NL8102705A

NL8102705A - Werkwijze voor het verwijderen van afzetting van een oppervlak.

Info

Publication number: NL8102705A
Application number: NL8102705A
Authority: NL
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1980-06-06
Filing date: 1981-06-04
Publication date: 1982-01-04
Also published as: IL62598A0; DE3121833C2; IL62598A; JPS5723073A; NL189820C; IT8121977A0; US4317685A; JPH0141710B2; DE3121833A1; IT1137031B; FR2483963B1; FR2483963A1

Description

S 2348-1Λ32 Ned.

P & C 4 - *

Werkwijze voor het verwijderen van afzetting van een oppervlak.

De uitvinding heeft betrekking op het verwijderen van afzetting van het oppervlak van een voorwerp, en meer in het bijzonder op het verwijderen van oxide uit inwendige doorgangen die zich in een voorwerp bevinden.

5 Daar een verbetering in het gedrag van moderne gasturbine- motoren is verkregen door verhoging van de temperaturen die in het turbinegedeelte optreden, is het gewenst gebleken massieve componenten, zoals turbineschoepen, te vervangen door met luchCgekoelde configuraties.

In het algemeen bevindt zich in het inwendige van deze met lucht gekoelde 10 of holle componenten een serpentine-vormige doorgang voor vloeistof en een aantal openingen in inwendige wanden alsmede in uitwendige wanden ter verschaffing van de doorgang en het uitstromen van koelvloeistof respectievelijk in en uit het inwendige van het voorwerp. Een representatief, met vloeistof gekoeld draagvlakprofiel dat gebruikt wordt onder 15 omstandigheden van hoge temperatuur, wordt beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.628.885. Zoals uit de gecompliceerdheid van het ontwerp blijkt, is de vervaardigingvan een dergelijke component kostbaar.

Omdat componenten zoals turbine-draagvlakprofielen bestemd zijn te werken onder rigoureuze omstandigheden bij verhoogde temperatuur, 20 kunnen zich op zowel uitwendige oppervlakken als inwendige oppervlakken van doorgangen oxide, silicaat en sulfide bevattende afzettingen verzamelen. Deze afzettingen zijn in het bijzonder kritisch op inwendige oppervlakken, daar ze de stroming van koelvloeistof, in het bijzonder door de betrekkelijk nauwe openingen of kanalen in inwendige en uitwendige 25 wanden, nadelig kunnen beïnvloeden en daarmee de warmte-overdrachts-eigenschappen van de component nadelig kunnen beïnvloeden.

Men heeft getracht de kostbare, met vloeistof gekoelde componenten, zoals turbineschoepen, te herstellen door verwijdering van deze afzetting van uitwendige oppervlakken door toepassing van mechanische 30 middelen zoals zandstralen, roterende afslijtgereedschappen en ultra-sonore trillingen voor uitwendige oppervlakken. Deze mechanische middelen zijn praktisch onwerkzaam op inwendige oppervlakken zoals doorgangen (kanalen) voor koelmiddelen. Men heeft zure uitloogmiddelen onderzocht, waarbij bleek dat door een sterke aantasting van het metaal van de compo-35 nent koeldoorgangen, in het bijzonder kleine openingen, onaanvaardbaar worden vergroot en de koeleigenschappen van de component nadelig worden beïnvloed. Verder kan behandeling met fluoridedamp ter verwijdering van oxide leiden tot het verwijderen van enig aluminium van het oppervlak dat wordt behandeld.

