NL8202211A

NL8202211A - Werkwijze en mengsel ter verwijdering van aluminide bekleding van nikkel superlegeringen.

Info

Publication number: NL8202211A
Application number: NL8202211A
Authority: NL
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 1981-06-03
Filing date: 1982-06-01
Publication date: 1983-01-03
Also published as: FR2507198B1; JPH0245712B2; FR2507198A1; GB2099459B; IL65955A0; US4339282A; BE893288A; GB2099459A; SE8203395L; IL65955A; NL191762C; SE458689B; JPS57210977A; NL191762B

Description

L -¾ 50 628 -1-

Werkwijze en mengsel ter verwijdering van aluminide bekle-ding van nikkel superlegeringen.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op chemische . etsmiddelen en werkwijzen voor het verwijderen van bekledin-gen van metaaldelen, in het bijzonder op de verwijdering van corrosiebestendige bekledingen van nikkel superlegerin-5 gen.

Hoge temperatuur superlegeringen zoals de legeringen U-700, IN-100, MAR M-200 en dergelijke, bestemd om bij hoge temperaturen te worden gebruikt in gasturbinemotoren, zijn bijzonder sterk en bestand tegen oxydatie en corrosie bij 10 hoge temperaturen. Het ontwerp van superlegeringsamenstel-lingen omvat altijd inruilingen tussen verbeterde corrosie-weerstand en verbeterde sterkte. Om deze reden zijn super-legeringcomponenten vaak aan de oppervlakte voorzien van bekledingen van materialen die in het bijzonder zijn gefor-15 muleerd teneinde weerstand te bieden tegen corrosie.

Tijdens het gebruik raken onderdelen versleten of bescha-digt tot het punt waarop zij moeten worden hersteld onder toepassing van uiteenlopende werkwijzen zoals machinale bewerking, vormgeving, en lassen. Bij deze werkwijzen is 20 het vaak nbodzakelijk het gedeelte te onderwerpen aan hoge temperatuur, of het bloot te stellen aan een herhaalde be-handeling van de oorspronkelijke warmte, gedurende welke de bekleding onwenselijk in wisselwerking treedt met het substraat. Hierom, en omdat de oude bekledingslaag ongelijk-25 matig kan zijn en deze zelf slechter kan zijn geworden is het noodzakelijk om de oude bekledingslaag van het onderdeel te verwijderen of weg te trekken. Vanwege de onregelmatige omtrekken van onderdelen zoals gasturbinebladen, kan dit dikwijls niet geschikt worden gedaan met mechanische midde-30 len. Voorts heeft mechanische afscheuring het nadeel van on-vermijdelijke verwijdering van enig substraat, waaraan onderdelen met kritische afmetingen geen weerstand aan kunnen bieden. Daarom hebben chemische strippingsmethoden de voor-keur. Bij wijze van typering wordt een onderdeel ondergedom-35 peld in een chemische oplossing die de bekledingslaag aanvalt. Strippen wordt echter niet gemakkelijk uitgevoerd omdat de werkelijke aard van de bekledingslaag is, dat hij bestand is 8202211 -2- tegen chemische inwerking in het algemeen. Bovendien heeft een chemische oplossing die voldoende sterk is om op de be-kleding in een economisch uitvoerbare tijd in te werken, ook de. neiging in te werken op het substraatmateriaal, dat 5 bijzonder nadelig is als dat leidt tot plaatselijke inwerking bij de korrelgrenzen. Het substraat wordt daardoor verzwakt, en herstel van het onderdeel tot dienstbaarheid wordt onmogelijk.

