KR20010111044A - 기판으로부터 코팅물을 제거하는 방법 및 이에 사용되는조성물 - Google Patents

기판으로부터 코팅물을 제거하는 방법 및 이에 사용되는조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 표면으로부터 하나 이상의 코팅물을 선택적으로 제거하는 방법에 관한 것이다. 하기 화학식 1의 산 또는 그의 전구체를 포함하는 수성 조성물로 상기 코팅물을 처리한다.
HxAF6
상기 식에서,
A는 Si, Ge, Ti, Zr, Al 및 Ga이고,
x는 1 내지 6이다.
상기 화학식 1의 산은 종종 H2SiF6이다. 상기 조성물은 종종 인산과 같은 추가의 산을 하나 이상 포함한다. 제거되는 코팅물은 종종 알루미나이드 코팅물 또는 하기 화학식 2의 물질이다.
MCrAl(X)
상기 식에서,
M은 Ni, Co, Fe 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되고,
X는 Y, Ta, Si, Hf, Ti, Zr, B, C 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
기판은 통상적으로 중합체 또는 초합금과 같은 금속이다.

Description

기판으로부터 코팅물을 제거하는 방법 및 이에 사용되는 조성물{A METHOD FOR REMOVING A COATING FROM A SUBSTRATE, AND RELATED COMPOSITIONS}
본 발명은 일반적으로 기판상의 코팅물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 금속 기판(예: 성분이 초합금인 기판)상의 오버레이 또는 확산 코팅물을 제거하는 방법에 관한 것이다.
가스 터빈 엔진의 작동 온도를 증가시켜 연료 효율을 개선시키는 경우, 보다 우수한 환경 보호능 뿐만 아니라 개선된 열 차단 코팅 수명을 위해 진보된 내산화성 코팅물이 요구된다. 현재, 가스 터빈 고온부 부품, 예컨대 블레이드, 노즐, 연소실 및 트랜지션 피이스(transition piece)상에 사용되는 코팅물은 일반적으로 확산 코팅물 또는 오버레이 코팅물의 두 부류중 하나에 속한다.
최첨단 확산 코팅물은 일반적으로 알루미나이드형 합금, 예컨대 니켈-알루미나이드, 백금-알루미나이드 또는 니켈-백금-알루미나이드로 형성되어 있다. 오버레이 코팅물은 전형적으로 하기 화학식 2의 조성을 갖는다.
화학식 2
MCrAl(X)
M은 Ni, Co, Fe 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되고,
X는 Y, Ta, Si, Hf, Ti, Zr, B, C 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
확산 코팅물은 그의 구성 성분을 하부 기판에 침착시키고, 이 성분과 하부 기판의 성분을 반응시켜 고온 확산에 의해 코팅물을 형성시킴으로써 형성된다. 이와는 대조적으로, 오버레이 코팅물은 일반적으로 하부 기판과의 반응없이 그대로 침착된다.
터빈 엔진 부품, 특히 에어포일을 수리하고서 이러한 부품을 다시 사용하는 것은 통상적인 일이 되었다. 수리 도중, 임의의 코팅물을 제거하여 하부 기판을 점검 및 수리한다. 이러한 제거는 전형적으로 산, 예컨대 강한 무기산(예: 염산, 황산, 질산 및 플루오르화수소산)의 혼합물, 뿐만 아니라 다른 첨가제를 함유하는 스트립핑(stripping) 용액에 상기 부품을 침지시킴으로써 수행된다.
그러나, 종래의 일부 스트립핑 조성물은 충분한 양의 코팅물을 제거하지 못하고 있다. 따라서, (예: 그릿블라스팅에 의해) 완전한 제거를 위해 추가의 시간 및 노력이 요구되는데, 이는 수리 공정 효율을 감소시킬 수도 있다. 더욱이, 코팅물을 충분히 제거시키는 조성물중 일부는 기판의 기재 금속을 공격하고, 기재 금속을 흠집내거나, 입자간 경계부를 공격하여 금속을 손상시키기도 한다. 또한, 종래의 스트립핑 용액은 종종 유해한 산성 매연을 과량 방출시킨다. 환경, 건강 및 안전상의 이유로, 이러한 매연은 통풍 배기 시스템을 통해 제거되어야 한다.
따라서, 당해 분야에서는 기판(예: 금속 기판)으로부터 코팅물을 제거하기 위한 신규 방법이 요구되고 있다. 이러한 방법은 기판 자체를 공격하지 않으면서 코팅 물질을 모두 실질적으로 제거시킬 수 있어야 한다. 또한, 상기 방법이 유해 매연을 허용불가능한 양으로 형성시키지 않는 것이 바람직하다. 더욱이, 상기 방법은 기판내 오목부, 중공 영역 또는 구멍, 예컨대 초합금 기판내 통로 구멍에 위치될 수 있는 상당한 양의 코팅 물질을 제거시킬 수 있어야 한다.
