KR20010062316A - 금속 기판내의 통로 구멍으로부터 피복물을 제거하는방법, 및 이와 관련된 제품 - Google Patents

금속 기판내의 통로 구멍으로부터 피복물을 제거하는방법, 및 이와 관련된 제품 Download PDF

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제이 엘. 차스킨, 버나드 스나이더, 아더엠. 킹
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Abstract

본 발명은 금속 기판내의 하나 이상의 구멍의 표면으로부터 피복물을 제거하기 위한 방법에 관한 것이다. 기판 또는 피복물 제거 용액을 빠르게 진탕시키면서, 상기 피복물 제거 용액으로 기판을 처리한다. 기판의 진탕은 변환기 및 결합된 도파관(waveguide)을 사용하여 수행될 수 있다. 다양한 유형의 변환기, 예를 들면 전동식 쉐이킹(shaking) 기구 또는 초음파 장치가 사용될 수 있다. 피복물 제거 용액은 통상적으로 부식성이다. 금속 기판내의 구멍으로부터 피복물을 제거하기 위해 사용되는 제품이 또한 기재되어 있다.

Description

금속 기판내의 통로 구멍으로부터 피복물을 제거하는 방법, 및 이와 관련된 제품{A METHOD FOR REMOVING A COATING FROM A PASSAGE HOLE IN A METAL SUBSTRATE, AND RELATED ARTICLES}
본 발명은 일반적으로 금속 기판으로부터 피복물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 기판내 구멍의 내부 및 주변 영역으로부터 피복물을 제거하는 방법에 관한 것이다.
고온(예를 들면, 약 1000℃ 내지 1100℃)에 노출된 금속 합금 부품은 이러한환경의 심각한 손상의 영향으로부터 보호될 필요가 있다. 터빈 엔진 부품이 이러한 하나의 예이다. 엔진 부품의 온도를 임계 수준 미만으로 유지시키기 위한 다양한 기술이 고안되었다. 한 방법은 엔진의 작동중에 비교적 차가운 공기가 도입되는 내부 냉각 채널 또는 "통로 구멍(passage hole)"을 부품에 혼입시킴을 필요로 한다. 예를 들면, 구멍은 에어호일(airfoil)의 더 차가운 표면으로부터 승온에 노출된 "고온"의 표면까지 연장될 수 있다. 냉각 공기(통상적으로 엔진의 압축기에 의해 제공됨)가 구멍을 통해 더 차가운 표면으로부터 고온의 표면으로 공급된다. 구멍이 깨끗하게 남아있는 한, 돌진하는 공기는 고온의 금속 표면의 온도를 낮추고 부품의 용융, 산화 또는 다른 열화를 방지하는데 조력한다.
또한, 고온의 부품은 특별하게 제조된 보호용 피복물에 의해 종종 피복된다. 종종 열 차단 피복물(Thermal Barrier Coating) 또는 "TBC"로서 지칭되는 이러한 피복물은 합금의 조작 온도를 효과적으로 상승시킨다. 다수의 보호용 피복물은 세라믹계이고, 예를 들면 지르코니아(지르코늄 옥사이드)와 같은 물질에 기초한다. 알루미나이드, 플라티늄 알루미나이드, MCrAlY(여기서, "M"은 통상적으로 철, 니켈 또는 코발트이다)로 형성된 피복물, 또는 유사한 유형의 금속성 피복물과 같은 피복물은 종종 개재성 결합(bond) 층 위에 도포된다. TBC와 결합 층이 산화성 환경에서 열에 노출되는 경우에, TBC와 결합 층 사이에서 알루미나의 내부층이 형성된다. (TBC와 결합 층은 종종 본원에서 "TBC 시스템"으로서 집합적으로 지칭된다).
엔진 부품 위의 보호성 피복물이 닳거나 손상되는 경우, 하부 기판이 과도한 온도에 직접 노출되면 결국 상기 부품이 파손되고 엔진의 다른 부품에도 손상을 줄수 있기 때문에, 상기 피복물은 주의 깊게 복구되어야 한다. TBC 시스템의 주기적인 분해 검사는 통상적으로 TBC의 완전 제거에 이은 새로운 TBC의 재피복 과정을 포함한다. 결합 층이 손상되는 경우, 이 또한 제거되고 교환된다. 그러나, 결합 층의 반복적인 제거는 통상적으로 부품 벽이 얇아지는 등 부품에 해로운 영향을 끼치므로 허용되지 않는다.
궁극적인 재피복을 위해 TBC 층을 제거하는데 다양한 방법이 사용되었다. 그 예로서는, 그릿 블라스팅(grit blasting), 물 분사(water-jet) 처리 및 부식성 오토클레이브 처리를 들 수 있다. 이러한 기술은 종종 TBC를 제거하는데 효과적이지만, 이를 사용하는데 있어서 몇 가지 문제점이 있다. 예를 들면, 이러한 기술은 종종 통로 구멍으로부터 TBC를 제거하지 못한다. 또한, TBC가 구멍으로부터 제거될지라도, 이러한 제거 기술 일부의 공격적인 특징으로 인해 다른 문제점이 발생할 수 있다. 예를 들면, 그릿 블라스팅은 종종 조절하기가 어렵고, TBC가 제거된 후에 결합 층에 손상을 일으킬 수 있다. 조절되지 않는 그릿 블라스팅은 또한 기판의 두께 안쪽으로 "부식시키고" 부품의 임계 치수를 변화시키면서 기판을 손상시킬 수도 있다.
산기타(D. Sangeeta)의 미국 특허 제 5,643,474 호에는, 금속 합금 부품의 표면으로부터 TBC 피복물을 제거하기 위한 습식 화학 방법이 기재되어 있다. 이 방법은 피복된 표면을 오토클레이브내에서 부식성 유기 용액으로 처리함을 포함한다. 온도, 압력 및 시간의 조건은 하부의 결합 층 또는 기판 표면을 손상시키지 않으면서 TBC를 완전하게 제거하도록 특정적으로 유지된다.
상기 산기타 특허의 방법은 평면 및 곡면으로부터 TBC를 제거하는데 매우 효과적이다. 그러나, 부품내의 냉각 통로 구멍의 내부 표면 또는 상기 구멍에 바로 인접한, 즉 구멍 "가장자리"의 부품 표면으로부터 TBC 물질을 제거하는 데에는 종종 효과적이지 않다. TBC와 결합 층 사이의 알루미나 내부층이 제거될 수도 있지만, 나머지 TBC 물질은 종종 구멍에 남아있다. 구멍의 측면에 단단히 고착될 수 있는 이러한 TBC 잔류물은 추가의 단계, 예를 들면 잔류물을 느슨하게 하는 기계적 기술에 의해 제거되어야 한다. 그러나, 이러한 추가의 단계는 방법의 전반적인 효율성을 떨어뜨릴 수 있다.
따라서, TBC와 같은 피복물을 구멍으로부터 제거하기 위한 신규한 기술은 당 기술 분야에 추가의 유용함을 제공할 것이다. 이러한 기술은 효율적이어야 하고, 노동 집약적이어서는 안된다. 상기 기술은 또한 금속 합금 표면과 상기 표면상에 잔존하는 임의의 결합 층의 일체성을 피복물 복구 단계동안 보존해야 한다.
본 발명은 금속 기판내의 하나 이상의 구멍의 표면으로부터 닳거나 손상된 보호용 피복물을 효과적으로 제거하는 방법 및 이러한 구멍으로부터 피복물을 제거하기 위해 사용되는 제품을 제공하고자 한다.
