LIQUIDO DIELECTRICO PARA EL PROCESAMIENTO EROSIVO POR DESCARGA ELÉCTRICA DE UN MATERIAL NO CONDUCTOR
ELÉCTRICO
CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un liquido dieléctrico para el procesamiento erosivo por descarga eléctrica de un material no conductor eléctrico y un procedimiento para el procesamiento erosivo por descarga eléctrica de un material no conductor eléctrico. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El procesamiento erosivo por descarga eléctrica de un material no conductor eléctrico se conocen en el estado de la técnica. Entre otras cosas se utiliza para producir perforaciones en componentes que están provistos con un recubrimiento cerámico. Asi por ejemplo en las paletas de las turbinas que presentan una capa cerámica aislante del calor sobre un cuerpo base metálico, se producen orificios para aire frío por medio de erosión por descarga eléctrica. En el documento DE 41 02 250 Al se describe en general un procesamiento para el procesamiento erosivo por descarga eléctrica de un material no conductor eléctrico. En este procedimiento el material no conductor antes de su tratamiento se recubre con una sustancia guia eléctrica. Esta capa se utiliza como electrodo auxiliar, en el cual el procesamiento erosivo por descarga eléctrica produce un contacto eléctrico con un electrodo de trabajo. El material no conductor eléctrico recubierto con un electrodo auxiliar y cuando menos el extremo del electrodo de trabajo que apunta hacia el electrodo auxiliar, el cual durante el procesamiento produce la descarga eléctrica, están sumergidos en un dieléctrico, que se forma por medio de un liquido como querosina o también un gas. Cuando en este sistema se aplica una tensión, se presenta una descarga eléctrica entre el electrodo de trabajo y el electrodo auxiliar y como consecuencia a un desgaste del electrodo auxiliar asi como del material no conductor eléctrico que se encuentra por debajo. Simultáneamente se craquea una parte del dieléctrico, con lo cual se forman carbono o carburos conductores, que se deposita en forma de una capa sobre las zonas de la superficie que están libres del material no conductor eléctrico. La capa guia eléctrica asi depositada sustituye el material desprendido del electrodo auxiliar y al penetrar el electrodo de trabajo en el material no conductor produce un enlace conductor con la superficie del material no conductor eléctrico, de tal forma que es posible un procesamiento continuo. Se considera desventajoso, que en el caso de procedimientos conocidos se limita la velocidad de procesamiento, ya que el proceso de deposición de la capa guia se realiza lentamente. Por lo tanto no es posible un procesamiento rápido. La velocidad de la deposición depende decisivamente de la composición del liquido dieléctrico. Actualmente en general se utilizan en general los mismos líquidos dieléctricos para el procesamiento por erosión por descarga eléctrica de materiales no conductores, que también se utilizan para metales. Como son por ejemplo querosina y otros hidrocarburos, que por lo tanto son problemáticos ya que son dañinos para la salud y son combustibles. Por esta razón deben especial tomarse medidas de seguridad especiales para evitar la ignición del líquido dieléctrico . SUMARIO DE LA INVENCIÓN La tarea de la presente invención es la de presentar un líquido dieléctrico especial para el procesamiento erosivo por descarga eléctrica de un material no conductor eléctrico, que hace posible una formación rápida de una capa guía eléctrica en la zona de procesamiento erosivo por descarga eléctrica y así contribuye a un aceleramiento del procesamiento. Además es tarea de la presente invención es desarrollar un procedimiento para el procesamiento erosivo por descarga eléctrica de un material no conductor eléctrico, en el cual se utiliza un liquido dieléctrico de acuerdo con la invención. La tarea se resuelve porque se prepara un liquido dieléctrico que es una solución o una suspensión acuosa de cuando menos una sustancia que contiene carbono. Ya que el componente principal del liquido dieléctrico no existe el peligro de que durante el procesamiento se inflame, como es el caso con los solventes orgánicos conocidos en el estado de la técnica. Además es ventajoso que el agua por un lado es económica y por otro lado que contrariamente a los solventes orgánicos conocidos, es inobjetable en lo que respecta a la salud. Las sustancias disueltas o suspendidas, que contienen carbono son especialmente muy adecuadas para ser depositadas como capas guias eléctricas, directamente o en una forma químicamente transformada producida por medio de descargas eléctricas. Por eso se forma rápidamente la capa guía y puede avanzarse correspondientemente en el procesamiento erosivo por descarga eléctrica. Las sustancias que contienen carbono especialmente adecuadas son compuestos orgánicos, que se disuelven en agua sin disociarse. Estos pueden ser por ejemplo polioles como glicerina. Alternativamente sin embargo también pueden utilizarse materiales insoluble sen agua, que luego se suspenden.