본 발명에서는, 기판을 손상시키지 않고, 허용불가능한 양의 유해 매연을 발생시키지 않으면서, 상기 기판으로부터 코팅물을 선택적으로 제거시킬 수 있는 방법 및 이에 사용되는 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 한 양태는 하기 화학식 1의 산 또는 그의 전구체를 포함하는 수성 조성물과 코팅물을 접촉시키는 단계를 포함하는, 기판 표면으로부터 하나 이상의 코팅물을 선택적으로 제거하는 방법에 관한 것이다.
화학식 1
HxAF6
상기 식에서,
A는 Si, Ge, Ti, Zr, Al 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
x는 1 내지 6이다.
상기 화학식 1의 산은 전형적으로 약 0.05 내지 약 5M 수준으로 존재한다. 일부의 바람직한 양태에 있어서, 수성 조성물은 H2SiF6또는 H2ZrF6의 화합물을 포함한다. 후술되는 바와 같이, 이러한 화합물은 종종 동일 반응계에서 형성될 수 있다.
일부의 양태에 있어서, 수성 조성물은 하나 이상의 추가의 산 또는 그의 전구체를 추가로 포함한다. 추가의 산은 통상적으로 순수한 물중에서 pH가 약 7 미만이고, 바람직하게는 약 3.5 미만이다. 이러한 제 2 산을 다양하게 사용할 수 있고, 종종 인산이 바람직하다.
바람직한 양태에 있어서, 코팅물을 선택적으로 제거하기에 충분한 온도 및 시간 조건하에서 기판을 수성 조성물욕에 침지시킨다. 본원에서 사용되는 코팅물(들)의 "선택적 제거"란 기판 물질의 매우 작은 부분만을 제거하고(또는 전혀 제거하지 않음), 임의의 실질적인 방식으로 기판에 불리한 효과를 제공하지 않으면서, 코팅물을 비교적 큰 퍼센트로 제거하는 것을 의미한다.
기판으로부터 제거되는 코팅물은 통상적으로 하나 이상의 확산 코팅물 또는 오버레이 코팅물, 예컨대 알루미나이드형 코팅물 또는 화학식 2의 물질을 각각 포함한다. 더욱이, 기판은 통상적으로 금속 물질 또는 중합체성 물질이고, 종종 초합금을 성분으로 하는 형태이다.
본 발명의 다른 양태는 하기 화학식 1의 산 또는 그의 전구체를 포함하는, 기판 표면으로부터 코팅물을 선택적으로 제거하기 위한 수성 조성물에 관한 것이다.
화학식 1
HxAF6
상기 식에서,
A는 Si, Ge, Ti, Zr, Al 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
x는 1 내지 6이다.
상기 화학식 1의 산은 통상적으로 조성물중에 후술되는 수준으로 존재한다. 전술하고 후술하는 바와 같이, 하나 이상의 추가의 산을 제 1 산과 함께 사용할 수 있다.
본 발명의 다양한 특성에 대한 추가의 상세한 설명을 하기에 나타낸다.
본 발명에 의해 기판으로부터 제거되는 코팅물은 일반적으로 전술한 바와 같이 확산 코팅물 또는 오버레이 코팅물 형태로 존재한다. 확산 코팅물은 전형적으로 당해 분야에 널리 공지되어 있는 알루미나이드형 물질로 형성된다. 이러한 물질은 종종 귀금속, 예컨대 백금 또는 팔라듐으로 개질된다. 이에 대한 비제한적인 예로는 알루미나이드, 백금-알루미나이드, 니켈-알루미나이드, 백금-니켈-알루미나이드 및 이들의 혼합물이 있다.
또한, 오버레이 코팅물은 상기에 기술하였다. 이 코팅물은 통상적으로 하기 화학식 2의 조성을 갖는다.
화학식 2
MCrAl(X)
상기 식에서,
M은 Ni, Co, Fe 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되고,
X는 Y, Ta, Si, Hf, Ti, Zr, B, C 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 두가지 형태의 코팅물을 모두 형성시키고 적용시키는 방법은 당해 분야에 공지되어 있다.
확산 코팅물 또는 오버레이 코팅물의 두께는 다양한 인자, 예컨대 코팅되는 물품의 유형, 기판의 조성 및 상기 물품이 처해있는 환경 조건에 따라 달라질 것이다. 초합금과 같은 금속계 기판의 경우, 알루미나이드계 코팅물의 평균 두께는 통상적으로 약 5 내지 약 125㎛일 것이다. 종종, 상기 기판에 대해 상기 화학식 2의 코팅물의 평균 두께는 약 50 내지 약 500㎛일 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일부 양태에 있어 수성 조성물은 하기 화학식 1의 산을 포함한다.
