의 표면은 본 발명에 의해 구체화되는 바와 같이 전기화학적으로 스트립핑된다. 도 2의 전극 형태는 전기장에 대해 높은 정도의 억제가 필요한 경우, 그다지 선택적이지 않은 전해질과 함께 사용하기에 적합하다.
도 3의 전극 형태는 터빈 요소(30)와 다수의 전극(35)을 포함한다. 다르게, 스트립핑시킬 복합 요소가 본 발명에 의해 구체화되는 바와 같은 스트립핑 시스템에 제공될 수 있다. 도 3의 터빈 요소(30)는 오목 표면(31)과 볼록 표면(32)을 포함한다. 전극(35)이 터빈 요소(30) 주위에 배치되어서 터빈 요소(30)에서 대략 균일한 전기장을 제공한다. 전극(35) 각각은 DC 전원의 한 단자에 연결되는 반면, 터빈 요소(30)는 다른 단자에 연결된다. 전류가 전극(35)과 터빈 요소(30) 사이를 통과할 때, 터빈 요소(30)의 표면은 본 발명에 의해 구체화되는 바와 같이 전기화학적으로 스트립핑된다.
본 발명에 의해 구체화되는 바와 같은 전기화학적 스트립핑 공정은 금속 피막을 터빈 요소로부터 효과적으로 제거한다. 전기화학적 스트립핑 공정은 다른 물품의 특징부, 예컨대 모재 합금, 피복된 내부 냉각 구조물, 피복된 냉각 홀 및 다른 "비-조준선" 터빈 요소 표면(그러나, 이들에 한정되는 것은 아니다)을 최소한으로 분해시키면서 금속 피막을 터빈 요소로부터 제거할 수 있다. 전기화학적 스트립핑 공정은 비독성 전해질을 사용하며, 따라서 환경 측면에서 바람직한 공정을 제공한다. 또한, 공정 변수를 적절히 조정함으로써 공정의 전기화학적 선택성을 극대화시키면서 스트립핑 속도를 조절할 수 있다.
다양한 양태가 본원에 기재되어 있으나, 요소들의 여러 조합, 변형 또는 개선이 당해 분야의 숙련자들에 의해 이루어질 수 있고 본 발명의 범주 내에 있음을 명세서로부터 알 수 있을 것이다.

Claims (38)

  1. 디에틸렌 글리콜과 물, 글리세롤과 물, 에틸렌 카보네이트와 물, 또는 프로필렌 글리콜과 물 중 하나 이상으로부터 선택된 용매 중에, 할로겐화 염, 메탄설폰산, 수산화암모늄, 염화나트륨, 황산마그네슘, 메탄 설폰산 나트륨 염, 탄산나트륨과 중탄산나트륨의 혼합물, 옥살산 이나트륨염, 아세트산 나트륨염, 옥사메이트, 시트르산 삼나트륨염, 락트산, 말론산 이나트륨염, 에틸렌 글리콜과 질산 암모늄의 혼합물, 질산 나트륨 및 이불화 암모늄 중 하나 이상으로부터 선택된 전하 운반 성분을 포함하는 전해질(3)을 제공하는 단계;
    모재 합금(parent alloy) 및 상기 모재 합금 위에 위치한 하나 이상의 피막을 포함하는 피복된 물품(6), 및 하나 이상의 전극(4, 5)을 상기 전해질에 배치하는 단계;
    상기 하나 이상의 전극과 피복된 물품 사이에 전원(10)으로부터의 전류를 인가하는 단계; 및
    모재 합금을 변형시킴이 없이 피복된 물품으로부터 하나 이상의 피막을 제거하는 단계를 포함하는,
    모재 합금을 포함하는 피복된 물품(6)으로부터 모재 합금의 변형 없이 하나 이상의 피막을 스트립핑시키기 위한 전기화학적 스트립핑 방법(electrochemical stripping process).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    전해질을 제공하는 단계가 염화암모늄 또는 염화칼륨으로부터 선택된 할로겐화 염을 제공함을 포함하는 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 1 항에 있어서,
    피복된 물품으로부터 하나 이상의 피막을 제거하는 단계가 하나 이상의 피막과 전해질을 반응시킴을 포함하고, 피막을 전해질과 반응시키는 단계가 열을 발생시키는 경우, 열을 발산시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 전극(4, 5)을 배치시키는 단계가 다수의 전극을 전해질에 배치시킴을 포함하고, 피복된 물품을 배치시키는 단계가 다수의 전극 사이에 피복된 물품을 배치시킴을 포함하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    다수의 전극을 배치시키는 단계가, 피복된 물품을 적어도 부분적으로 둘러싸는 형태로 다수의 전극을 배열함을 포함하고; 다수의 전극 사이에 피복된 물품을 배치시키는 단계가, 다수의 전극이 피복된 물품을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 피복된 물품을 다수의 전극 사이에 배치시킴을 포함하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    다수의 전극과 피복된 물품 사이에 전류를 인가시킴을 추가로 포함하고, 상기 전류에 의해 하나 이상의 피막과 전해질이 반응하여, 피복된 물품으로부터 하나 이상의 피막을 제거하는 방법.