De onderhavige uitvinding is in het bijzonder gericht 10 op het probleem van verwijdering van een aluminide bekle-dingslaag van een superlegering op basis van nikkel. Een typerende samenstelling van een dergelijke bekleding zou kunnen zijn die welke wordt verkregen door een pakket-cemen-teringswerkwijze onder toepassing van aluminiumsilicium-15 legeringspoeder, zoals wordt vermeld in het Amerikaanse octrooischrift 3.544.348. Fundamenteel is de bekleding op het gerede onderdeel nikkelaluminide, NiAl. Uiteenlopende chemische oplossingen zijn tot nu toe gebruikt voor het weghalen van aluminidebekleding van nikkel super1egeringen. 20 In de praktijk wordt de component herhaalderlijk ingedom-peld in een zure oplossing, gewassen met water, gedroogd, met zand geblazen en opnieuw gedompeld in het zuur, etc. Oplossingen die zijn gebruikt zijn 20 vol.% salpeterzuur, rest water; 12,5 vol.% salpeterzuur, 5 vol.% fosfor-zuur, 25 rest water; 15 g/1 water van geregistreerd Metex M 628 droge zure zouten (Mac Demid Corp., Waterbury Connecticut); en een mengsel van salpeterzuur, water en geregistreerde oplossing ASC-2-N (Alloy Surfaces, Inc., Wilmington, Delaware). Met de meest begunstigde 20% salpeterzure oplos-30 sing is tijdens elke indompeling krachtig roeren vereist ter voorkoming van plaatselijke aantasting. Dit betekent dat alle gebieden van een component, zoals inzinkingen of holten die niet kunnen worden doorgespoeld, potentieel ge-neigd zijn tot voming van plaatselijke putjes, die de 35 mechanische sterkte van de component afbreken. Verwijdering van bekleding gaat langzaam, maar de totale indompelings-tijd in de zure oplossing moet niet 7 uur overschrijden, omdat vastgesteld is, dat langer dan deze tijd het substraat ongunstig intergranulair wordt aangevallen.

40 Daarom bestaat de behoefte aan een verbeterde werkwijze 8202211 i «' 4 -3- ter verwijdering van aluminidebekledingen die de onderhavi-ge uitvinding vervult. De uitvinding staat in verband met de "copending" Amerikaanse octrooiaanvrage 192.668, "Selective Chemical Milling of Recast Surfaces", en daarin 5 is beschreven het selectief chemisch ruwen (milling) van opnieuw gegoten lagen, die ontstaan uit plaatselijke smelting van superlegeringen, zoals die welke berusten op MAR M-200 legering. Een enigszins geringere graad van verband zal worden gevonden met de Amerikaanse aanvrage 192.667, 10 "Chemical Milling of High Tungsten Content Superalbys", waarin beschreven zijn oplossingen voor het chemisch ruwen van superlegeringen met hoge wolfram gehalte.

Volgens de uitvinding worden aluminide bekledingslagen van legeringen op basis van nikkel verwijderd door de bekle-15 ding in aanraking te brengen met een verwijderihgsoplossing met de samenstelling van 43-48 vol.% geconcentreerd salpeter-zuur, 7-12 vol.% geconcentreerd zoutzuur, rest water, bevat-tende 0,024-0,075 mol/liter chloridion en tenminste 0,016 mol/liter sulfaation. Bij voorkeur zijn de ionen aangebracht 20 door in de oplossing te brengen 0,008-0,025 mol/liter FeCl3, en tenminste 0,016 mol/liter CuSO^.- Bij voorkeur bevat de oplossing 45 vol.% salpeterzuur, 9-11 vol.% zoutzuur, rest water, tenminste 0,008 mol/liter FeCl^, en CuSO^ wordt in een molverhouding van 2:1 met de ferriechloride gehouden.

25 Tijdens de verwijdering wordt een component bij voorkeur gedompeld in een geroerde oplossing bij 60-71°C en onderwor-pen aan periodieke dampblazing.

De uitvinding is doeltreffend bij het snel verwijderen van aluminium legeringsbekledingen van nikkellegeringssub-30 straten. Toch vindt geen aanval van betekenis op het sub-straat plaats, zelfs als het in de oplossing wordt gelaten voor een aanzienlijke periode nadat alle bekleding is verwijderd. Daarom wordt het weghalen gemakkelijker en sneller gemaakt, en worden de kosten van herstel verlaagd.

35 De beste variant van de uitvinding wordt beschreven in termen van nominaal verwijderen van een bekledingslaag van NiAl vanaf de superlegering MAR M-200+Hf (9 gew.% Cr, 10 gew.% Co, 2 gew.% Ti, 5 gew.% Al, 12,5 gew.% W, 0,14 gew.% C, 1 gew.% Nb, 2 gew.% Hf, 0,015 gew.% B, rest Ni). De uit-40 vinding zal in het algemeen echter nuttig blijken ter alumini- 8202211 * » » -4- um bevattende bekledingen van andere samenstelling te ver-wijderen van andere superlegeringen op basis van nikkel zoals B-1900, IN-100, U-700, etc.

Volgens de uitvinding bestaat een Voorkeur weghalings- 5 oplossing uit 45 vol.% HNO^, 11 vol.% HC1, rest water/ waaraan 0,008 mol/liter FeCl^ en 0,016 mol/liter CuSO^ wordt toegevoegd. Als in deze beschrijving HN03 wordt ge- bruikt verwijst dit naar geconcentreerd salpeterzuur (70%) en HC1 verwijst naar geconcentreerd zoutzuur (37%).