화학식 1
HxAF6
상기 식에서,
A는 Si, Ge, Ti, Zr, Al 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
x는 1 내지 6, 보다 전형적으로 1 내지 3이다.
이러한 유형의 물질은 시판중이거나 과도한 노력없이도 제조될 수 있다. 바람직한 산은 H2SiF6또는 H2ZrF6이다. 일부 양태에 있어서 H2SiF6가 특히 바람직하다. 이 물질은 "플루오르화규소산", "플루오로규산" 및 "헥사플루오로규산"의 여러 가지로 명명된다.
상기 화학식 1의 산의 전구체도 사용할 수 있다. 본원에서 "전구체"란 조합하여 상기 화학식 1의 산 또는 그의 2가 음이온 AF6 -2를 형성시킬 수 있거나, 반응 조건, 예컨대 가열, 진탕, 촉매 등의 작용하에서 상기 산 또는 그의 2가 음이온으로 변형될 수 있는 임의의 화합물 또는 이 화합물로 이루어진 군을 의미한다. 따라서, 상기 산은 예컨대 반응 용기내의 동일 반응계에 형성될 수 있다.
한 예로, 전구체는 2가 음이온과 이온 결합되는 금속 염, 무기 염 또는 유기 염일 수 있다. 이에 대한 비제한적인 예로는 Ag, Na, Ni, K 및 NH4 +의 염, 뿐만 아니라 4급 암모늄 염과 같은 유기 염이 있다. 수용액중에 염을 해리시키면 산이 얻어진다. H2SiF6의 경우, 사용하기에 편리한 염은 Na2SiF6이다.
당해 분야의 숙련가들은 수성 조성물중에서 상기 화학식 1의 화합물을 형성시키는 화합물의 용도를 알고 있다. 예컨대, H2SiF6는 규소 함유 화합물과 불소 함유 화합물을 반응시킴으로써 동일 반응계에서 형성될 수 있다. 규소 함유 화합물의 예로는 SiO2가 있고, 불소 함유 화합물의 예로는 플루오르화수소산(즉, 수성 플루오르화수소)이 있다.
단독 산으로서 사용하는 경우, 화학식 1의 산은 기판에 불리한 효과를 끼치지 않으면서 전술한 코팅물을 제거시키는데 매우 효과적인 것으로 드러났다. 더욱이, 화학식 1의 산은 백금 알루미나이드와 같은 알루미나이드형 코팅물의 제거에 특히 유용한 것으로 드러났다. 사용되는 산의 바람직한 수준은 다양한 인자, 예컨대 제거되는 코팅물의 유형 및 양; 기판에서 코팅 물질의 위치; 기판의 유형; 기판 및 코팅물의 열 이력(예: 상호 확산 수준); 기판을 처리 조성물에 노출시키는 기법(후술됨); 처리에 사용되는 시간 및 온도; 및 용액중 산의 안정성에 따라 달라질 것이다.
일반적으로, 상기 화학식 1의 산은 처리 조성물중에 약 0.05 내지 약 5M 수준으로 존재하며, 여기서 M은 몰농도를 나타낸다. (몰농도는 중량% 또는 부피%로 용이하게 바꿀수 있어, 용액 제조에 용이하다.) 통상적으로, 화학식 1의 산은 약 0.2 내지 약 3.5M 수준으로 존재한다. H2SiF6의 경우, 바람직한 농도 범위는 종종 약 0.2 내지 약 2.2M이다. 화학식 1의 산 및 후술되는 다른 성분의 양은 기판으로부터 코팅물 제거에 대한 특정한 조성물의 효과를 관찰함으로써 용이하게 조절될 수 있다.
전술한 바와 같이, 수성 조성물은 화학식 1의 "제 1 산"을 비롯하여 하나 이상의 추가의 산을 함유할 수 있다. 추가의 산("제 2 산(들)")의 용도는 종종 산성 용액이 소모되기 쉬운 기판중 영향을 적게 받는 영역으로부터의 코팅 물질의 제거율을 향상시키는 것이다. 각종 상이한 산을 사용할 수 있고, 이러한 산은 통상적으로 순수한 물중에서 pH가 약 7 미만임을 특징으로 한다. 바람직한 양태에 있어서, 추가의 산은 순수한 물중에서 pH가 약 3.5 미만이다. 일부의 특히 바람직한 양태에 있어서, 추가의 산은 화학식 1의 물질인 제 1 산의 pH(순수한 물중에서)보다 작은 pH를 갖는다. 따라서, H2SiF6의 경우 추가의 산은 pH가 약 1.3 미만인 것이 바람직하다.