Además se ha mostrado que los mono-, di- y polisacáridos producen buenos resultados. Asi por ejemplo pueden utilizarse glucosa, sacarosa o también almidones. Todos esos compuestos tienen la ventaja de que son baratos, inobjetables para la salud y están disponibles en grandes cantidades. Además pertenecen a las materias primas renovables, lo que hace su uso aún más adecuado. Otra modalidad de la invención prevé el uso de grafito como sustancia que contiene carbono, que pueda aplicarse directamente sin ninguna otra transformación química durante el procesamiento erosivo por descarga eléctrica de un material no conductor eléctrico. La formación de la capa guía eléctrica se realiza especialmente rápido cuando adicionalmente en el líquido dieléctrico están contenidas micro- y/o nanopartículas . Estas partículas pueden introducirse directamente sin posterior transformación en la capa guía eléctrica. Para procesar los materiales no conductores eléctricos, se presenta un procedimiento en el cual 1 material se sumerge en el líquido dieléctrico, como se indicó antes . Puede obtenerse una elevada velocidad en el caso de un procesamiento erosivo por descarga eléctrica, cuando durante el procesamiento primero se introducen al líquido dieléctrico, micro- y/o nanopartículas de materiales conductores eléctricos. Es especialmente ventajoso cuando las partículas se conducen indirectamente a la zona de procesamiento, ya que pueden introducirse directamente en la capa guía que se está formando. La introducción puede por ejemplo realizarse a través de un electrodo de trabajo perforado y/o por medio de un orificio del material no conductor eléctrico. El procedimiento de acuerdo con la invención es adecuado para cerámicas que consisten o contienen total o parcialmente de óxido de circonio parcialmente estabilizado. Ese tipo de materiales frecuentemente se utilizan como recubrimientos para componentes que se someten a altas temperaturas. A esto pertenecen también partes como turbinas, en especial las paletas de rotor y conducción. Ya que la zona de apertura de las perforaciones para el aire de enfriamiento en forma de difusor deben formarse total o parcialmente en el recubrimiento cerámico, el procedimiento ofrece grandes ventaj as . BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS El procedimiento de acuerdo con la invención se describirá más detalladamente con la ayuda de dos dibuj os . La figura 1 muestra una disposición para la realización del procedimiento para el procesamiento erosivo por descarga eléctrica de un material no conductor eléctrico de acuerdo con la presente invención en una representación esquemática desde el inicio del procesamiento; La figura 2 muestra una disposición de la figura 1 durante el procesamiento; La figura 3 muestra una turbina de gas; La figura 4 es una paleta de una turbina y La figura 5 una cámara de combustión. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La figura 1 muestra una disposición para la realización del procedimiento de acuerdo con invención para el procesamiento erosivo por descarga eléctrica de un material no conductor eléctrico, aquí en forma de un componente 1, que consiste de cerámica, que contiene óxido de circonio. El componente 1 puede ser parte de una turbina 100 (figura 33) o de una cámara de combustión, por ejemplo una paleta de rotor 120 (figura 3,4) o guia 130 (figura 3,4) . También es posible que el material no conductor eléctrico forme el recubrimiento por ejemplo de la paleta de una turbina, pudiendo ser realizado como una capa aislante del calor. Sobre el componente 1 se aplica de forma plana una sustancia guia eléctrica en forma de una capa de grafito como electrodo auxiliar 2. Alternativamente como sustancia guia eléctrica también puede utilizarse un compuesto orgánico o un metal como por ejemplo circonio. El electrodo auxiliar 2 y el electrodo de trabajo 3 están conectados eléctricamente con un generador 4, que aplica en los electrodos 2,3 una tensión adecuada. Los dos electrodos 2,3 están sumergidos en un liquido dieléctrico 5. Este contiene agua como componente principal y adicionalmente glucosa como monosacárido disuelto. Alternativamente también puede estar suspendido grafito o utilizarse mezclas de diferentes materiales que contengan carbono. Adicionalmente pueden estar contenidas micro- y nanoparticulas de materiales conductores eléctricos en el liquido 5. Para procesar el componente 1 con la ayuda del procedimiento de erosión por descarga eléctrica, en una primera etapa la capa de grafito se aplica como electrodo auxiliar 2 sobre la superficie que se va a procesar del componente 1, que entonces conjuntamente con el electrodo de trabajo 3 con el generador 4. A continuación el componente 1 asi como cuando menos la parte inferior del electrodo de trabajo 3 se sumerge en el liquido dieléctrico 5.