10 Een aantal weghalingsoplossingen werden beoordeeld toen gekomen werd tot de onderhavige uitvinding, waarvan enkele zijnweergegeven in tabel A. De manier waarop de oplossingen werden beoordeeld bestond emit dat men de snelheid bepaalde waarmee de bekleding werd verwijderd, tezamen met de mate Ί5 waarin het substraatmetaal werd aangevallen, op proefstukken van MAR M-200+Hf met een 88Al-12Si-halogenide type pakket cementeringsbekleding met een dikte van ongeveer 0,04-0,08 mm.

Of een bekleding verwijderd is kan worden bepaald door een component ongeveer een uur lang bij ongeveer 540°C in een 20 oxydatie-atmosfeer te verhitten; een blauwe kleur wijst op onbeschermd basismetaal en verwijdering van de bekleding; grijs wijst erop, dat bekleding overblijft. Ter bepaling of inwerking op het basismetaal optrad, werd het monster metallografisch onderzocht onder toepassing van conventionele 25 nikkeliegering etsmiddelen. Waarnemingen werden gedaan aan het oppervlak voor putjesvorming en de mate waarin korrel- grenzen werden aangevallen. De oplossingen werden krachtig geroerd terwijl zij een temperatuur hadden van 60-71°C.

Periodiek werden de monsters verwijderd uit de oplossingen, 30 gewassen en met waterdamp beblazen onder toepassing onder — 6 gebruikmaking van minder dan 74x10 m siliciumdioxyde-deeltjes bij de intervallen die zijn weergegeven in de tabel. De gegevens tonen aan dat, wanneer zoutzuur niet aan-wezig was, de verwijdering van de bekledingslaag onaanvaard-35 baar langzaam was. Zie tests 9 en 11. Aan de andere kant werd waargenomen dat, wanneer de concentratie van zoutzuur werd verhoogd tot 13% of hoger, het substraat werd aangevallen. Zie tests 4 en 5. De insluiting van ferrichloride en kopersulfaat in de combinatie bleken noodzakelijk. Hun totale 40 afwezigheid deed binnen 4 min. een aanval op het basismetaal 8202211 -5- J*. Λ <_ % ontstaan, zoals in test 6. Wanneer slechts het kopersulfaat aanwezig was, trad ook aantasting op, zoals test 7 laat zien. Daarom vergroot de toepassing van alleen ferrichloride de verwijderingssnelheid van de bekleding, maar heeft ook de 5 neiging putjesvorming te doen ontstaan en intergranulaire inwerking te doen ontstaan; deze neigingen worden belemmerd door de toevoeging van het kopersulfaat dat echter, als een afzonderlijke toevoeging schadelijk is. Eerder werden soortgelijke effecten beschreven in de Amerikaanse aanvrage 10 192.668 van aanvraagster, waarbij opnieuw gegoten lagen werden verwijderd.

Als gevolg van de voorafgaande onderzoeken werd de gevolgtrekking gemaakt, dat een verbeterde oplossing sal-peterzuur zal bevatten tussen 43-48%, bij voorkeur 45%; 15 zoutzuur, dat, zoals werd aangeduid, zorgvuldig moet worden geregeld, dient niet 12% te overschrijden en kan in het traject met ondergrens 7% of zelfs lager liggen, als lage verwijderingssnelheden gewenst worden. Maar bij voorkeur wordt de hoeveelheid zoutzuur gestuwd naar het hoge eind 20 van het onderhavige traject, dat wil zeggen rondom 9-11%, teneinde een goede verwijderingssnelheid te bereiken, ter-wijl in de praktijk problemen worden vermeden die kunnen ontstaan tengevolge van varieringen in oplossingen met de tijd, en in metaalsamenstellingen van component tot 25 component. Op basis van een eerder experiment van aanvraagster en de hier verkregen resultaten, kan ferrichloride liggen in het traject tussen 0,008-0,025 mol/liter; ten-minste 0,016 mol/liter kopersulfaat dient te worden toegevoegd. Daarmee in verband staande ervaring van aan-30 vraagster heeft aangetoond dat de.hoeveelheid kopersulfaat kan liggen in het traject tot ten hoogste 0,083 mol/liter.