81 02 7 05

Ca ' <# - 2 -

Volgens een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding voor het verwijderen van oxide, silicaat en/of sulfide (of hun gecombineerde reactieprodukt) bevattende afzetting van een oppervlak van een voorwerp, in het bijzonder van het oppervlak van een inwendige door-5 gang of opening in een voorwerp dat is blootgesteld aan bedrijfsomstandigheden van hoge temperatuur, verschaft men een waterige oplossing van een alkalimetaalhydroxide, bij voorkeur NaOH en/of KOH, welk hydroxide in de oplossing aanwezig is in een hoeveelheid van circa 20 gew.% tot een hoeveelheid die een verzadigde waterige oplossing bij een temperatuur 10 van circa 340°C verschaft. De afzetting op het oppervlak wordt in aanwezigheid van een niet-oxiderende atmosfeer in contact gebracht met de waterige oplossing in een autoclaaf die verhit wordt op een temperatuur van circa 200°-340°C gedurende een tijd die voldoende is om de oplossing te laten reageren met de afzetting onder vorming van een in de oplossing oplosbaar 15 reactieprodukt van de afzetting. Men verschaft een relatieve beweging tussen de oplossing en de afzetting om voortzetting van de reactie mogelijk te maken. Hierna wordt het reactieprodukt met de oplossing van het oppervlak, bijvoorbeeld een inwendige doorgang, gespoeld. Daar door retentie van alkalisch materiaal in een inwendige doorgang corrosie van het voorwerp 20 in hete toestand bij hiernavolgende bewerkingen bij hoge temperatuur kan bevorderen, verdient het de voorkeur het alkalimetaalhydroxide te neutraliseren door de doorgang te spoelen met een verdund neutraliserend zuur, ofschoon ook herhaald spoelen met water kan worden toegepast. De in een autoclaaf uitgevoerde methode met loog is in het bijzonder geschikt bij 25 een werkwijze voor het herstellen van een wand van een inwendige doorgang of een opening in een voorwerp dat vervaardigd is uit een legering van het type dat toegepast wordt in gasturbinemotoren en als basis ten minste één van de elementen Fe, Co en Ni bevat. Indien een inwendige bekleding gewenst is,, kan deze bekleding vervolgens worden aangebracht na de ver-30 wijdering van de afzetting.

Voorkeursuitvoeringsvormen

Uitlogen met zuur als middel voor het reinigen of verwijderen van afzetting van inwendige doorgangen in onderdelen van gasturbinemotoren die in bedrijf zijn geweest, kan leiden tot een ondoelmatige 35 inwendige reiniging en een excessieve stroming van koelvloeistof tengevolge van vergroting van openingen of doorgangen voor het koelmiddel. Het gevolg hiervan is de afkeuring van anderszins bruikbare voorwerpen. De werkwijze volgens de uitvinding verschaft een middel voor het verwijderen van afzetting, in het bijzonder uit al dan niet beklede inwendige door- 8102705 - 3 - gangen en openingen ±n componenten, zonder een belangrijk effect op de als substraat dienende legering of op een eventueel op de legering afgezette bekleding.

Het Amerikaanse octrooischrift 4.073.662 beschrijft een werk-5 wijze voor het verwijderen van een keramisch kernmateriaal uit een giet-stuk dat rond het kernmateriaal is gevormd. Deze literatuurplaats beschrijft de toepassing van een waterige NaOH- of KOH-oplossing in een verhitte autoclaaf voor het uitlogen van de kern. Volgens de onderhavige uitvinding wordt hetzelfde type in een autoclaaf verhitte waterige hydroxide-10 oplossing toegepast. Verrassenderwijs is echter gebleken dat ten aanzien van de verwijdering van een afzetting van een oxide of sulfide of silicaat of combinaties hiervan van de wanden van een inwendige doorgang van een voorwerp bepaalde kritische factoren bestaan voor wat betreft het doelmatig verwijderen van deze afzetting en gelijkertijd het vermijden van 15 een betrekkelijk instabiele druk in de autoclaaf. Zo is bijvoorbeeld volgens de uitvinding gebleken dat circa 20-75 gew.% hydroxide nodig is voor een praktische verwijdering van de afzetting; bij voorkeur bedraagt deze hoeveelheid hydroxide 30-40 gew.%. Beneden circa 20 gew.% verloopt de reactie te langzaam, terwijl een hoeveelheid van circa 75 gew.% een 20 verzadigde waterige oplossing bij de beoogde maximale bedrijfstempera-tuur van circa 340°C verschaft. Bij deze temperatuur wordt door de oplossing een kritische betrekking tussen damp en vloeistof benaderd. Een hogere temperatuur dan circa 340°C leidt tot een zeer snelle druktoename bij verhoging van de temperatuur en daarmee een instabiele zeer hoge 25 druk in het vat van de autoclaaf. Derhalve wordt volgens de uitvinding een temperatuur van circa 200-340°C toegepast om een dergelijke kata-strofale toename in de druk te vermijden. Volgens de uitvinding is gebleken dat een aanzienlijke toename in verwijdering van afzetting plaatsvindt wanneer de temperatuur op een waarde van ten minste circa 230°C 30 wordt gehouden. Derhalve wordt volgens de uitvinding de voorkeur gegeven aan een temperatuur van 230-330°C. Daar de verwijdering van afzetting verdubbelt bij toename van het percentage hydroxide van 20 tot 40 gew.%, wordt de voorkeur gegeven aan 30-40 gew.% hydroxide. De tijd gedurende welke de afzetting wordt blootgesteld aan het alkalische materiaal, welke 35 periode in het algemeen circa 2-10 uren bedraagt, hangt af van het type en de dikte van de te verwijderen afzetting alsmede van de concentratie van het hydroxide en de temperatuur van het bad.