Después de que el electrodo de trabajo 3 se encuentra directamente cerca de la capa de grafito 2 y se haya aplicado una tensión adecuada en ambos electrodos 2,3, entre los electrodos 2,3 se presenta un contacto eléctrico en forma de descarga eléctrica, en donde el electrodo auxiliar 2 y el material cerámico del componente 1 en una zona de procesamiento 6 se evaporan y con esto se desprenden, para formar un orificio 8. Por medio de la descarga eléctrica simultáneamente se craquea la glucosa disuelta en el liquido dieléctrico 5, y los productos de craqueo formados se depositan en forma de una capa guia 7 sobre el componente 1, en donde sustituyen al electrodo auxiliar, de tal forma que continuando con el procedimiento se presenta una descarga eléctrica entre la capa aplicada 7 y el electrodo de trabajo y en esa secuencia se desprenden la capa aplicada 7 asi como el material cerámico del componente 1, rellenándose las zonas desprendidas de la capa 7 continuamente por medio de los productos de craqueo. También es posible que durante el procesamiento se introduzcan micro- y/o nanoparticulas guia eléctricas a través de un electrodo de trabajo 3 perforado o por medio de un orificio igualmente no mostrado en el componente 1 se introduce directamente en la zona de procesamiento 6. La figura 3 muestra por ejemplo una turbina de gas 100 en un corte longitudinal. La turbina de gas presenta en el interior un rotor 103 giratorio alrededor de un eje de rotación 102 con un eje 101, que también es designado como el rotor de la turbina. A lo largo del rotor 102 se encuentran secuencialmente un alojamiento de succión 104, un compresor 105, una cámara de combustión 110 por ejemplo de forma tórica, en especial una cámara de combustión anular con varios quemadores 107 coaxiales, una turbina 108 y el alojamiento de escape 109. La cámara de combustión anular 110 se comunica con un canal de gas caliente 11 por ejemplo e forma anular. Allí cuatro etapas de turbina 112 conectadas secuencialmente forman la turbina 108. Cada etapa de turbina 112 está formada por ejemplo con dos anillos de paleta. Visto en la dirección de flujo de un medio de trabajo 113 al canal para gas caliente 11 sigue una serie de paletas guia 115 de una hilera 125 formada por paletas de rotor 120. Las paletas de rotor 120 están fijadas en un alojamiento interno 138 de un estator 143, mientras que las paletas de rotor 120 de una hilera 125 están por ejemplo colocadas por medio de un disco de turbina 133 en el rotor 10. En el rotor 103 se encuentra acoplado un generador o una máquina de trabajo (no representada) . Durante la operación de la gas turbina 100 él compresor 105 succiona y comprime el aire 135 a través de un alojamiento de succión. El extremo del compresor 105 que se encuentra en el extremo del lado de la turbina, produce aire comprimido el cual se conduce a los quemadores 107 y allí se mezcla con un combustible. La mezcla entonces se quema en la cámara de combustión 110 formando el medio de trabajo 113. De allí fluye el medio de trabajo 113 a lo largo del canal para gas caliente 111 pasando a lo largo de las paletas guía 130 y las paletas de rotor 120. En las paletas de rotor 120 se expande el medio de trabajo 113 transfiriendo el impulso, de tal forma que las paletas de rotor 120 impulsan al rotor 103 y este a la máquina de trabajo acoplada a el. Los componentes en contacto con el medio de trabajo caliente 113, durante el funcionamiento de la turbina de gas están sometidos a fuertes cargas térmicas. Las paletas guía 130 y las paletas impulsoras 120 de la primera etapa de turbinas 112 vistas en la dirección de flujo del medio de trabajo 113, sufren la mayoría de los efectos térmicos junto con los elementos de protección contra el calor colocados en la cámara de combustión anular 110. Para mantener las temperaturas allí imperantes, estos pueden enfriarse por medio de un agente refrigerante. Igualmente los sustratos de los componentes presentan una estructura dirigida, esto es son monocristalinos (estructura SX) o presentan granos dirigidos longitudinalmente (estructura DS) . Como material para los componentes, en especial para las paletas de la turbina 120, 130 y los componentes de la cámara de combustión 110 se utilizan por ejemplo superaleaciones a base de hierro, níquel o cobalto. Esas superaleaciones se conocen por ejemplo por los documentos EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 o WO 00/44949; estos documentos son parte de la descripción en lo que respecta a la parte referente a la composición de la aleación. La paleta guía 130 presenta un soporte de paleta (que aquí no se representa) adyacente al a loj cimiento interno 138 de la turbina 108 y un cabezal de paleta guía que se encuentra! en el lado contrario al soporte de