다양한 유형의 산, 예컨대 무기산 또는 유기산을 사용할 수 있다. 이러한 산에 대한 비제한적인 예로는 인산, 질산, 황산, 염산, 플루오르화수소산, 브롬화수소산, 요오드화수소산, 아세트산, 과염소산, 아인산, 포스핀산, 알킬술폰산(예: 메탄술폰산) 및 이들중 임의의 혼합물이 있다. 당해 분야의 숙련가들은 관찰되는 효과 및 다른 인자, 예컨대 유용성, 제 1 산과의 상용성, 비용 및 환경적인 고려 사항을 근거로 하여 가장 적합한 추가의 산을 선택할 수 있다. 더욱이, 제 1 산에 대한 참고에서 기술한 바와 같이 산의 전구체(예: 염)를 사용할 수 있다. 본 발명의 일부 바람직한 양태에 있어서, 추가의 산은 인산, 질산, 황산, 염산, 플루오르화수소산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부의 특히 바람직한 양태(예: 제 1 산이 H2SiF6인 경우)에 있어서, 추가의 산은 인산이 바람직하다.
사용되는 추가의 산의 양은 제 1 산의 종류 및 전술한 대부분의 인자에 따라달라질 것이다. 통상적으로, 추가의 산은 조성물중에 약 0.1 내지 약 20M 수준으로 존재한다. 일부의 바람직한 양태(예: 인산의 경우)에 있어서, 약 0.5 내지 약 5M이 바람직하다. 더욱이, 일부의 특히 바람직한 양태에 있어서, 약 2 내지 약 4M이 바람직하다. 초기에 언급한 바와 같이, 처리 시간을 보다 연장하고/하거나 처리 온도를 높일수록 보다 낮은 산의 수준을 보충할 수 있고, 그 반대도 가능하다. 추가의 산의 가장 적합한 수준을 결정하기 위한 실험을 용이하게 수행할 수 있다.
본 발명의 수성 조성물은 다양한 기능을 나타내는 다양한 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 이에 대한 비제한적인 예로는 저해제, 분산제, 계면활성제, 킬레이트화제, 습윤제, 해교제, 안정화제, 침강방지제 및 발포방지제가 있다. 당해 분야의 숙련가들은 이러한 첨가제의 특정한 유형 및 이들을 사용하는데 효과적인 수준을 알고 있다. 상기 조성물에 대한 저해제의 예는 전술한 바와 같이 아세트산과 같은 비교적 약산이다. 이러한 물질은 조성물중 제 1 산의 활성을 저하시키는 경향이 있다. 이는 일부의 경우, 예컨대 기판 표면을 흠집낼 가능성을 감소시키는데 바람직하다.
다양한 기법을 사용하여 기판을 수성 조성물로 처리할 수 있다. 예컨대, 다양한 유형의 스프레이 건을 이용하여 조성물을 연속적으로 기판상에 분사시킬 수 있다. 단일 스프레이 건을 사용할 수 있다. 다른 방법으로는, 일렬의 건을 사용할 수 있고, 이 일렬의 건(또는 다중 열의 건)을 따라 또는 이를 통해 기판을 통과시킬 수 있다. 다른 양태에 있어서, 코팅물 제거용 조성물을 기판위에 부을 수 있다(연속적으로 재순환시킬 수 있다).
바람직한 양태에 있어서, 수성 조성물욕에 기판을 침지시킨다. (임의의 유형의 용기에서) 이러한 방식의 침지는 수성 조성물과 제거되는 코팅물 사이의 접촉도를 최대로 허용시킨다. 침지 시간 및 욕 온도는 전술한 다양한 인자중, 예컨대 제거되는 코팅물의 유형 및 욕에 사용되는 산(들)에 따라 달라질 것이다. 통상적으로, 기판을 욕에 침지시키면서, 욕을 거의 실온 내지 약 100℃의 온도로 유지시킨다. 바람직한 양태에 있어서, 상기 온도를 약 45 내지 약 90℃로 유지시킨다. 침지 시간은 상당히 다양할 수 있지만, 통상적으로 약 10분 내지 약 72시간, 바람직하게는 약 1 내지 약 20시간이다. 침지 시간을 보다 연장하면 보다 낮은 욕 온도를 보충할 수 있다. 욕으로부터 제거한 후(또는 전술한 기법중 임의의 것에 의해 코팅물과 접촉시킨 후), 기판을, 전형적으로 습윤제와 같은 다른 통상적인 첨가제를 함유할 수도 있는 물로 세척한다.