도 1은 쉐이킹 장치, 및 피복물 제거 용액을 함유하기 위한 압력 용기의 부분적인 단면도이다.
도 2는 도 1과 유사하지만 본 발명의 다른 실시형태의 일부의 도면이다.
도 3은 압력 용기 및 초음파 장치를 사용하는 본 발명의 다른 실시형태의 부분적인 단면도이다.
본 발명의 하나의 실시형태는 금속계 기판내에 위치한 하나 이상의 구멍의표면으로부터 피복물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 기판 또는 피복물 제거 용액을 빠르게 진탕시키면서, 상기 피복물 제거 용액으로 기판을 처리하는 단계를 포함한다. 기판의 진탕은 변환기 및 결합된 도파관을 사용하여 수행될 수 있다. 초음파 장치, 또는 쉐이킹 기구를 구동하는 모터와 같은 다양한 유형의 변환기 또는 동작 발생기가 사용될 수 있다.
직접 진탕 또는 간접 진탕을 제공하기 위해 변환기가 사용될 수 있다. 직접 진탕의 예는 피복물 제거 용액으로 처리하는 동시에 쉐이킹 기구를 사용하여 기판을 쉐이킹함을 포함한다. 간접 진탕 방법의 예에서는, 기판이 침지된 피복물 제거 용액에 진동 에너지가 제공된다. 진동 에너지의 공급원은 종종 하나 이상의 초음파 장치이다.
피복물 제거 용액의 조성은 피복물 자체의 조성에 따라 달라진다. 피복물이 TBC와 같은 세라믹계 물질인 경우, 피복물 제거 용액은 통상적으로 하기 상세히 기재된 바와 같은 부식성 조성물이다. 이러한 유형의 부식성 조성물은 통상적으로 염기 및 물을 포함하고, 경우에 따라 유기 화합물을 포함한다.
본 발명에 따라 처리될 기판은 종종 피복물에 의해 덮힌 일렬로 또는 다양한 배열로 늘어선 구멍을 종종 함유한다. 하기에 상세히 기재된 바와 같이, 상기 방법은 구멍 내부로부터 뿐만 아니라 기판의 둘레 표면으로부터 피복물을 제거하는데 효과적이다. 일부 실시형태에서, 기판은 피복물 제거 용액에 의해 처리된 후, 수용액중에서 초음파 처리에 의해 진탕된다(예를 들면, 압력을 가하지 않거나 피복물 제거 용액을 사용하지 않음). 이러한 추가의 초음파 처리 단계는 종종 세정되는구멍의 수를 증가시킨다.
본원에는, 구멍을 함유하는 기판상의 닳거나 손상된 피복물을 복구시키기 위한 방법이 또한 기재되어 있다. 상기 방법은 상기 기재된 처리법을 사용하고, 전반적인 복구 공정을 개선시킨다. 다른 실시형태는 결합 층과 같은 하부의 피복물을 실질적으로 제거하거나 손상시키지 않고 TBC와 같은 보호용 피복물을 제거하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본원에는 (a) 침지된 터빈 엔진 기판의 표면으로부터 피복물의 적어도 일부분을 제거할 수 있는 용액을 함유하는 압력 용기; 및 (b) 기판 또는 기판을 둘러싼 용액을 빠르게 진탕시키기 위한 수단을 포함하는 제품이 기재되어 있다. 진탕 수단은 본 발명의 다른 특징에 관한 설명과 함께 이후 명세서에 더욱 상세히 기재되어 있다.
다수의 상이한 유형의 피복물이 본 발명에 의해 구멍으로부터 제거될 수 있다. 구멍은 임의의 금속성 물질 또는 합금으로 형성된 기판 안으로 또는 기판을 통해 연장된다. 통상적으로, 기판은 고온의 환경을 위해 고안된 내열성 합금으로 형성된다. 본원에 사용된 "금속계"라는 용어는, 금속 또는 금속 합금으로 주로 형성되지만, 또한 약간의 비금속성 성분, 예를 들면 세라믹, 중간금속상, 또는 중간상을 포함할 수 있는 기판을 나타내기 위해 사용된다. 다수의 내열성 물질은 "초합금"이라 하고, 이들은 전형적으로 약 1000 내지 1150℃ 이하의 조작 온도를 갖는다. "초합금"이라는 용어는 통상적으로 철-, 코발트- 또는 니켈계 복합 합금을 포함하는 것(예를 들면, 약 40중량% 이상의 기본 금속을 함유하는 것)으로 의도되고,이는 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴, 크롬, 티탄 또는 철과 같은 하나 이상의 다른 원소를 포함한다. 초합금은 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제 5,399,313 호 및 제 4,116,723 호와 같은 다양한 참고문헌에 기재되어 있다. 예시적인 니켈계 합금은 상표명 인코넬(Inconel)R, 니모닉(Nimonic)R, 레네(Rene)R(예를 들면, 레네R80 합금, 레네R95 합금) 및 우디메트(Udimet)R가 있다. 기판의 유형은 광범위하게 다양할 수 있지만, 종종 연소기 라인 또는 연소기 돔(dome)과 같은 제트 엔진 부품, 터빈 엔진의 버킷(bucket), 노즐, 블레이드 또는 베인(vane)의 형태로 존재한다.
기판에 존재하는 구멍은 한 표면으로부터 다른 표면으로 통상적으로(항상은 아님) 연장되고, 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 대부분의 구멍은 대체로, 특히 엔진 부품의 일부에서 냉각 통로로서 사용되는 경우, 실질적으로 원형이어서, 기판의 몸체를 관통하는 원통 모양의 형태를 갖는다. 구멍의 직경은 종종 약 5mil(127μ) 내지 약 500mil(1.27cm)의 범위이다(1mil = 0.001in). 일부 실시형태에서, 직경은 약 5mil(127μ) 내지 약 100mil(0.25cm)의 범위이다. 구멍은 실질적으로 기판 표면에 대해 수직일 수 있거나, 표면에 대해 일정한 각도로 위치될 수 있다. 물론, 구멍의 배치 방향은 그의 기능에 따라 달라진다. 최종 용도의 유형에 따른 구멍의 깊이(즉, 구멍의 "길이")는 통상적으로 약 50mil(1270μ) 내지 약 700mil(1.78cm)의 범위이다.
본 발명에 따라 제거될 수 있는 피복물은 산화물계 또는 세라믹계이다. 터빈 엔진 부품의 경우, 지르코늄 옥사이드와 같은 보호용 피복물(예를 들면, TBC)이이전에 언급된 바와 같이 고온의 전체 표면에 대하여 통상적으로 도포된다. 둘 다 당분야에 잘 알려진 물리 증착법(Physical Vapor Deposition: PVD) 또는 에어 플라즈마 스프레이(Air Plasma Spray: APS)와 같은 다양한 기술이 침착을 위해 사용될 수 있다. 이트리아-안정화된 지르코니아, 칼시아-안정화된 지르코니아, 마그네시아-안정화된 지르코니아, 및 이들의 혼합물과 같은 화학적으로 안정화된 피복물이 종종 사용된다. 종종 이러한 유형의 보호용 피복물은 대부분 금속계인 개재성 결합 층 위에 도포된다. 결합 층의 예로는, 알루미늄, 백금-알루미늄, 알루미늄-니켈, 니켈-크롬-알루미늄-이트륨, 철-크롬-알루미늄-이트륨, 코발트-크롬-알루미늄-이트륨 및 니켈-코발트-크롬-알루미늄-이트륨이다. 이러한 결합 층 물질의 일부는 "MCrAlY"의 구조식을 갖고, 여기서 "M"은 통상적으로 철, 니켈, 코발트 또는 이들의 임의의 혼합물이다.
