SE458689B - Foerfarande och komposition foer avlaegsnande av aluminiumbelaeggning fraan varmhaallfasta nickellegeringar - Google Patents

Description

458 689 2- turbinblad, kan detta ofta inte ske mekaniskt på konventionellt sätt. Vidare har mekanisk avrivning den nackdelen att en del av substratet oundvikligen avlägsnas, vilket delar med kritisk stor- lek inte klarar av. Således föredras kemiska avskalningsförfaran- den. Vanligen nedsänkes en del i en kemisk lösning som angriper beläggningen. Emellertid är avskalningen inte enkel att genomföra, då beläggningens natur ju är att motstå kemiska angrepp generellt.

Vidare tenderar en kemisk lösning som är tillräckligt stark för att angripa beläggningen inom en ekonomiskt försvarbar tidsperiod, även att angripa substratmaterialet, vilket är särskilt ofördel- aktigt om det medför lokala angrepp på korngränserna. Substratet försvagas därvid och återställning för drift omöjliggöres.

Föreliggande uppfinning är särskilt avsedd att lösa problemet med avlägsnande av en aluminidbeläggning från varmhållfasta nickel- baserade legeringar. En normal komposition av en dylik beläggning är en sådan som erhålles genom en packcementeringsprocess under utnyttjande av ett pulver av en aluminiumkisellegering enligt t.ex. US-PS 3 544 348. I huvudsak består beläggningen på den fär- diga delen av nickelaluminid, NiAl. Olika kemiska lösningar har hittills använts för avskalning av aluminidbeläggningar från varm- hållfasta nickellegeringar. I praktiken nedsänkes komponenten upp- repade gånger i en syralösning, rengöres i vatten, torkas, bläst- ras och nedsänkes på nytt i syran, etc.. Lösningar som använts är i volym räknat, 20 % salpetersyra, resten vatten; l2,5 % salpeter- syra, 5 % fosforsyra, resten vatten; 15 gm/1 vatten av proprietär Metex M628 torra syrasalter (Mac Dermid Corp., Waterbury, cut, USA); och en blandning av salpetersyra, lösningen ASC-2 USA).

Connecti- vatten och proprietär- -N (Alloy Surfaces, Inc., Wilmington, Delaware, Med den föredragna 20 % salpetersyralösningen erfordras under varje nedsänkning kraftig omröring för att förhindra lokala angrepp. Detta innebär att vilka som helst ytor på en komponent, fördjupningar och hâlrum som inte så lätt kan utjämnas, är potentiellt mottagliga för lokala angrepp som kan försämra kompo- nentens mekaniska hâllfasthet. Avlägsnandet av beläggningen tar lång tid, men den totala nedsänkningstiden stiga 7 timmar, t-êx. i syran får inte över- eftersom efter denna tidsperiod kommer substra- tet att angripas intergranulärt.

Således finns det behov för ett bättre förfarande för avlägs- nande av aluminidbeläggningar.

Föreliggande uppfinning medger avlägsnande av aluminidbe- läggningar från nickelbaserade legeringar genom att bringa be- 3- 458 689 läggningen i kontakt med en avskalningslösning bestående av, i volymprocent räknat, 43-48 % koncentrerad salpetersyra, 7-12 % koncentrerad saltsyra, resten vatten, och innehållande 0,024- -0,075 mol/l kloridjoner och minst 0,016 mol/1 sulfatjoner. Före- trädesvis tillföres jonerna genom att i lösningen införa 0,008- -0,025 mol/1 FeCl3 och minst 0,0l6 mol/1 CuSO4. Företrädesvis innehåller lösningen, i volymprocent räknat, 45 % salpetersyra, 9-ll % saltsyra, resten vatten, minst 0,008 mol/1 FeCl3 och CuSO4 hålles i ett molförhâllande på 2:1 relativt järnkloriden. Vid av- skalning nedsänkes en komponent företrädesvis i en omrörd lösning 1 vid so-71 °c och utsättas för periodisk ångbiästring. ' Uppfinningen medger snabbt avlägsnande av aluminiumlegerings- beläggningar från nickellegeringssubstrat. Ändå föreligger inte något betydande angrepp på substratet, även om det lämnas kvar i lösningen lång tid efter det all beläggning avlägsnats. Avskal- ningen underlättas och tar mindre tid och återställningskostnader- na minskar.