각종 기판은 본 발명에 따라 제거되는 코팅물(들)을 포함할 수 있다. 통상적으로, 기판은 금속 물질 또는 중합체성(예: 가소성) 물질이다. 본원에서 사용되는 "금속 물질"이란 주로 금속 또는 금속 합금으로 형성되어 있지만, 비금속 성분을 일부 포함할 수도 있는 기판을 의미한다. 금속 물질의 비제한적인 예로는 철, 코발트, 니켈, 알루미늄, 크롬, 티탄 및 이들중 임의의 것을 포함하는 혼합물(예: 스테인레스 강)로 이루어진 군으로부터 선택된 원소를 하나 이상 포함하는 것이다.
종종, 금속 물질은 초합금이다. 이러한 물질은 인장 강도, 내크리프성(creep resistance), 내산화성 및 내부식성의 견지에서 고온 성능을 갖는 것으로 알려져 있다. 초합금은 전형적으로 니켈계, 코발트계 또는 철계이지만,니켈계 및 코발트계 합금이 고성능 용도에 유리하다. 기재 성분, 전형적으로 니켈 또는 코발트는 초합금중에 단독 성분으로는 최대 중량으로 포함되어 있는 성분이다. 예컨대, 니켈-기재 초합금은 약 40중량% 이상의 니켈, 및 코발트, 크롬, 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴, 티탄 및 철로 이루어진 군으로부터 선택된 성분을 하나 이상 포함한다. 니켈-기재 초합금의 예로는 상표명 인코넬(Inconel), 니모닉(Nimonic), 렌(Rene)(예: 렌80-, 렌95, 렌142 및 렌N5 합금) 및 우디메트(Udimet) 등이 있고, 방향성 응고된 단결정 초합금이 있다. 코발트-기재 초합금의 예는 약 30중량% 이상의 코발트, 및 니켈, 크롬, 알루미늄, 텅스텐, 몰리브덴, 티탄 및 철로 이루어진 군으로부터 선택된 성분을 하나 이상 포함한다. 코발트-기재 초합금의 예로는 상표명 헤이니스(Haynes), 노잘로이(Nozzaloy), 스텔라이트(Stellite) 및 울티메트(Ultimet)가 있다.
본 발명에 의해 처리될 수 있는 중합체성 기판은 실질적으로 내산성인 물질로 형성된다. 달리 말하자면, 이러한 물질은 산(들)의 작용에 의해 목적하는 최종 용도에 부적합한 기판이 될 정도의 불리한 영향을 받지 않는다. (통상적으로, 이러한 물질은 매우 높은 내가수분해성을 갖는다.) 이러한 물질의 비제한적인 예로는 폴리올레핀(예: 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌), 폴리테트라플루오로에틸렌, 에폭시 수지, 폴리스티렌, 폴리페닐렌 에테르; 이들중 하나를 포함하는 혼합물; 및 이들중 하나를 포함하는 공중합체가 있다. (중합체 분야의 숙련가들은 개별적인 중합체의 특성이 다양한 방법, 예컨대 블렌딩 또는 첨가제의 첨가에 의해 개질될 수 있음을 이해한다.)
기판의 실제 형태는 광범위하게 다양할 수 있다. 일반적인 예로서, 기판은 가정용품 항목(예: 취사도구) 또는 프린트 회로 기판의 형태로 존재할 수 있다. 다수의 양태에 있어서, 초합금 기판은 연소실 라이너, 연소실 돔, 슈라우드 또는 에어포일의 형태로 존재한다. 버킷 또는 블레이드를 비롯한 에어포일 및 노즐 또는 베인은 본 발명의 양태에 따라 스트립핑되는 전형적인 기판이다. 본 발명은 기판의 평평한 영역, 뿐만 아니라 오목부, 중공 영역 또는 구멍(예: 필름 냉각 구멍)을 포함할 수 있는 곡선형 또는 불규칙적 표면으로부터 코팅물을 제거하는데 유용하다.
본 발명의 방법은 전술한 코팅물위에 종종 도포되는 보호 코팅물을 수리하는 방법과 함께 사용할 수 있다. 예컨대, 열 차단 코팅물(TBC)(종종 지르코니아계)은 종종 알루미나이드 코팅물 또는 화학식 2의 코팅물위에 도포되어 과량의 열 노출로부터 터빈 엔진 부품을 보호한다. TBC의 주기적인 분해수리에서는 종종 임의의 하부 층을 또한 제거할 필요가 있다. TBC를 다양한 방법, 예컨대 그릿블라스팅 또는 화학적 기법에 의해 제거할 수 있다. 이어서, 하부 코팅물 또는 다중 코팅물을 전술한 방법에 의해 제거할 수 있다. 후속적으로, 상기 부품을 알루미나이드 및/또는 화학식 2의 코팅물로 통상적으로 재코팅시킨 다음 신규 TBC로 표준 재코팅시킬 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 기판 표면으로부터 코팅물을 선택적으로 제거하기 위한 수성 조성물에 관한 것이다. 전술한 바와 같이, 이러한 조성물은 하기 화학식 1의 산 또는 그의 전구체를 포함한다.