결합 층은 통상적으로 약 25μ 내지 약 500μ 범위의 두께를 갖고, 대부분 약 35μ 내지 약 300μ 범위의 두께를 갖는다. 일반적으로, TBC의 두께는 약 75 μ 내지 약 1500μ의 범위이고, 대부분 약 75μ 내지 약 500μ 범위이다. 상기 제시된 일반적인 치수내의 구멍에 대하여, 구멍의 가장자리로부터 측정되는 경우, TBC는 구멍 내부벽의 약 20mil(508μ) 이상(깊이 방향으로)을 덮는다. 더욱 빈번하게는, 피복물은 내부벽의 약 10mil(254μ) 이상을 커버한다.
상기 언급된 바와 같이, 기판을 피복물 제거 용액에 의해 처리하면서 빠르게 진탕시킬 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 진탕기는 1초당 약 35주기(즉, 35Hz) 이상의 진동수로 기판을 쉐이킹할 수 있어야 한다. 특히 바람직한 실시형태에서,진탕기는 약 50Hz 이상의 진동수로 기판을 쉐이킹할 수 있어야 한다. 또한, 일부 바람직한 실시형태에서, 진탕기는 기판을 진탕기의 움직임에 대해 고정된 위치에 부착시킬 수 있는 수단을 포함해야 한다. 이러한 방식으로 부착되는 경우, 변환기(예를 들면, 진탕기를 구동하는 모터)의 진동 에너지가 가장 효과적으로 기판에 전달된다. 기판이 쉐이킹되면서 자유롭게 뒹굴거나 구르게 되는 예에 비해, 상기와 같은 예에서 종종 더 많은 피복 물질이 제거된다.
진탕하면서 피복물 제거 용액에 의해 기판을 처리하기 위해 다양한 기술이 사용될 수 있다. 예를 들면, 다양한 유형의 스프레이 건(spray gun)을 사용하여 피복물 제거 용액을 연속적으로 기판에 분무시킬 수 있다. 단일한 스프레이 건이 사용될 수 있다. 다르게는, 한 줄의 스프레이 건이 사용될 수 있고, 진탕된 기판을 한 줄의 스프레이 건(또는 여러 줄의 스프레이 건)과 나란히 통과시키나 관통시킬 수 있다. 다른 대체 실시형태에서는, 기판을 진탕시키면서 피복물 제거 용액을 기판에 붓고 연속적으로 재순환시킨다. (이러한 대체 방법은 오토클레이브가 사용되지 않는 경우에 적합할 수 있다).
바람직한 실시형태에서, 진탕동안 기판을 피복물 제거 용액의 욕에 침지시킨다. 이러한 방식의 침지는 용액과 제거될 피복물 사이를 최대한 접촉시키는 것으로 나타난다. 대부분, 피복물 제거 용액은 압력 용기에 담긴다. 다양한 압력 용기가 사용될 수 있다. 종종 사용되는 하나이 유형은 고압 뿐만 아니라 고온을 견디도록 제조된 장치인 오토클레이브이다. 오토클레이브의 압력은 그 안에 담긴 피복물 제거 용액을 가열시키거나, 용기를 과도하게 가압하기 위한 압축된 기체의 외부 공급원을 사용함으로써 상승된다. 추가로, 압력 용기의 작동에 관한 상세한 설명은 이후에 제공된다.
피복물 제거 용액의 종류은 제거될 피복물의 종류에 따라 달라진다. 용액은 기판을 손상시키지 않고 피복물을 제거할 수 있어야 한다. (본원에 사용된 "용액"이라는 용어는 산 또는 염기와 같은 단일한 성분의 액체 또는 성분들의 액체 "혼합물" 뿐만 아니라 화학적 정의에 따른 순수한 용액을 포함하는 것으로 의미된다. 단순함을 위하여, 제거하는 물질은 이후에 "용액"으로서 지칭된다.)
피복물 제거 조성물은 바람직하게는 부식성 용액이다. 다양한 부식성의 수용액 또는 비수용액이 사용될 수 있다. 이들중 일부는 미국 특허 제 5,643,474 호 및 1998년 12월 15일자로 카르티어(T. Cartier)에 의해 출원된 미국 특허원 제 09/211,484 호(대리인 도켓 번호 RD-26,416)에 기재되어 있다. 상기 참고문헌 둘 다는 본원에 참고로 인용된다. 부식성 용액의 다수는 유기물이고, 물과 염기성 화합물(예를 들면, 수산화물 염기)의 혼합물을 포함한다.
염기성 화합물의 예는 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 암모늄, 트리에틸아민, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 및 수산화 리튬을 포함한다. 이러한 화합물 둘 이상을 포함하는 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 통상적인 계면활성제 및 킬레이트와 같이, 표면 장력을 감소시키는 다양한 다른 첨가물이 부식성 용액에 존재할 수 있다.
부식성 용액중 염기 대 물의 중량비는 약 30:70 내지 약 45:55의 범위일 수 있다. 부식성 용액중 염기의 전체 농도는 부식성 용액의 총중량을 기준으로 매우묽은 농도(예: 약 1중량%)에서부터 매우 진한 농도(예: 약 65중량%)의 범위일 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태에서, 부식성 용액은 추가로 유기 화합물을 포함한다. 유기 화합물은 통상적으로 용액의 표면 장력을 감소시키는 것이다. 이러한 유기 화합물의 예는 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 이소프로필 알콜과 같은 알콜; 뿐만 아니라 아세톤, 액체 이산화탄소 또는 액체 암모니아와 같은 다른 화합물을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이들 화합물의 임의의 둘 이상의 혼합물도 사용될 수 있다. 유기 화합물의 양은 제거될 피복물의 종류 및 두께; 뿐만 아니라 기판의 크기 및 압력 용기의 크기와 같은 다양한 인자에 따라 달라진다. (당업자들은 물론 유기 화합물이 종종 테트라메틸암모늄 하이드록사이드와 같은 염기성 화합물일 수 있음을 이해한다. 이러한 경우, 추가의 유기 화합물이 이러한 실시형태를 위해 고려된다.)
상기 언급된 세 가지 성분을 포함하는 부식성 용액에 있어서, 염기는 통상적으로 약 1중량% 내지 약 65중량%의 수준으로 존재하고; 물은 약 1중량% 내지 약 80중량%의 수준으로 존재하며; 유기 화합물은 약 1중량% 내지 약 98중량%의 수준으로 존재한다. 일부 바람직한 실시형태에서, 염기는 약 10중량% 내지 약 25중량%의 수준으로 존재하고; 물은 약 15중량% 내지 약 30중량%의 수준으로 존재하며; 유기 화합물은 약 45중량% 내지 약 75중량%의 수준으로 존재한다. 물, 염기 및 유기 화합물의 상대적인 양의 조절은 기판 표면 및 구멍 표면으로부터 피복물을 제거하는데 미치는 특정한 혼합물의 영향을 관측함으로써 이루어질 수 있다.
하나의 실시형태에 따라, 직접 진탕이 사용된다. 다시 말해서, 기판은 하기 기재된 바와 같은 진탕 장치[예: 진동 축(shaft) 또는 새장 형상의 울타리]와 물리적으로 접촉된다. 도 1은 직접 진탕 단계를 수행하기 위한 예시적인 장치를 나타낸다. 압력 용기(10)는 피복물 제거 용액(12)을 담고 가둔다. 바람직한 실시형태에서, 용기(10)는 상기 언급된 바와 같이 오토클레이브이다. 왕복운동 축(14)은 용기의 바닥(16)에서 개구부를 통해 용기(10) 안으로 연장된다. 다르게는, 왕복운동 축은 다른 위치, 예를 들면 용기의 측면에서 개구부를 통해 용기(10)로 연장될 수 있다.