la paleta guía. El cabezal de la paleta guía se encuentra adyacente al rotor 103 y está, fijado a un. anillo de fijación 1 0 del estator 143. La figura 4 muestra una vista en perspectiva de una paleta de rotor 120 o una paleta guia 130 de una máquina generadora de electricidad, la cual se extiende a lo largo de un eje longitudinal 121. La máquina generadora de electricidad puede ser la turbina de gas de un avión o de una planta generadora de electricidad, una turbina de vapor o un compresor . La paleta 120, 130 presentan a lo largo del eje longitudinal 121, una zona de fijación 400, una plataforma para paletas 403 que delimita con ella, asi como una hoja de paletas 406 y una punta de paleta 415. Como paleta guia 130 puede la plata 130 presentar en su punta 415 otra plataforma (no representada) . En la zona de fijación 400 se encuentra formado un soporte para paleta 183, que sirve para fijar la paleta de rotor 120, 130 en su eje o una placa (no representada) . El soporte de la paleta 183 está por ejemplo conformado como cabeza de martillo. También son posibles otras conformaciones tales como forma de pino y de cola de milano. Las paletas 120, 130 presentan para un medio que fluye a lo largo de la hoja de paleta 406, un canto de entrada de flujo 409 y un canto de salida de flujo 412. En el caso de paletas comunes 120, 130 en todas las zonas 400, 403, 406 de la paleta 120, 130 se utilizan por ejemplo materiales metálicos masivos, en especial superaleaciones . Esas superaleaciones se describen por ejemplo en los documentos EP 1 204 776 Bi, EP 1 306 454 , EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 o WO 00/44949; estos documentos son parte de la descripción con respecto a la parte referente a la composición química. La paleta 120, 130 puede producirse por medio de un procedimiento de vaciado, también por medio de solidificación dirigida, por medio de un procedimiento de forjado, por medio de un procedimiento de fresado o por combinaciones de los anteriores . Las piezas de trabajo con estructura o estructuras monocristalinas se utilizan como componentes para máquinas que durante la operación están sometidos a elevadas cargas mecánicas, térmicas y/o químicas . La producción de ese tipo de piezas de trabajo monocristalinas se realiza por ejemplo por medio de una solidificación dirigida desde el material fundido. Se trata aquí de un proceso de vaciado, en el cual la aleación metálica se endurece formando una estructura monocristalina, esto es una pieza de trabajo monocristalina o dirigida. Formándose aquí cristales dendríticos lo largo del flujo térmico y se forman ya sea una estructura de grano longitudinal (columnas, esto es granos que se extienden a todo lo largo de la pieza de trabajo y y aqui habitualmente se definan como solidificadas de forma dirigida) o una estructura monocristalina, esto es toda la pieza de trabajo consiste de un único cristal. En este procedimiento debe evitarse la transferencia la solidificación globulística
(pol icristal ina ) , ya que el crecimiento arbitrario necesariamente forma limites de grano transversales o longitudinales, los cuales perjudican las buenas propiedades del componente endurecido de forma dirigida o monocristalina . Si se trata de microestructuras solidificadas de forma dirigida, entonces se trata de monocristales sin limites de grano o cuando mucho presentan limites de grano de pequeños ángulos, como también en el caso de estructuras cristalinas longitudinales, que ciertamente presentan limites de grao que se extienden en dirección longitudinal, pero que no presentan límites de grano transve sales. En el caso de las segundas estructuras cristalinas mencionadas también puede estarse haciendo referencia estructuras solidificadas di reccionalmente ( di rect ional ly solidi fied structures) . Esos procedimientos se conocen por los documentos US-PS 6,024,792 y EP 0 892 090 Al; estos documentos son parte de la descripción en lo que respecta al procedimiento de solidificación. Igualmente las paletas 120, 130 pueden presentar recubrimientos contra la corrosión o la oxidación, por ejemplo (MCrAlX; M es cuando menos un elemento del grupo de hierro (Fe) , cobalto (Co) , níquel (Ni) , X es un elemento activo y representa itrio (Y) y/o silicio y/o cuando menos un elemento de las tierras raras o hafnio (Hf ) . Esas aleaciones son conocidas por los documentos EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl o EP 1 306 454 Al, que son parte de esta descripción en lo que respecta a la composición química. La densidad es aproximadamente 95% de la densidad teórica. En la capa MCrAlX (como capa intermedia o corno capa más externa) se forma una capa protectora de óxido de aluminio (TGO = thermal grown oxide layer - capa de de óxido de crecimiento térmico) .