화학식 1
HxAF6
상기 식에서,
A는 Si, Ge, Ti, Zr, Al 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
x는 1 내지 6이다.
상기 화학식 1의 산은 통상적으로 조성물중에 약 0.05 내지 약 5M 수준으로 존재한다.
더욱이, 상기 조성물은 종종 하나 이상의 추가의 산 또는 그의 전구체를 포함한다. 다양한 추가의 산을 사용할 수 있다. 바람직한 군은 인산, 질산, 황산, 염산, 플루오르화수소산 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 추가의 산은 조성물중에 약 0.1 내지 약 20M 수준, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 5M 수준으로 존재한다.
하기 실시예는 단순히 예시적인 것이며, 본 발명의 범주를 이로 한정하고자 함은 아니다.
실시예
실시예 1
방향성 응고된 니켈-기재 초합금으로 형성된 쿠폰을, 32중량%의 Ni, 36중량%의 Co, 22중량%의 Cr, 10중량%의 Al 및 0.3중량%의 Y의 대략 명목상의 조성을 갖는 하기 화학식 3의 코팅물로 코팅시켰다.
MCrAlY
상기 식에서,
M은 Ni, Co, Fe 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 코팅물을 열 분사 기법에 의해 약 250㎛의 두께로 코팅시켰다. 이어서, 코팅된 표면을 약 50㎛의 깊이로 확산-알루미나이드화시켰다.
이어서, 상기 쿠폰을 플루오로규산 75부피%(H2SiF6, 23중량%의 농도)과 인산 25부피%(86중량%의 농도)의 용액에 침지시키고, 80℃에서 3시간 동안 교반시켰다. 하부 기판에 가시되는 임의의 손상없이 전체 코팅물을 제거하였다.
실시예 2
니켈-기재 초합금으로 형성된 다른 쿠폰을 본 실험에 사용하였다. 상기 쿠폰을 가스 터빈 버킷으로부터 취하였다. 상기 버킷의 외부 영역을, 29중량%의 Cr, 6중량%의 Al, 1중량%의 Y 및 나머지로 Co의 조성을 갖는 상기 화학식 3의 코팅물로 코팅시켰다. 이어서, 외부 영역 및 내부 영역(예: 통과 구멍)을 모두 확산-알루미나이드화시켰다. (버킷을 미리 과도하게 사용하였다. 즉, 상당한 시간 동안 열 노출 및 열 순환시켰다. 종종, 확산 코팅물 및 오버레이 코팅물을 상기 물품으로부터 제거하는 것이 매우 어렵다.)
코팅된 쿠폰을 플루오로규산 75부피%(23중량%의 농도)과 인산 25부피%(86중량%의 농도)의 용액에 침지시키고, 80℃에서 6시간 동안 교반시켰다. 하부 기판에가시되는 임의의 손상없이 전체 코팅물 시스템(상기 화학식 3/알루미나이드)을 제거하였다.
실시예 3
다른 터빈 엔진 버킷(마찬가지로 방향성 응고된 니켈-기재 초합금으로 형성됨)을 본 실험에 사용하였다. 이러한 버킷은 실시예 2에서와 같이 내부 영역 및 외부 영역을 포함하였다. 동일한 유형의 코팅물 시스템을 미리 상기 영역에 침착시켰다. 이러한 버킷을 열 노출 및 열 순환의 견지에서 과도한 사용 조건하에 두었다.
전체 버킷을 실시예 2에서 사용한 플루오로규산/인산 용액 5갤런(18.925ℓ)에 침지시켰다. 상기 버킷을 교반하면서 72℃에서 15시간 동안 침지시켰다. 상기 화학식 3/알루미나이드 코팅물을 8시간내에 거의 완전히 스트립핑시켰다. 코팅물중 남아있는 부분은 약한 그릿블라스팅으로 용이하게 제거하였다.
실시예 4
니켈-기재 초합금으로 형성된 다른 쿠폰을 가스 터빈의 버킷으로부터 취하였다. 동일한 유형의 코팅물 시스템(즉, 확산 알루미나이드를 갖는 상기 화학식 3의 코팅물)을 실시예 2에 기술한 바와 같이 미리 내부 영역 및 외부 영역에 침착시켰다.