De molverhouding van kopersulfaat ferrichloride is bij voorkeur in de verhouding van 2 staat tot 1. Natuurlijk kunnen andere verbindingen worden gebruikt ter verschaf-35 fing van de chloride en sulfaationen in de oplossing, die het FeCl3 en OuSO^ verschaffen. Dat wil zeggen er dienen 0,024-0,075 mol/liter chloridionen en tenminste 0,016 mol/-liter sulfaationen te zijn.

De voorkeurvolgorde van bewerkingen wanneer gebruik 40 wordt gemaakt van nieuwe oplossing is als volgt: blazen 8202211 -6- met damp; 10 rain, lang onderdompelen in de oplossing; ver-wijderen en wassen; blazen met damp; 10 min. lang onder-dompelen in de oplossing; verwijderen en wassen; blazen met damp; verifiering van verwijdering van bekleding. Aldus 5 kan te zien zijn dat het mogelijk is een bij benadering 0,05 mm dikke aluminidebekleding te verwijderen in 20 min., vergeleken met een tijd van ongeveer 180 min., waarbij de methoden uit de stand van de techniek werden gebruikt, die beschreven zijn in het gedeelte met achtergrondinformatie.

10

Tabel A

8202211 4-> -7- 4J -P 5 ς* £ ^

Ο) . id <d <D S

-P U U +) JTJ

I (d -H -ri id +> S »W *H S '3 td ·... to μ η η jh -· & nJ+J (D C C <D 03 S'

μ r-i <D tjitj'&'&i+J

+J (d -H s = -rl -Η ·Η ·Η 0) = “ = ® 03 > C C w w C ·η

0 Λ C <D (DC

a 3 Λ H W (d

Q

H

a

W

M nQ

m -η 1 Si ρί p 5 j-j

O (Dm B B

u > S td id 0 Cn w ns (d

2 ' d 03 N N

H -H#-d *3 &> Tj ω 'd.5 0--:::: = ¾¾¾¾ CO Φ 3 2. ^ o 5 ° o r-i'3cr> HbiHOi

Cl Ό (¾ <D T? Ο ϋ H Td d I -rv

d ®-H

H

t« I» 5 ^gnjnJUUUfdnSnJnSiddd

W C -H

g ·ΗΗ 3 ω a eh _ * ^. * ^ · · · >2j J^=: = = |CSIWCI<N J .5 K μ (Λ CH g g g a eh <» a H ra 4-> <j η in o

Eh CQ ·η H

H > « = = 6 B S^”=::=llrHHCMlr» ^ M M -Η β

C

• o _ <3 % = = H ' 5 m nr~vO'=r,3'rH',ou:ivDO'sDO!£

3 Si , ^ ^ ^ 4J

* * s . .

c C

S -g u . 2

Or, ^ror-o^o^CT' 1 ^ 1 ^ 3 P a; m σ> r-4 ^ Ή Λ - s 0)

§ i—I r-J iH

£ td (d td 0 « id d id >ζοοιηιη<θ<Ν!ΛιΛα>οιηο·η ooo 3 c c c

C -Η ·Ή -H

1 e e fi 3 Λ

JH «TOO

rH <N

+1 — — ~ w o ^-i «v* id Λ _o ^ r-icsjr^'TLOMar^cOT''-1'-1"'1 ---- 8202211 -8-

Bovendien valt de nieuwe oplossing vanwege zijn unieke chemie het basismetaal niet aan, gesteld dat het onderdeel extra tijd wordt ondergedompeld. In de onderhavige tests 1 en 2 werd het substraat 30 min. extra ondergedompeld en onder-5 ging geen schadelijke aanval.

Periodiek blazen met damp is zeer belangrijk ter ver-sterking van het gebruik van de nieuwe oplossing. De bekle-ding heeft de neiging het eerst te worden aangevallen vanaf rondom de randen van het proefstuk. Blazen met damp heeft 10 de neiging deze reactie gelijk te verdelen en de verwijdering van de bekleding vanaf het midden van het proefstuk te doen ontstaan. De effecten van periodiek blazen met damp werden beoordeeld, vanaf elke minuut blazen, tot elke 5 min., tot elke 10 min. tot in het geheel niet. Het is natuurlijk uit 15 het oogpunt van verrichten van nuttig werk wenselijk het aantal behandelingen met dampblazen zo klein mogelijk te maken. Zonder het blazen met damp wordt echter een zwarte vlek opgebouwd die de verwijderingssnelheid in grote mate vertraagt. Met de optimale oplossing bleek in test 3 dat 20 έέη dampblaasbehandeling na 10 min. voldoende was; als de bekleding na een onderdompeling van 10 min. extra niet geheel was verwijderd, dan zou nog een blazing zijn toege-past.