De uitvinding is in het bijzonder geschikt voor het verwijderen van afzetting die oxide, sulfide, silicaat of een combinatie hiervan 8102705 - 4 - r v. * l « bevat, van de inwendige oppervlakken van super legeringen die bij hoge temperatuur in gasturbinemotoren worden toegepast en in het algemeen één of meer van de overgangselementen Fe, Co en Ni als basis bevatten.

In het bijzonder gebruikt men superlegeringen op basis van Ni en op basis 5 van Co als constructiemateriaal in turbineschoepen van gasturbinemotoren. Derhalve werd de uitvinding in het bijzonder onderzocht voor de turbineschoepen van een commercieel toegepaste vliegtuig-gasturbinemotor, welke schoepen vervaardigd waren van een materiaal dat soms wordt aangeduid als "Rene '80" legering. Deze legering wordt beschreven in 10 het Amerikaanse octrooischrift 3.615.376. Na in een gasturbinemotor in bedrijf te zijn geweest, werd waargenomen dat een corrosie-afzetting van circa 50 jam was afgezet op de inwendige oppervlakken van een schoep met een soortgelijke configuratie als beschreven in het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift 3.628.885.

15 VOORBEELD I

Men plaatste deze door een motor aangedreven turbineschoepen in een autoclaaf waarin ze werden ondergedompeld in een oplossing van 40 gew.% NaOH en voor de rest water. Na afsluiten werd de autoclaaf gespoeld met argongas en vervolgens gedurende circa 2 uren op een tempe-20 ratuur van circa 350°C verhit. De oplossing werd door schoepen geroerd, maar uiteraard is iedere relatieve beweging tussen het inwendige van de schoep en de oplossing geschikt. Nadat de turbineschoepen in de autoclaaf aan de oplossing waren blootgesteld, werden ze verwijderd; de oplossing, die nu tevens het opgeloste produkt, afkomstig van de reactie van de 25 oplossing met de afzetting, bevatte, werd van de inwendige oppervlakken gespoeld met een verdunde waterige oplossing van een mineraal cf organisch zuur,' bijvoorbeeld circa 2 vol.% HCl-oplossing, en vervolgens met water. Het spoelen met verdund zuur verdient de voorkeur voor het neutraliseren en bijdragen aan de verwijdering van alkalische oplossing 30 die in de inwendige doorgangen achtergebleven is, waardoor corrosie bij verhoogde temperatuur van het voorwerp bij hiernavolgend gebruik vermeden wordt. Uit hiernavolgend onderzoek bleek dat de afzetting volledig van het oppervlak van de inwendige delen van de schoep verwijderd was zonder dat dit effect had op de als substraat dienende legering of de afmetingen 35 van de inwendige doorgangen of openingen.

Uit analyse bleek dat het volgens de uitvinding van inwendige oppervlakken van het voorwerp verwijderde deel van de oxide-afzetting overwegend bestond uit A^O^ en Cr2°3* Andere» minder reactieve en niet-reactieve oxiden en sulfiden werden (voor zover aanwezig) met het opge- 81 0 2 7 0 5 - 5 - loste produkt afgevoerd. Dit is mogelijk tengevolge van de inkapseling van deze oxiden in de Al^O^ en bevattende afzetting. Derhalve is de werkwijze volgens de uitvinding voor het verwijderen van de afzetting die het gevolg is van het blootstellen van superlegeringen aan bedrijfs-5 omstandigheden van hoge temperatuur, gebaseerd op het zorgvuldig handhaven van de concentratie van de waterige hydroxide-oplossing (bij voorkeur een oplossing van NaOH en/of KOH) in het traject van 20-40 gew.% hydroxide (en voor de rest water) voor het toepassen vein de oplossing in een autoclaaf in een niet-oxiderende atmosfeer bij een temperatuur 10 van circa 200°-340°C. De niet-oxiderende atmosfeer, bijvoorbeeld argon, is een vereiste en vormt een belangrijk aspect van de uitvinding ter vermijding van de vorming van barsten of scheuren in deze door een motor aangedreven componenten tengevolge van spanningen die door corrosie optreden. Deze barsten of scheuren kunnen het gevolg zijn van de aanwezigheid 15 van resterende spanningen in de componenten en contact bij autoclaaf- temperaturen met zuurstof indien tijdens de verwijdering van de afzetting een oxiderende atmosfeer aanwezig is.