상기 쿠폰을 플루오로규산 75부피%(23중량%의 농도), 인산 12.5부피%(86중량%의 농도) 및 염산 12.5부피%의 용액에 침지시키고, 80℃에서 4시간 동안 교반시켰다. 기재 금속에 가시되는 임의의 손상없이 전체 코팅물을 제거하였다. 염산이 첨가되어 스트립핑 공정이 가속화되었다.
실시예 5
전체 터빈 버킷을 본 실험에 사용하였다. 상기 버킷을 니켈-기재 초합금으로 형성시키고, 실시예 2에 기술한 방식으로 코팅시켰다. 평균적인 총 코팅 두께는 약 75 내지 약 375㎛이었다.
전체 버킷을 임펠러를 통해 교반시키면서 80℃에서 플루오로규산 23중량%의 욕에 침지시켰다. 코팅물은 점차적으로 용해되고, 작은 수소 기포가 생성되었다. 소량의 검댕이 부품에 계속해서 부착되었다. 12시간 후, 상기 부품을 세척하고, 검댕을 약한 그릿블라스팅에 의해 제거하였다. 상기 부품을 금속 현미경으로 시험한 결과, 외부 코팅물이 모두 실질적으로 상기 기판으로부터 제거된 것으로 나타났다. 더욱이, 기재 합금은 손상되거나 불리한 영향을 받지 않았다.
실시예 6
백금 알루미나이드로 코팅된 니켈-기재 초합금 샘플을 약하게 교반시키면서 플루오로규산 23중량%중에 80℃에서 4시간 동안 침지시켰다. 이어서, 상기 샘플을 세척하고, 금속 현미경으로 시험하였다. 이러한 처리에 의해, 하부 기재 합금을 손상시키지 않으면서 백금 알루미나이드를 완전히 스트립핑시켰다.
또한, H2SiF6또는 H2SiF6와 인산의 조합물을 이용한 조성물은 산성 매연을 거의 생성시키지 않음을 주목해야 한다. (염산을 포함한 실시예 4의 조성물은 매연을 일부 생성시켰다.) 이러한 조성물 대부분에 대해 과량의 매연이 없었다는 것은 대규모의 공업적 세팅에 있어 종종 중요한 추가의 특성이 된다.
본 발명의 바람직한 양태를 기술하였지만, 다른 양태가 본 발명의 범주에서 벗어남이 없이 당해 분야의 숙련가들에게 명백해질 수 있다. 따라서, 본 발명의 범주를 첨부된 특허청구범위로 제한함을 이해한다.
본 발명에 따른 방법 및 조성물에 의해, 기판을 손상시키지 않고, 허용불가능한 양의 유해 매연을 생성시키지 않으면서, 상기 기판으로부터 코팅물을 선택적으로 제거할 수 있다.

Claims (48)

  1. 기판 표면으로부터 하나 이상의 코팅물을 선택적으로 제거하는 방법에 있어서, 상기 코팅물을 하기 화학식 1의 산 또는 그의 전구체를 포함하는 수성 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하는 방법.
    화학식 1
    HxAF6
    상기 식에서,
    A는 Si, Ge, Ti, Zr, Al 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    x는 1 내지 6이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    x가 1 내지 3인 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    산이 약 0.05 내지 약 5M 수준으로 존재하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    산이 약 0.2 내지 약 3.5M 수준으로 존재하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    전구체가 산의 염인 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    수성 조성물이 화학식 H2SiF6또는 H2ZrF6의 화합물을 포함하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    화학식 H2SiF6의 화합물이, 그의 상응하는 염을 해리시키거나 규소 함유 화합물과 불소 함유 화합물을 반응시킴으로써 수성 조성물내 동일 반응계에서 형성되는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    규소 함유 화합물이 SiO2이고, 불소 함유 화합물이 HF인 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    수성 조성물이 하나 이상의 추가의 산 또는 그의 전구체를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    추가의 산이 순수한 물중에서 약 7 미만의 pH를 갖는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    추가의 산이 순수한 물중에서 약 3.5 미만의 pH를 갖는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    추가의 산이 무기산인 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    추가의 산이 인산, 질산, 황산, 염산, 플루오르화수소산, 브롬화수소산, 요오드화수소산, 아세트산, 과염소산, 아인산, 포스핀산, 알킬술폰산 및 이들중 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    추가의 산이 조성물중에 약 0.1 내지 약 20M 수준으로 존재하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    추가의 산이 인산인 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    인산이 약 0.5 내지 약 5M 수준으로 존재하는 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    기판을 수성 조성물욕에 침지시키는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    기판을 욕에 침지시키면서 욕을 약 실온 내지 약 100℃의 온도로 유지시키는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    온도가 약 45 내지 약 90℃인 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    침지 시간이 약 10분 내지 약 72시간인 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    침지 시간이 약 60분 내지 약 20시간인 방법.