축(14)은 용기의 바닥(16)에 붙어있는 축 틀(housing)(18)에 의해 부분적으로 둘러싸인다. 축의 실(seal) 요소(20)는 축 틀(18)내에 설치되고, 축의 작동시 임의의 피복물 제거 용액(12)의 누출을 방지한다. 실은 통상적으로 고무, 실리콘, 테플론(Teflon)R물질 등으로 형성된 가요성 물질이다. (다양한 종류의 실이 사용될 수 있다. 예를 들면, 다른 실시형태에 대해 하기 기재된 바와 같은 벨로스(bellows) 실이 도 1에 나타낸 실 요소 대신 사용될 수 있다.) 왕복운동 축(14)은 변환기의 "도파관"으로 간주될 수 있다. 축의 상부 말단(22)은 "도파관의 종점"으로서 생각될 수 있다.
축(14)의 상부 말단(22)은 기판(26)을 유지시키기 위한 지지 수단(24)을 포함한다. 다양한 유형의 지지 수단이 가능하다. 예로서, 지지 수단(24)은 받침대 또는 집게일 수 있다. 다르게는, 바구니 또는 새장 형태의 울타리일 수 있다. 울타리의 개구부는 부식성 용액이 자유롭게 그것을 통해 유동할 수 있기에 충분히 크지만, 기판이 울타리를 벗어나지 않도록 유지하기에 충분히 작다. 기판은 새장 형태의 울타리에 놓여서 진탕 동안 자유롭게 뒹굴수 있다. 용기를 피복물 제거 용액으로 채우기 전에, 제거할 수 있는 덮개(28)를 개방함으로써, 기판을 압력 용기(10)로 삽입할 수 있고 적절히 위치시키나 부착할 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 지지 수단은 쉐이킹되는 동안 도파관의 움직임에 대해 기판을 고정된 위치에 유지시킬 수 있어야 한다. 도 2는 기판을 고정되게 지지하는 하나의 수단을 나타낸다. (도 2는 지지 수단을 제외하면 모든 면에서 도 1과 동일함을 나타낸다). 도 2에서, 지지 수단(25)은 축(27)의 상부 말단에 부착된 쇠격자(grate)이다. 기판(29)은, 예를 들면 축에 볼트로 죄어지거나 집게로 고정될 수 있다. (볼트 또는 집게는 기판의 표면으로부터 제거될 임의의 피복물을 덮지 않아야 한다). 축의 말단에 기판을 고정되게 부착시키는 다른 기술이 또한 가능하고, 이는 당업자에게는 명백할 것이다.
도 1의 개관으로 돌아가서, 축의 하부 말단, 즉 "축 기반"(30)은 캠 종동부(cam follower)(32)에 움직일 수 있게 부착된다. 캠 종동부(32)는 하기에 기재된 바와 같이 캠(34)과 접촉하고 캠이 스스로 회전하는 동안 캠에 기대어 회전하는 베어링(bearing)의 한 종류이다. 미리 탑재된 스프링(36)은 캠(34)의 표면에 접촉하는 캡 종동부(32)를 위한 압력 바이어스(bias)를 제공하여, 캠이 회전할 때 두 개의 요소가 서로 접촉되어 있도록 한다. [오토클레이브와 같은 압력 용기(10)의 작동시 발생하는 압력은 축(14)으로 전달되고, 또한 요소(32 및 34)들 사이에압력 바이어스를 제공하는 작용을 한다].
캠(34)은, 축(14)에 왕복운동 또는 "진동" 동작을 부여하면서 이러한 부품에 대한 통상적인 방식으로 작동된다. 캠은 통상적으로 볼 베어링(40)에 의해 캠 기반(38)에 지지된다. 캠 축(42)은 캠(34)의 평면 중심(또는 평면 중심의 근방)을 통해 연장된다. 캠 축은 축 커플링(46)을 경유하여 구동 축(44)에 부착된다. (캠 축을 구동 축과 연결하기 위한 다른 수단은 당업자에게 명백할 것이다). 구동 축(44)은 구동 모터(48)로부터 연장되고, 구동 모터의 작용에 의해 통상적인 방식으로 회전한다. 왕복운동 축의 목적하는 운동을 위해 필요로 하는 동력(예: 1/10 내지 1/2마력)을 제공하기만 한다면, 매우 다양한 모터가 사용될 수 있다. 구동 모터, 구동 축, 축 커플링, 캠 축, 캠 및 캠 종동부의 조립체는 본 실시형태에서 필요한 진동 동작을 생성시키는 "변환기"로서 간주될 수 있다. 전체 기구는 통상적으로 적합하고 견고한 플랫폼(platform)(50)에 탑재된다.
기판을 압력 용기(10) 내부에 지지 수단(24)에 의해 위치시킨 후에, 적합한 종류의 피복물 제거 용액을 용기에 도입시킬 수 있다. 구동 모터(48)가 켜지는 경우, 회전하는 구동 축(44)이 캠 축(42)을 회전시키고, 결과적으로 캠(34)이 회전한다. 캠의 회전으로 인해 왕복운동 축(14)에 의한 왕복운동 작용이 발생한다. 왕복운동 축(14)의 움직임은 압력 용기(10) 내부에서 기판(26)의 빠른 진탕을 가져온다. 구동 모터에 대한 적합한 속도를 선택하면, 목적하는 수준의 진탕이 이루어진다. 진탕의 지속은 본원에서 논의된 다양한 인자에 따라 달라진다. 약 0.5L 내지 약 10L 크기를 갖는 압력 용기에 대하여, 진탄 시간은 통상적으로 약 5분 내지 약10시간의 범위이다.
압력 용기 내부의 온도 및 압력 수준 뿐만 아니라 처리 시간은 다양할 수 있다. 이러한 변수를 선택하는데 고려되는 인자의 일부는, 제거될 피복물의 양 및 종류; 용기의 처리 용량; 및 사용되는 부식성 용액의 특정한 종류를 들 수 있다. 예로서, 용기의 압력은 약 100psig 내지 약 3000psig의 범위일 수 있다. 온도는 통상적으로 약 175℃ 내지 약 300℃의 범위이나, 약 150℃만큼 낮을 수 있다. 보다 높은 압력 및 온도가 사용되어 보다 짧은 공정 시간을 수득할 수 있다. 다른 대안으로서, 피복물 제거 용액의 온도를 증가시키면서, 처리를 0의 압력에서 개시할 수 있다. 온도가 상승하면, 용액의 증기압이 증가되기 때문에 용기 내에서 압력이 증가된다.