Een finale dampblazing wordt aan het eind gegeven ter 25 verwijdering van overblijvend zwart en ter verbetering van het uiterlijk. Roeren is wenselijk in overeenstemming met de conventionele praktijk ter vermijding van stagnatie en plaatselijke uitputting van de oplossing. Het temperatuur-traject kan verschillen van datgene wat hierboven is aan-30 gegeven. Bij lagere temperaturen is de verwijderingssnel-heid echter langzaam; bij hogere temperaturen vindt grotere vervluchtiging van de oplossing en daaruit ontstane ver-andering in samenstelling plaats.

Hoewel de uitvinding wordt beschreven in termen van 35 verwijdering van een nikkelaluminidebekleding van MAR M-200, neemt men aan dat de uitvinding nuttig is voor verwijdering van andere bekledingen die overwegend aluminium zijn, daar-onder begrepen die welke benaderen Ni^Al, ΝΪ2Α1, etc. In feite kan elke andere bekleding die ontvankelijk is voor 40 inwerking van oplossing worden verwijderd, omdat de verdienste 8202211 -9- van de onderhavige oplossing is, dat hij inwerkt op bepaalde materialen, maar in de tijd die vereist is voor verwijdering van een typerende bekleding zal hij niet significant inwer-ken op onbeschermd naburig nikkellegeringsubstraatmateriaal.

5 Hoewel deze uitvinding is weergegeven en beschreven met het oog op een voorkeur uitvoeringsvorm, dient het aan de deskundige duidelijk te zijn dat uiteenlopende veranderingen in de vorm en detail daarvan kunnen worden· gemaakt zonder buiten het kader van de onderhavige uitvinding te geraken.

10 -conclusies- 8202211

Claims

V ·*· ·' ^ -10- -Conclus ies- l.Werkwijze ter verwijdering van een aluminidebekleding van een nikkel superlegering voorwerp, met h e t k e n m e r k, dat men de bekleding in aanraking brengt met een weghaaloplossing met een samenstelling, die in wezen 5 bestaat uit 43-48 vol.% geconcentreerd salpeterzuur, 7-12 vol.% geconcentreerd zoutzuur, 40-50 vol.% water, dat 0,024-0,075 mol/liter chloridionen en tenminste 0,016 mol/-liter sulfaationen bevat. 10
2.Werkwijze volgens conclusie 1, m e t h e t k e n m e r k, dat men tenminste 0,016 mol/liter CuSO^ en 0,008 - 0,025 mol/liter FeCl^ gebruikt.
3.Werkwijze volgens conclusie 2, m e t h e t 15 k e n m e r k, dat de‘samenstelling 43-48 vol.% geconcentreerd salpeterzuur en 9-11 vol.% geconcentreerd zoutzuur, 41-48 vol.% water bedraagt, en waarbij de mol.verhouding van FeCl-j en CuSO^ wordt gehouden op ongeveer 1:2, 20
4.Werkwijze volgens edn of meer van de conclusies 1 of 2,met het kenmerk, dat de oplossing wordt gehouden op ongeveer 60-71°C en waarbij het voorwerp wordt verwijderd uit aanraking met de oplossing en met damp wordt beblazen met periodieke tijdsintervallen. 25
5.Weghaaloplossing ter verwijdering van een aluminidebekleding van een superlegering op basis van nikkel onder uitvoering van de werkwijze volgens conclusie 1-4, gekenmerkt doordat hij in wezen bestaat uit 30 43-48 vol.% geconcentreerd salpeterzuur, 7-12 vol.% gecon centreerd zoutzuur, 40-50 vol.% water, dat 0,024-0,075 mol/-chloridionen en tenminste 0,016 mol/liter sulfaationen bevat. 8202211 »-_ -Λ ' 1 « -11-
6.Strippingsoplossing volgens conclusie 5, g e k e n-m e r k t door 43-48 vol.% geconcentreerd salpeterzuur, 7-12 vol.% geconcentreerd zoutzuur, 40-50 vol.% water, tenminste 0,016 mol/liter CuS04 en 0,008-0,025 mol/liter 5 PeCl3.
7.Strippingsoplossing volgens conclusie 5, geken-m e r k t door 43-48 vol.% geconcentreerd salpeterzuur, . 9-11 vol.% geconcentreerd zoutzuur, 41-48 vol.% water, 10. en waarin de molverhouding van FeCl^ en CuSO^ wordt ge-houden op ongeveer 1:2. 8202211