  22. 제 17 항에 있어서,
    욕이 저해제, 분산제, 계면활성제, 킬레이트화제, 습윤제, 해교제, 안정화제, 침강방지제 및 발포방지제로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가제를 하나 이상 포함하는방법.
  23. 제 1 항에 있어서,
    기판으로부터 제거되는 코팅물이 하나 이상의 확산 코팅물 또는 오버레이 코팅물을 포함하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    확산 코팅물이 알루미나이드 물질을 포함하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    알루미나이드 물질이 알루미나이드, 귀금속-알루미나이드, 니켈-알루미나이드, 귀금속-니켈-알루미나이드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    오버레이 코팅물이 하기 화학식 2의 화합물을 포함하는 방법.
    화학식 2
    MCrAl(X)
    상기 식에서,
    M은 Ni, Co, Fe 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    X는 Y, Ta, Si, Hf, Ti, Zr, B, C 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
  27. 제 1 항에 있어서,
    기판이 실질적으로 강산에 내성인 금속 물질 및 중합체성 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    중합체성 물질이 폴리올레핀, 폴리테트라플루오로에틸렌, 에폭시 수지, 폴리스티렌, 폴리페닐렌 에테르; 이들중 하나를 포함하는 혼합물; 및 이들중 하나를 포함하는 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  29. 제 27 항에 있어서,
    금속 물질이 철, 코발트, 니켈, 알루미늄, 크롬, 티탄 및 이들중 임의의 것을 포함하는 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 성분을 하나 이상 포함하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    금속 물질이 초합금을 포함하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    초합금이 니켈계 또는 코발트계인 방법.
  32. 제 30 항에 있어서,
    초합금이 터빈 엔진의 성분인 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 성분이 에어포일을 구성하는 방법.
  34. 하기 화학식 1의 산 또는 그의 전구체를 포함하는 수성 조성물과 코팅물을 접촉시키는 단계를 포함하는, 금속 기판 표면으로부터 하나 이상의 코팅 물질을 선택적으로 제거하는 방법.
    화학식 1
    HxAF6
    상기 식에서,
    A는 Si, Ti 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    x는 1 내지 3이다.
  35. 제 34 항에 있어서,
    산이 약 0.05 내지 약 5M 수준으로 존재하는 방법.
  36. 제 34 항에 있어서,
    수성 조성물이 인산, 질산, 황산, 염산, 플루오르화수소산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 추가의 산 또는 그의 전구체를 추가로 포함하는 방법.
  37. 제 36 항에 있어서,
    추가의 산이 조성물중에 약 0.1 내지 약 20M 수준으로 존재하는 방법.
  38. 제 34 항에 있어서,
    코팅물이 알루미나이드 또는 하기 화학식 3의 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
    화학식 3
    MCrAlY
    상기 식에서,
    M은 Ni, Co, Fe 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
  39. 제 34 항에 있어서,
    코팅 물질이 확산-알루미나이드화된 하기 화학식 3의 화합물 층을 포함하는 방법.
    화학식 3
    MCrAlY
    상기 식에서,
    M은 Ni, Co, Fe 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
  40. 제 34 항에 있어서,
    금속 기판이 니켈-기재 또는 코발트-기재 초합금을 포함하는 방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    금속 기판이 터빈 엔진 에어포일인 방법.
  42. 하기 화학식 1의 산 또는 그의 전구체를 약 0.05 내지 약 5M 수준으로 포함하는, 기판 표면으로부터 코팅물을 선택적으로 제거하기 위한 수성 조성물.
    화학식 1
    HxAF6
    상기 식에서,
    A는 Si, Ge, Ti, Zr, Al 및 Ga으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    x는 1 내지 6이다.
  43. 제 42 항에 있어서,
    하나 이상의 추가의 산 또는 그의 전구체를 추가로 포함하는 수성 조성물.
  44. 제 43 항에 있어서,
    추가의 산이 순수한 물중에서 약 7 미만의 pH를 갖는 수성 조성물.
  45. 제 44 항에 있어서,
    추가의 산이 순수한 물중에서 약 3.5 미만의 pH를 갖는 수성 조성물.
  46. 제 43 항에 있어서,
    추가의 산이 무기산인 수성 조성물.
  47. 제 43 항에 있어서,
    추가의 산이 인산, 질산, 황산, 염산, 플루오르화수소산, 브롬화수소산, 요오드화수소산, 아세트산, 과염소산, 아인산, 포스핀산, 알킬술폰산 및 이들중 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 수성 조성물.
  48. 제 43 항에 있어서,
    추가의 산이 조성물중에 약 0.1 내지 약 20M 수준으로 존재하는 수성 조성물.
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