직접 진탕의 다른 수단이 또한 사용될 수 있다. 일반적으로, 이러한 기구는 약 35Hz 이상과 같은 목적하는 진동수에서 기판을 쉐이킹할 수 있어야 한다. 또한, 기판의 진탕이 다양한 유형의 동작을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들면, 이러한 동작은 종방향일 수 있고, 이 때 축은 기판을 상하로 또는 약간 다른 진동 동작으로 반복적으로 움직이게 한다. 다르게는, 진동하면서 꼬는 동작과 같은 동작은 비트는 것일 수 있다. 다른 대안으로서, 동작은 측방향일 수 있다. 예를 들면, 기판은 지레처럼 움직이는 축의 말단에서 전후방으로 "요동"할 수 있다. 더욱 구체적으로는, 지레의 지점(支點)이 도 1에 나타낸 바와 같은 압력 용기의 개구부에 위치될 수 있고, 지레의 반대 말단(압력 용기의 외부)이 움직여서 요구되는 진탕을 제공할 수 있다. 진탕되는 기판을 위한 특정한 유형의 동작의 선택은 본원에 논의된 다양한 인자, 예를 들면 기판의 종류; 기판의 구멍으로부터 제거될 피복물의 종류; 및 주어진 상황에서 가능한 장치에 따라 달라진다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 기판은 간접 진탕된다. 일반적으로, 이러한 실시형태는 기판을 둘러싸는 화학 용액의 진탕을 포함하고, 이로 인해 기판이 통상적으로(필연적인 것은 아님) 진동하는 동작으로 움직이게 된다. 초음파 기술이 종종 이러한 실시형태에 매우 유용하다. 초음파 기술은 당분야에 공지되어 있고, 예를 들면, 본원에 참고로 인용된 문헌[Kirk-Othmer's Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd Edition, Vol. 23, pp. 462-469; The New Encyclopedia Britannica, Vol. 27, pages 573 이하 참조; 및 Encyclopedia Americana, Vol. 27, 353 이하 참조]에 기재되어 있다. 이러한 기술은 초음파 진동을 생성시키는 변환기를 통상적으로 포함하는 초음파 장치를 전형적으로 사용한다. 공기의 작용으로 또는 수압으로 구동되는 것과 같은 기계적 변환기가 사용될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 전기기계식 변환기가 사용된다. 압전성(piezoelectric) 장치 및 자기 변형성(magnetostrictive) 장치를 들 수 있다. 하나의 특정한 예로서, 결정에 적용된 진동 전기장을 기계적 진동으로 변환시키는 압전성 장치가 사용된다. 변환기에 부착된 도파관 또는 "혼(horn)"은 통상적으로 내부식성 물질로 이루어진다. (실제로는, 피복물 제거 용액과 접촉되는 일부분의 도파관만이 통상적으로 이러한 물질로 형성될 필요가 있다.) 적합한 내부식성 물질의 예는 인코넬R또는 모넬(Monel)R과 같은 니켈계 합금 또는 니켈-구리계합금이다. 도파관은 원주형 막대 또는 테이퍼(taperd) 원주형 막대와 같은 다양한 형태일 수 있다.
본 발명의 하나의 실시형태에서, 예컨대 변환기, 도파관 및 도파관의 종점과 같은 전체 초음파 장치는 압력 용기내에 위치될 수 있다. 예를 들면, 상기 장치는 용기의 내부 벽에 또는 피복물 제거 용액내의 약간 다른 위치에 부착될 수 있다. 임의의 전기적 부속물을 포함하는 장치는 약 150℃ 이상의 작동 온도를 견딜 수 있고 용기내의 부식성 환경을 견딜 수 있는 물질로 이루어져야 한다.
더욱 바람직한 실시형태에서, 변환기 및 도파관의 적어도 일부분은 압력 용기의 외부에 위치되지만, 도파관의 종점은 압력 용기 내부에 놓이게 된다. 도파관은 용기에서 적합한 개구부를 통해 연장된다.
도 3은 초음파 장치를 사용하는 간접 진탕을 수행하기 위한 예시적인 장치를 단순화된 형태로 나타낸다. 바람직하게는 오토클레이브인 압력 용기(60)는 도 1에서와 같이 피복물 제거 용액(62)을 담고 가둔다. 플랫폼(64)은 지지 수단(68)을 통해 기판(66)을 유지시킨다. (바구니 또는 새장 형태의 울타리가 또한 사용되어 기판을 보유할 수 있다.) 압력 용기에 기판을 위치시키는 다른 수단이 대신 사용될 수 있다. 예를 들면, 기판은 압력 용기의 내부 표면 또는 덮개로부터 연장되는 받침대에 의해 유지될 수 있다.
도파관(70)은 용기의 개구부(72)로 연장되고, 도파관 종점(74)을 포함한다. 압력 용기(60)내의 도파관 종점의 위치는, 용기 내의 기판의 위치 뿐만 아니라 초음파에 관련된 사항(예: 진동수 및 진폭)과 같은 다양한 인자에 따라 달라진다.종점(74)의 반대쪽인 도파관(70)의 말단부는 통상적으로 초음파 변환기(75)에 직접 연결된다. 도파관은 압력 용기의 바닥을 통해 연장되어야 할 필요는 없다. 예를 들면, 도파관은 용기의 측면과 같은 다른 위치의 개구부를 통해 용기 안으로 연장될 수 있다.
벨로스 실(76)이 용기의 개구부(72)를 밀봉시키기 위해 사용되어 피복물 제거 용액(62) 또는 관련된 증기가 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 이러한 유형의 실은 일반적으로 당분야에 공지되어 있고, 인코넬R합금, 모넬R합금 또는 스테인레스강과 같은 가요성 물질의 동심형의 실질적으로 원통형인 부분으로부터 통상적으로 형성된다. 통상적으로, 동심형 부분은 예컨대 약 2.2cm(7/8in)의 비교적 작은 직경과 약 2.86cm(1 1/8in)의 비교적 큰 직경 사이에서 교대되는 직경으로 변화된다. 벨로스 실의 구조는 그의 길이가 확장되거나 수축되어 변환기 및 도파관의 동작을 수용하게 된다. 벨로스 실의 개구부는, 예를 들면 용접 부위(78)에서 용접함으로써 용기의 개구부에 기계적으로 부착된다. 상기 실의 다른 부분은 도 3에 나타낸 바와 같이 용접 부위(80)에서 용접함으로써 도파관의 표면에 부착된다.
벨로스 실이 대부분 바람직하지만, 진동하는 도파관과 용기 개구부 사이에 밀봉을 제공하는 다른 수단이 또한 가능하다. 예로서, 이전의 실시형태와 관련하여 기재된 바와 같은, 고무, 실리콘 또는 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 물질로부터 제조된 가요성 실의 다른 유형이 사용될 수 있다. 실은, 초음파 장치의 작동에 악영향을 미치는 상당한 임의의 댐핑(damping) 영향을 주지 않고 진동 요소가자유롭게 진동하도록 해야한다.
상기 기재된 바와 같이, 피복물 제거 용액(62)의 온도는 압력 용기의 작동시 통상적으로 매우 높다. 결국, 변환기가 과열되지 않도록 도파관은 냉각되어야만 할 수도 있다. 당업자들은 도파관의 냉각을 위한 기술에 친숙하다. 하나의 예로서, 냉각재가 순환하는 가요성의 냉각 코일이 도파관 주변에 감길 수 있다. (냉각 코일이 진동하는 도파관에 대해 갖는 임의의 댐핑 영향은 변환기(75)의 작동 변수의 조정에 의해 보상될 수 있다.)
초음파 장치의 작동에 관한 다수의 다른 세부사항은 당분야에 공지되어 있다. 상기 초음파 장치는 목적하는 양의 진탕을 기판에 제공하기에 충분한 진동수로 작동한다. 통상적으로, 진동수는 약 10kHz 내지 약 100kHz의 범위이다. 초음파 탱크내의 음파는 세정 용액의 진탕 및 효율성을 개선시킬 수 있는 캐비테이션(cavitation) 효과를 생성시킬 수 있다. 변환기, 진동 요소 및 작동 변수(예: 진동수 및 진탕의 지속 시간)의 가장 적합한 유형의 선택은 샘플 내부의 구멍으로부터 피복물의 제거를 필요로 하는 시험 샘플을 평가함으로써 이루어질 수 있다. 또한, 초음파 변수(뿐만 아니라 임의의 유형의 진탕에 대한 변수)들의 조절은 사용되는 피복물 제거 용액의 종류에 영향을 받는다. 통상적으로, 초음파 진탕은 약 5분 내지 약 10시간 동안 수행된다.