  25. 삭제
  26. 디에틸렌 글리콜과 물, 글리세롤과 물, 에틸렌 카보네이트와 물, 또는 프로필렌 글리콜과 물 중 하나 이상으로부터 선택되는 용매 중에, 할로겐화 염, 메탄설폰산, 수산화암모늄, 염화나트륨, 황산마그네슘, 메탄 설폰산 나트륨 염, 탄산나트륨과 중탄산나트륨의 혼합물, 옥살산 이나트륨염, 아세트산 나트륨염, 옥사메이트, 시트르산 삼나트륨염, 락트산, 말론산 이나트륨염, 에틸렌 글리콜과 질산 암모늄의 혼합물, 질산 나트륨 및 이불화 암모늄 중 하나 이상으로부터 선택되는 전하 운반 성분을 포함하는 전해질(3);
    상기 전해질을 함유하는 전해질 욕 용기;
    상기 전해질에 적어도 부분적으로 담그어진 하나 이상의 전극(4,5); 및
    상기 하나 이상의 전극에 전기 접속된 직류 공급원(10)을 포함하되,
    상기 직류 공급원이 피복된 물품 및 하나 이상의 전극과 전기 접속되어 직류가 상기 전해질을 통해 상기 하나 이상의 전극과 상기 피복된 물품 사이로 흐르도록 할 수 있고, 모재 합금의 변형 없이 피복된 물품으로부터 하나 이상의 피막을 제거하도록 하는,
    모재 합금을 포함하는 물품(6)으로부터 모재 합금의 실질적인 변형 없이 하나 이상의 피막을 전기화학적으로 스트립핑시키기 위한 스트립핑 장치.
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 제 26 항에 있어서,
    직류 공급원이, 하나 이상의 피막과 하나 이상의 전극을 반응시켜 물품으로부터 하나 이상의 피막을 스트립핑시키는 직류를 물품에 인가시키는 장치.
  30. 제 1 항에 있어서,
    용매 중의 전하 운반 성분을 제공하는 단계가 용매의 5 내지 15w/o 범위의 메탄설폰산; 용매의 5 내지 15w/o 범위의 수산화암모늄; 용매의 5 내지 20w/o 범위의 염화나트륨; 용매의 5 내지 15w/o 범위의 황산마그네슘; 용매의 10w/o 미만의 메탄 설폰산 나트륨 염; 각각 용매의 10w/o 미만의 탄산나트륨과 중탄산나트륨의 혼합물; 용매의 7w/o 미만의 옥살산 이나트륨염; 용매의 10 내지 20w/o 범위의 아세트산 나트륨염; 용매의 7w/o 미만의 옥사메이트; 용매의 10 내지 20w/o 범위의 시트르산 삼나트륨염; 용매의 10 내지 20w/o 범위의 락트산; 용매의 10 내지 20w/o 범위의 말론산 이나트륨염; 용매의 10w/o 미만의 에틸렌 글리콜과 질산 암모늄의 혼합물; 용매의 5 내지 15w/o 범위의 질산 나트륨; 용매의 15 내지 25w/o 범위의 이불화 암모늄으로부터 선택된 전하 운반 성분을 제공함을 포함하는 방법.
  31. 제 1 항, 제 5 항 또는 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전해질을 제공하는 단계가 물 중 염화나트륨의 제공, 물 중 탄산나트륨과 중탄산나트륨의 혼합물의 제공, 또는 프로필렌 글리콜 중 염화나트륨의 제공을 포함하는 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    물 중 염화나트륨을 제공하는 단계가 물의 5 내지 15w/o 범위의 염화나트륨을 제공함을 포함하는 방법.
  33. 제 31 항에 있어서,
    물 중 탄산나트륨/중탄산나트륨을 제공하는 단계가 물 중 탄산나트륨과 중탄산나트륨 각각 5w/o을 제공함을 포함하는 방법.
  34. 제 17 항에 있어서,
    열을 발산시키는 단계가 전해질의 교반 및 진탕 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    교반 및 진탕 중 하나 이상의 단계가, 전해질을 제공함으로써 교반 및 진탕 중 하나 이상의 단계를 유도하거나, 또는 전해질의 교반 및 진탕 중 하나 이상을 위한 장치(11)를 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  36. 제 24 항에 있어서,
    다수의 전극과 피복된 물품 사이에 전류를 인가시키는 단계가 다수의 전극과 피복된 물품 사이에 일정한 전류를 통과시킴을 포함하는 방법.
  37. 제 26 항에 있어서,
    직류가 일정한 직류를 포함하는 장치.
  38. 제 26 항에 있어서,
    하나 이상의 피막을 제거시킴으로써 발생되는 열을 발산시키는 열 발산 장치(11)를 추가로 포함하는 장치.
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