VOORBEELD II

Bij een andere proef werden turbineschoepen van de bovenge-20 noemde superlegering op basis van nikkel ("Rene ’80") volgens de in voorbeeld I beschreven methode van de uitvinding behandeld. Deze gas-turbinemotor-schoepen waren onder woestijnomstandigheden in bedrijf geweest en bevatten zware silicaatafzettingen. In dit voorbeeld bedroeg de behandelingstijd circa 5 uren en men verkreeg dezelfde goede resultaten 25 als in voorbeeld I. Na reinigen werden de schoepen van een aluminidelaag voorzien volgens een werkwijze van het in het Amerikaanse octrooischrift 3.540.878 beschreven type.

De werkwijze van de uitvinding is ook geschikt gebleken voor het verwijderen van de oxide-afzetting, overwegend A^O^, van het met 30 aluminide beklede oppervlak van voorwerpen zoals de bovengenoemde superlegering "Rene '80"), alsmede van het oppervlak van legeringen op basis van kobalt, zoals een onder de aanduiding "X-40" in de handel verkrijgbare superlegering op basis van kobalt. In tegenstelling tot uitlogen met zuur of behandeling met fluoridedamp, wordt bij de werkwijze volgens 35 de uitvinding de niet-geoxideerde aluminidelaag op deze oppervlakken niet aangetast. Bij uitlogen met zuur, dat onderzocht is bij enige methoden voor het verwijderen van afzetting, treedt de neiging op dat deze beschermende bekledingslagen verwijderd worden. Verder kan het zuur het als substraat dienende metaal aantasten, hetgeen leidt tot vergrote openingen 81 0 2 7 0 5 ak >. ·ϋ» - 6 - en beschadiging van het voorwerp. Het uitlogen met zuur is bij een dergelijke methode zeer moeilijk te regelen wegens de diepte van het gevormde reactieprodukt en intergranulaire aantasting op het metaalsubstraat.

8102705

Claims

1. Werkwijze voor het verwijderen van afzetting van een oppervlak van een voorwerp van een bij hoge temperatuur gebruikte legering op basis van ten minste één van de elementen Fe, Co en Ni, welk oppervlak is blootgesteld aan hoge temperatuur, met het kenmerk dat men een waterige alkali-5 metaalhydroxide-oplossing verschaft, in welke oplossing de hoeveelheid hydroxide uiteenloopt van 20 gew.% tot een hoeveelheid die een verzadigde waterige oplossing bij een temperatuur van 340°C geeft; de afzetting met de waterige oplossing in een autoclaaf in aanwezigheid van een niet-oxiderende atmosfeer in contact brengt; de oplossing in de autoclaaf ver-10 hit op 200°-340°C gedurende een periode die voldoende is om de oplossing te laten reageren met de afzetting onder vorming van een reactieprodukt, terwijl een relatieve beweging tussen de oplossing en de afzetting verschaft wordt; en vervolgens het reactieprodukt van het oppervlak spoelt onder verwijdering van de alkalische oplossing.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat men het reactie produkt met een verdunde waterige zuuroplossing van het oppervlak spoelt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de afzetting in hoofdzaak gevormd wordt door oxide, silicaat, sulfide of een combinatie hiervan.

4. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk dat het hydroxide NaOH en/of KOH is en 20-75 gew.% van de waterige oplossing vormt.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk dat het hydroxide 30-40 gew.% van de waterige oplossing vormt.

6. Werkwijze volgens conclusies 1-5, met het kenmerk dat men in de 25 autoclaaf een temperatuur van 230°-330°C toepast.

7. Werkwijze volgens conclusies 1-6, waarbij het oppervlak voorzien is van een aluminium’bevattende beschermende bekledingslaag en de afzetting overwegend aluminiurnoxide bevat, met het kenmerk dat men na het verwijderen van de afzetting en neutralisatie van de alkalische oplossing een metallie- · 30 ke bekleding op het oppervlak aanbrengt.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk dat men een bekleding van aluminide op het oppervlak aanbrengt. 8102705