하나 이상의 초음파 장치가 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 각 장치는 압력 용기내의 자체의 개구부를 통해 피복물 제거 용액 안으로 연장될 수 있다. 다중의 진동 요소의 위치 및 운동(예: 진동수 및 배치 방향)은 그의 캐비테이션 또는세정 효과를 최대화 시키도록 조화될 수 있다. 다양한 장치의 조화는 압력 용기 내부의 용액의 모든 영역에서 일정한 초음파 에너지 밀도를 보장하는 데에 도움이 된다.
다르게는, 사용되는 진탕 기구가 약 35Hz 이상의 목적하는 진동수로 기판을 쉐이킹할 수 있는 한, 다른 간접 진탕의 수단이 사용될 수 있다. 하나의 예로서, 압력 용기는 하기 실시예에 기재된 바와 같이 진동 테이블 위에 놓일 수 있다. 테이블의 진동은 기판이 침지된 화학 용액의 필요한 진탕을 제공한다. 당업자라면 본원에서 논의된 다양한 인자를 기초로 가장 적합한 진동 테이블(및 그의 작동 변수)을 선택할 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태에서, 기판이 피복물 제거 용액으로 처리되면서 빠르게 진탕된 후에, 추가의 초음파 처리 단계가 수행된다. 하나의 예로서, 오토클레이브내의 피복물 제거 용액에서 진탕된 기판(이전에 기재된 바와 같음)은 이어서 오토클레이브에서 제거되어 물로 헹구어 질 수 있다. 이어서, 기판은 물 또는 다른 적합한 액체 또는 용액에 침지될 수 있다. 침지는 통상적인 초음파 장치(예를 들면, 이전에 언급된 장치 또는 하기 실시예에 기재된 장치)를 수용시킬 수 있는 적합한 용기에서 수행된다.
초음파 장치는 압력 용기에서 사용된 초음파 장치에 대해 상기 기재된 진동수, 즉 약 10kHz 내지 약 100kHz에서 통상적으로 작동된다. 초음파 처리의 지속 시간은 이전 단계에서 제거되지 않은 피복물의 양, 및 기판의 크기와 형태와 같은 다양한 인자에 따라 달라진다. 통상적으로, 상기 시간은 약 5분 내지 약 10시간의범위이다. 일부 예에서, 이러한 추가의 초음파 단계는 세정되는 구멍의 수를 증가시키고, 즉 피복물은 만족스럽게 제거된다. 이러한 단계는 임의의 진탕의 직접 또는 간접 방법이 완결된 후, 예를 들면 피복물 제거 용액내에서의 처리 동안 쉐이킹 장치 또는 초음파 장치를 사용한 후에 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는, (a) 침지된 터빈 엔진 기판의 표면으로부터 피복물의 적어도 일부를 제거할 수 있는 용액을 함유하는 압력 용기; 및 (b) 기판 또는 기판을 둘러싼 용액을 빠르게 진탕시키기 위한 수단을 포함하는 기구에 관한 것이다.
이전에 기재된 바와 같이, 진탕 수단은 기계적 쉐이킹 장치 또는 초음파 장치일 수 있고, 압력 용기는 통상적으로 오토클레이브이다. 기판은 종종 항공기 엔진 또는 육상용 터빈과 같은 터빈 엔진의 일부이다. 이전에 기재된 바와 같이, 이러한 기판은 통로 구멍을 함유하고, 이로부터 이트리아-안정화된 지르코니아와 같은 열 차단 피복물이 종종 제거되어야 한다. 이러한 예에서, 피복물 제거 용액은 통상적으로 부식성 조성물이다.
하기 예는 단지 예시하기 위한 것이고, 청구된 발명의 범주에 대한 어떠한 종류의 제한으로서 해석되어서는 않된다.
실시예
실시예 1
본 실시예에는 피복물 제거 용액에 의한 처리 동안 기판의 직접 진탕을 포함하는 본 발명의 실시형태가 기재되어 있다. 이러한 예에서, 각 기판은 니켈계 초합금으로부터 형성된 에어호일이었다. 기판을 그릿 블라스팅시키고, 이어서 결합 피복물(즉, "결합 층")을 도포하였다. 결합 피복물은 샘플에 따라서, 하나의 팩(pack)의 백금-알루미나이드 피복물 또는 증기-팩의 백금-알루미나이드 피복물이었고, 약 25μ 내지 약 75μ 범위의 평균 두께를 가졌다. 다수의 시험적인 실험에서, 결합 피복물 침착 기술에서의 차이점은 본 실시예의 결과에 대한 임의의 영향을 갖는 것으로 나타나지 않았다. 표준 PVD 장치를 사용하여 TBC를 결합 피복물 위에 도포하였다. TBC의 평균 두께는 약 100 내지 180μ의 범위였다.
기판은 그의 두께를 통해 연장하는 다수의 일렬로 늘어선 구멍을 함유하였다. 구멍은 약 0.51mm의 평균 직경을 가졌다. 대부분의 구멍은, 이들의 일부가 실질적으로 기판 표면에 대해 수직임에도 불구하고, 기판의 표면에 대해, 예를 들면 약 20도의 각으로 기울어졌다.
NaOH 20g, 물 20g 및 에탄올 60g을 함유하는 부식성 용액을 교반시켜 투명한 용액을 생성시켰다. 용액을 기판과 함께 0.5L들이 모넬R오토클레이브에 부었다. 이어서, 오토클레이브를 질소로 밀봉시키고, 1000psig로 가압하였다. 기구를 1시간 후에 점검하여 압력이 떨어지지 않음을 확인하였다. 이어서, 오토클레이브를 1기압으로 감압하였다. 온도를 250℃로 상승시켰고, 이로 인해 압력이 1000psig로 상승하였다.
목적하는 온도 및 압력 수준에 다다른 경우, 오토클레이브의 진탕을 개시하였다. FMC 신트론(Syntron)(모델 J-50-8)에서 시판중인 진동 테이블을 사용하여 진탕을 수행하였다. 진동 테이블은 전출력(최대 전류 4amp) 및 60Hz에서 작동하였다. 진탕을 60분 동안 수행하였다. 오토클레이브를 냉각시킨 후에, 압력을 감소시키고, 샘플을 제거하였다. 이어서, 한 세트의 샘플을 물로 세정한 후, 이소프로필 알콜로 세정하였다. 다른 세트의 샘플을 산으로 중화시켜 잔류하는 수산화 나트륨을 제거하였다.
상기 기재된 방법은 기판내의 실질적으로 다수인 구멍으로부터 모든 TBC 물질을 제거하였다. 세정된 구멍의 수는 약 20% 내지 50%이었다. (이렇게 방법의 효율성은 부분적으로 다소 변화된다.)
기판 및 결합 피복물은 선행 기술의 방법과 달리 상기 방법에 의해 어떠한 방식으로도 손상되지 않았다. 또한, 에어호일의 다른 표면(예: 구멍 위의 표면상)으로부터의 TBC 물질도 성공적으로 제거하였다.