Sobre el MCrAlX puede; estar presenta además una capa ¿lisiante del calor, que preferentemente es la capa más externa, y consiste por ejemplo de ZrC>2, Y203-ZrC>2, esto es no está o está parcial o totalmente estabilizada por medio de oxido de itrio y/o óxido de calcio y/u óxido de magnesio. La capa aislante térmica cubre toda la capa de MCrAlX. Por medio de un proceso de de recubrimiento adecuado como por ejemplo evaporación de chorros de electrones (EB-PVD) se producen granos longitudinales en la capa aislante térmica. Son posibles otros procedimientos de recubrimiento por ejemplo inyección de plasma atmosférico (APS), LPPS, VPS o CVD. La capa aislante al calor también preferentemente es más porosa que la capa de MCrAlX. La paleta 120, 130 puede ser hueca o masiva. Cuando las paletas 120, 130 deben enfriarse, es hueca y presenta eventua lmente orificios de enfriamiento de película 418 (mostradas con líneas punteadas), que preferentemente se producen de acuerdo con el procedimiento de acuerdo con la invención. La figura 5 muestra una. cámara de combustión 110 de la turbina de gas 100. La cámara de combustión 110 está conformada por ejemplo como una llamada cámara de combustión anular, en la cual una pluralidad de quemadores 107 colocados periféricamente alrededor de un eje de rotación 102 y que desembocan en una cámara de combustión conjunta 154, producen las flamas 156. Para esto la cámara de combustión 110 está conformada totalmente como una estructura anular, que se encuentra colocada alrededor del eje de rotación 102. Para logar un grado de efectividad comparativamente elevado la cámara de combustión 110 está conformada para una temperatura comparativamente elevada del medio de trabajo M de aproximadamente 1000° a 1600°C. Para hacer posible una duración operativa comparativamente larga en el caso de parámetros de operación desventajosas para los materiales, la pared de la cámara de combustión 153 del lado adyacente al medio de trabajo M está provisto con un revestimiento interno formado por elementos protectores contra el calentamiento 155. Debido a las altas temperaturas en el interno de la cámara de combustión 110 puede estar provisto con un sistema de enfriamiento para los elementos de protección contra el calentamiento 155 o para sus elementos de soporte. Los elementos de protección térmicos 155 entonces son por ejemplo huecos y poseen orificios de enfriamiento (no representados) los cuales desembocan en la cámara hueca 154, que presentemente se producen con el procedimiento de de acuerdo con la invención. Cada elemento de protección contra el calentamiento 155 hecho de una aleación está provisto del lado del medio de trabajo con una capa de protección especial resistente al calor (capa de MCrAlX y/o un recubrimiento cerámico) o está producido de un material resistentes a las altas temperaturas (p iedra s ce rámicas mas ivas ) . Las capas de protección pueden ser similares a las paletas de turbinas, o sea significa por ejemplo MCrAlX; M es cuando menos un elemento del grupo de hierro (Fe) , cobalto (CO) , níquel NI), X es un elemento activo y representa itrio (Y) y/o silicio y/o cuando mencs un elemento de las tierras raras o hafnio (Hf ) . Esas aleaciones son conocidas por los documentos EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl o EP 1 306 454 Al, que son parte de esta descripción en lo que respecta a la composición química . Sobre el MCrAlX puede estar todavía presente por ejemplo una capa de aislamiento térmico cerámico y consistir por ejemplo de Zr02, Y¿03-ZrO;, esto no están estabilizados o están estabilizados parcial o totalmente por medio de óxido de itrio y/o óxido de calcio y/o óxido de magnesio. Por medio de un procedimiento de recubrimiento adecuado como por ejemplo la evaporación de chorro de electrones (EB-PVD) se producen granos alargados en la capa aislante al calor. Son posibles otros procedimientos de recubrimiento por ejemplo inyección de plasma atmosférico (APS) , LPPS, VPS o CVD. La capa aislante al calor pueden ser granos llenos de poros, micro- o raacrof isuras para resistir mejor el choque térmico. La renovación ( re furbi shment ) significa que las paletas de las turbinas 120, 130, los elementos protectores contra el calentamiento 155 después de su uso eventualmente deben liberarse de las capas de protección (por ejemplo por medio de chorros de arena) . Después se realiza el retiro de las capas o los productos de corrosión y/u oxidación. Eventualmente se reparan aun las fisuras en las paletas de turbina 120, 130 o en el elemento de protección contra el calor 155. Después se aplica un nuevo recubrimiento a las paletas de turbina 120, 130, los elementos de protección contra el calentamiento 155 y un nuevo uso de las paletas de turbina 120, 130 o los elementos protectores contra el calentamiento 155.