실시예 2
본 실시예는 도 1의 장치와 실질적으로 동일한 전동식의 캠 기구에 의해 진탕이 제공됨을 제외하고는 실시예 1과 동일하였다. 또한, 1갤론 크기(3.785L)의 오토클레이브를 사용하였고, 부식성 용액의 성분을 비례적으로 늘렸다. 캠을 다섯 개의 로브(lobe)를 갖도록 고안하여, 약 120Hz의 진동수 이하로 10mil의 수직 운동을 제공하였다. 다수의 샘플을 시험하였다. 상기 샘플은 동일한 종류(및 유사한 두께)의 결합 피복물 및 TBC로 피복되고 실시예 1에서 사용된 동일한 종류의 Ni계 에어호일이었다. 결과를 표 1에 나타냈다.
샘플번호* 샘플위치 온도(℃) 압력(psig) 시간(분) 진동수(Hz) 결과
1 진탕 축에 부착된 메시(mesh)의 상부에 풀어놓음 250 996 30 30 구멍이 전혀 세정되지 않음
2 진탕 축에 부착됨 250 1000 40 40 구멍의 17%가 세정됨
3 샘플 2와 동일한 블레이드, 동일한 위치 220 600 15 80 구멍의 47%가 세정됨
4 진탕 축에 부착됨 250 1046 120 60 구멍의 5%가 세정됨
5 진탕 축에 부착된 강철 비이커에 풀어놓음 200 425 30 40 구멍의 33%가 세정됨a
6 진탕 축에 부착된 메쉬의 상부에 풀어놓음 250 1037 60 60 구멍이 전혀 세정되지 않음
7 와이어에 의해 메쉬(축에 볼트로 죄어짐)의 바닥에 부착됨 250 1104 120 60 구멍의 70%가 세정됨a
8 메쉬의 상부에 풀어놓음 250 1104 120 60 구멍의 23%가 세정됨
*각 샘플의 중량: 샘플 1: 275g; 샘플 2(샘플 3과 동일): 75g; 샘플 4: 275g; 샘플 5: 75g; 샘플 6:>300g; 샘플 7: 75g; 샘플 8: 75g.(a) 잔류 TBC가 구멍의 깊은 곳, 즉 상부로부터 약 1mm 이상의 깊은 곳에 남았다.
상기 결과는 본 발명이 금속 기판의 구멍으로부터 TBC-유형의 물질을 성공적으로 제거할 수 있음을 증명한다. 진탕 축에 기판을 단단히 부착시키면 보다 큰 비율의 구멍이 세정되었다. 기판 또는 결합 피복물에 대한 손상의 증거는 관측되지 않았다.
실시예 1에 기재된 바와 같이, 세정되는 구멍의 백분율은 다소 부분적으로 편차가 있었다. 이러한 편차는 부분적으로 기판의 크기 및 중량에 의한 것일 수 있다. 또한, 이러한 편차는 TBC 물질이 기판에 초기에 적용되는 방식, 및/또는 항공기 엔진 또는 육상용 터빈 엔진으로서 사용되는 동안 기판의 열 "이력"으로부터 초래될 수도 있다.
다른 비교에서, 구멍을 함유하는 니켈계 기판이 다시 사용되었다. 구멍을 결합 피복물 및 TBC 물질로 피복하였다. 기판을 약 250℃의 온도 및 약 900 내지 1000psig의 압력으로 유지된 부식성 제거 용액에서 처리하였다. 이 예에서는, 진탕을 하지 않았다. 평균적으로, 구멍의 약 19%가 세정되었다.
실시예 3
다른 실험에서, 니켈계 기판(실시예 1에서와 같이 결합 피복물 및 TBC 물질로 피복된 구멍을 함유)을 진탕시키지 않고 우선 부식성의 제거 용액에서 처리하였다. 이러한 처리를 약 30 내지 60분 동안, 약 250℃의 온도에서 수행하였다. 이 단계에 이어서, 물중에서 상기 부분을 실온에서 진탕시켰다. TBC 물질은 이러한 두 단계의 방법에서 구멍으로부터 제거되지 않았다. 진탕을 위한 욕의 온도를 250℃로 상승시켰을 때, TBC는 여전히 구멍으로부터 제거되지 않았다.
실시예 4
다른 세트의 니켈계 기판(상기 기재된 결합 피복물 및 TBC 물질로 피복된 구멍을 함유함)을 실시예 2에 따른 제 1 단계에서 개별적으로 처리하였고, 즉 이들을 오토클레이브에서 피복물 제거 용액중에서 진탕시켰다. 실시예 1에 언급된 진동 테이블을 사용하여 진탕을 수행하였다.
제 2 단계에서, 각 기판을 오토클레이브로부터 제거하고 물로 헹구었다. 이어서, 기판을 스테인레스강 비이커(약 1200mL들이의 크기)내의 탈이온수에 개별적으로 침지시켰다. 또한, 초음파 혼을 액체에 침지시켰다. 혼은 히트 시스템즈 울트라소닉스(Heat Systems Ultrasonics)에서 시판중인 모델 W-370으로 선정하였다.상기 혼은 비이커의 바닥으로부터 약 2.54cm(1in) 및 기판으로부터 약 3.8cm(1.5in)에 위치한 표준의 테이퍼 팁(tip)을 가졌다. 혼은 약 375W의 평균 출력을 제공하였다. 상기 혼을 5분 동안 약 20kHz(최대 세기)에서 작동시켰다.
초음파 단계 이후에, 세정된 구멍의 백분율은 약 50% 내지 약 90%의 범위였다. 따라서, 일부 실시형태에서는, 통상적인 초음파의 추가 단계가 구멍으로부터 TBC 물질의 제거를 개선시켰다.
본 발명은 바람직한 실시형태의 일부에 의해 나타내고 기재되었다. 그러나, 본원의 청구된 발명의 취지 및 범주를 벗어나지 않고, 그의 형태 및 세부사항에서의 다양한 변경이 수행될 수 있음을 당업자들은 이해할 것이다.
상기 언급된 모든 특허, 논문 및 문헌들은 본원에 모두 참고로 인용된다.
본 발명에 따라, 금속 기판 또는 상기 기판을 둘러싼 용액을 빠르게 진탕시키면서 피복물 제거 용액으로 기판을 처리함으로써, 종래에는 제거가 용이하지 않았던 상기 기판내의 하나 이상의 구멍의 표면으로부터의 열 차단 피복물을 성공적으로 제거할 수 있다.

Claims (41)

  1. 금속계 기판(26) 또는 피복물 제거 용액(12)을 빠르게 진탕시키면서 상기 용액(12)으로 상기 기판(26)을 처리하는 단계를 포함하는, 상기 기판(26)내에 위치하는 하나 이상의 구멍의 표면으로부터 피복물을 제거하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    약 35Hz 이상의 쉐이킹(shaking) 진동수로 기판(26)을 쉐이킹함으로써 진탕시키는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    약 50Hz 이상의 쉐이킹 진동수로 기판(26)을 쉐이킹함으로써 진탕시키는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    기판(26)을 진탕 장치에 단단히 부착시키는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    피복물 제거 용액(12)에 침지되어 있는 기판을 진탕시키는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    피복물 제거 용액(12)이 압력 용기(10)에 담기는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    압력 용기(10)가 오토클레이브인 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    압력 용기(10)에서 유지되는 압력이 약 100psig 내지 약 3000psig의 범위인 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    압력 용기(10)의 온도가 약 150℃ 이상인 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    기판(26)을 진탕시키는 시간이 약 5분 내지 약 10시간의 범위인 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    기판(26)이 침지된 피복물 제거 용액(12)에 진동 에너지를 제공함으로써 상기 기판(26)을 진탕시키는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    진동 에너지의 공급원이 하나 이상의 초음파 장치인 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    초음파 장치가 피복물 제거 용액(62)에서 약 10kHz 내지 약 100kHz의 초음파를 생성시키는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    초음파 장치가 압전성(piezoelectric) 변환기 또는 자기 변형성(magnetostrictive) 변환기(75)를 포함하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    피복물이 세라믹계인 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    세라믹계 피복물이 지르코니아를 포함하는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    세라믹계 피복물이 이트리아 안정화된 지르코니아, 칼시아 안정화된 지르코니아, 마그네시아 안정화된 지르코니아 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 화학적으로 안정화된 지르코니아계 피복물인 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    피복물 제거 용액(12)이 부식성 용액인 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    부식성 조성물이 물 및 염기성 화합물을 포함하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    부식성 용액이 유기 화합물을 추가로 포함하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    유기 화합물이 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로필 알콜, 아세톤, 액체 이산화탄소, 액체 암모니아 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 용매인 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    염기성 화합물이 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 리튬, 수산화 암모늄, 트리에틸아민, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물인 방법.
  23. 제 1 항에 있어서,
    기판(26)을 피복물 제거 용액(12)으로 처리한 후에, 액체에서 초음파로 진탕시키는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    초음파 진탕을 약 10kHz 내지 약 100kHz 범위의 진동수에서 수행하는 방법.
  25. 제 1 항에 있어서,
    기판(26)이 일렬로 늘어서거나 패턴화된 구멍을 갖는 방법.
  26. 제 1 항에 있어서,
    결합(bond) 층을 기판(26)과 피복물 사이에 배치시키는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    결합 층을 제거하거나 손상시키지 않고 피복물을 제거하는 방법.
  28. 제 1 항에 있어서,
    금속계 기판(26)이 초합금인 방법.
  29. 제 1 항에 있어서,
    금속계 기판(26)이 터빈 엔진의 부품인 방법.
  30. (a) 압력 용기내에서 피복물 제거 용액에 침지된 금속계 기판(26)을 빠르게 진탕시키는 단계; 및 (b) 수용액에서 상기 기판(26)을 초음파로 진탕시키는 단계를 포함하는,
    상기 기판(26)내에 위치하는 하나 이상의 구멍의 표면으로부터 피복물을 제거하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    기판(26)을 쉐이킹 장치의 쉐이킹 요소(14 및 22)에 단단히 부착시킨 상태에서, 쉐이킹 장치에 의해 약 35Hz 이상의 쉐이킹 진동수로 기판(26)을 쉐이킹함으로써 단계 (a)를 수행하는 방법.
  32. (a) 초합금 기판(26) 안으로 연장되는 하나 이상의 구멍을 포함하는 기판(26) 또는 피복물 제거 용액(12)을 빠르게 진탕시키면서, 상기 기판을 상기 피복물 제거 용액(12)으로 처리함으로써, 상기 기판(26) 및 피복물에 의해 적어도 부분적으로 덮힌 상기 구멍의 표면으로부터 닳거나 손상된 열 차단 피복물을 제거하는 단계; 및
    (b) 상기 기판(26) 위에 추가의 열 차단 피복물을 도포하는 단계를 포함하는,
    상기 기판(26)에 도포된 닳거나 손상된 열 차단 피복물을 복구하는 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    초합금 기판(26)이 터빈 엔진의 부품인 방법.
  34. 제 32 항에 있어서,
    열 차단 피복물이 지르코니아계인 방법.
  35. 제 32 항에 있어서,
    하나 이상의 초음파 장치를 사용하여, 기판이 침지된 피복물 제거 용액(12)에 진동 에너지를 제공함으로써 기판을 진탕시키는 방법.
  36. (a) 침지되어 있는 터빈 엔진 기판(26)의 표면으로부터 피복물의 적어도 일부를 제거할 수 있는 용액(12)을 함유하는 압력 용기(10); 및
    (b) 상기 기판(26) 또는 기판을 둘러싼 상기 용액(12)을 빠르게 진탕시키기 위한 수단을 포함하는 제품.
  37. 제 36 항에 있어서,
    기판(26)의 빠른 진탕을 위한 수단이 쉐이킹 장치를 포함하는 제품.
  38. 제 37 항에 있어서,
    쉐이킹 장치가 빠르게 진탕하는 도파관(waveguide)을 포함하고, 기판(26)이 도파관에 단단히 부착되는 제품.
  39. 제 36 항에 있어서,
    기판(66)을 둘러싸는 용액의 빠른 진탕을 위한 수단이 초음파 장치를 포함하는 제품.
  40. 제 36 항에 있어서,
    압력 용기(10)가 오토클레이브인 제품.
  41. 제 36 항에 있어서,
    터빈 엔진 기판(26) 위의 피복물이 지르코니아계 세라믹 피복물이고, 피복물 제거 용액(12)이 부식성 조성물인 제품.
KR1020000075037A 1999-12-14 2000-12-11 금속 기판내의 통로 구멍으로부터 피복물을 제거하는방법, 및 이와 관련된 제품 KR20010062316A (ko)

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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10259367A1 (de) * 2002-12-18 2004-07-08 Siemens Ag Verfahren zur Verbesserung der Wechselwirkung zwischen einem Medium und einem Bauteil
US20050161061A1 (en) * 2003-09-17 2005-07-28 Hong Shih Methods for cleaning a set of structures comprising yttrium oxide in a plasma processing system
US10363584B2 (en) 2013-08-30 2019-07-30 General Electric Company Methods for removing barrier coatings, bondcoat and oxide layers from ceramic matrix composites
IT202100025232A1 (it) * 2021-10-01 2023-04-01 T A G Srl Metodo di rimozione di un rivestimento di barriera termica ceramica

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4141781A (en) * 1977-10-06 1979-02-27 General Electric Company Method for rapid removal of cores made of βAl2 O3 from directionally solidified eutectic and superalloy and superalloy materials
US4317685A (en) * 1980-06-06 1982-03-02 General Electric Company Method for removing a scale from a superalloy surface
US4439241A (en) * 1982-03-01 1984-03-27 United Technologies Corporation Cleaning process for internal passages of superalloy airfoils
GB8811259D0 (en) * 1988-05-12 1988-06-15 Ae Turbine Components Decontamination method & apparatus
US5575858A (en) * 1994-05-02 1996-11-19 United Technologies Corporation Effective cleaning method for turbine airfoils
AU7560696A (en) * 1995-10-16 1997-05-07 Siemens Aktiengesellschaft Process for removing tin
US5643474A (en) * 1995-12-26 1997-07-01 General Electric Company Thermal barrier coating removal on flat and contoured surfaces
US5938855A (en) * 1998-01-20 1999-08-17 General Electric Company Method for cleaning a turbine component
US6146692A (en) * 1998-12-14 2000-11-14 General Electric Company Caustic process for replacing a thermal barrier coating
US6267902B1 (en) * 1998-12-15 2001-07-31 General Electric Company Process for removing a coating from a hole in a metal substrate
US6174380B1 (en) * 1998-12-22 2001-01-16 General Electric Company Method of removing hot corrosion products from a diffusion aluminide coating
US6158957A (en) * 1998-12-23 2000-12-12 United Technologies Corporation Thermal barrier removal process
US6210488B1 (en) * 1998-12-30 2001-04-03 General Electric Company Method of removing a thermal barrier coating

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