Uppfinningens funktion beskrives bäst i samband med avskal- ning av en beläggning av nominellt NiAl från den varmhållfasta legeringen MAR M-200 + Hf (i viktprocent räknat, 9Cr, l0Co, 2Ti, 5Al, l2,5W, 0,14 C, lNb, 2Hf, 0,0l5B, resten Ni). Dock är upp- finningen användbar för avlägsnande av andra aluminiuminnehållande beläggningar från andra varmhållfasta, nickelbaserade legeringar, såsom B-19oo, IN-ioo, U-700 etc.. F' Enligt uppfinningen består en föredragen avskalningslösning av, i volymprocent räknat, 45 HNO3, ll HCl, resten H20, till vil- ken sättes 0,008 mol/1 FeC13 och 0,016 mol/1 CuS04. Här avses med HN03 koncentrerad salpetersyra (70%) och HCl koncentrerad_saltsyra (37 %). Ett antal avskalningslösningar utvärderades enligt uppfin- ningen, varav en del framgår av tabell l. Det sätt på vilket lös- Ä ningarna utvärderades var genom bestämning av hastigheten på be- läggningens avlägsnande, tillsammans med graden på angreppet på substratmetallen på prover av MAR M-200 + Hf med en 88 Al-l2Si- -halidtyp packcementeringsbeläggning om 0,04-0,08 mm. Ifall be- läggningen avlägsnats bestämmes genom uppvärmning av en komponent i en oxiderande miljö vid ca. 540°C under ca. l timme; en blå färg indikerar oskyddad basmetall och frånvaro av beläggningen; en grå färg indikerar förekomst av beläggning. För att bestämma ifall basmetallen angripits, studerades provet metallografiskt under an- vändning av konventionella etsmedel för nickellegeringar. Obser- vationer gjordes av ytan för frätning och den utsträckning som 458 689 4- korngränserna angripits. Lösningarna omrördes kraftigt vid 60-7l°C.

Periodiskt avlägsnades proverna från lösningarna, rensades och vattenångblästrades med minus 74 x 10-6 m kiseldioxidpartiklar i de intervaller som framgår av tabellen. Data visar, att då salt- syra ej förekom, var avlägsnandet av beläggningen alltför långsam.

Se testerna 9 och ll. Ifall å andra sidan koncentrationen av salt- syra ökade till 13 % eller mer, kunde angrepp på substratet ob- serveras. Se testerna 4 och 5. Tillsättningen av järnklorid och kopparsultat i kombination befanns vara nödvändig. Total avsak- nad därav medförde angrepp på basmetallen inom 4 minuter, som i test 6. Om endast kopparsulfat förekom skedde också angrepp. Se test 7. Användning av endast järnklorid ökar således avlägsnings- hastigheten för beläggningen, men tenderar också att förorsaka frätning och intergranulärt angrepp; dessa tendeser hejdas genom tillsättningen av kopparsulfat, som dock ensamt är skadligt.

Resultatet av föregående studier gav för handen att en bättre lösning skall bestå av salpetersyra till 43-48 %, företrädesvis 45 %; saltsyran, som alltså måste kontrolleras noga, får ej över- stiga l2 % men gå ned till 7 % eller t.o.m. lägre, ifall lägre borttagningshastigheter önskas. Företrädesvis hålles dock mäng- den saltsyra vid intervallets högre värden, d.v.s. omkring 9-ll %, för uppnâende av en tillfredsställande avskalningshastighet sam- tidigt som de problem undvikes som kan uppstå på grund av varia- tioner i lösningar med tiden, och i metallkompositioner från kompo- nent till komponent. Baserat på de tidigare experimenten och re- sultaten därav, kan j ärnkloridinnehållet variera mellan 0,008 och 0,025 mol/l; minst 0,016 mol/l kopparsulfat skall finnas. Andra experiment har visat att mängden kopparsulfat kan uppgå till 0,083 mol/1. Molförhållandet mellan kopparsulfatet och järnkloriden är företrädesvis ca. 2:1. Naturligtvis kan andra föreningar använ- das för att åstadkomma klorid- och sulfatjonerna i lösningen.

D.V.S. det skall finnas 0,024 - 0,075 mol/l kloridjoner och minst 0,016 mol/l sulfatjoner.

Föredragen följd av operationssteg med den nya lösningen är som följer: ångblästring; nedsänkning i lösningen i 10 minuter; borttagning och rengöring; ångblästring; nedsänkning i lösningen i 10 minuter; borttagning och rengöring; ångblästring; verifie- ring av beläggningsavlägsnandet. Således framgår att det är möj- ligt att avlägsna en ca. 0,05 mm tjock aluminidbeläggning på ca. 20 minuter jämfört med ca. 180 minuter enligt känd teknik. Genom sin unika sammansättning angriper ej heller den nya lösningen 5' - 458 689 basmetallen ifall detaljen är nedsänkt ytterligare tid. I tester- na 1 och 2 var substratet nedsänkt i ytterligare 30 minuter och uppvisade ej något skadligt angrepp.

Periodisk ângblästring är mycket betydelsefull för att öka användningen av den nya lösningen. Beläggningen tenderar att först bli angripen kring provstyckets kanter. Ångblästringen tenderar att jämna ut denna reaktion och medge avlägsnande av beläggningen från provstyckets mitt. Effekterna av periodisk ångblästring ut- värderades, från blästring varje minut, till var femte minut, till var tionde minut, till ingen blästring alls. Det är natur- ligtvis önskvärt ur arbetssynpunkt att minimera antalet ångbläst- ringsbehandlingar. Utan ângblästring byggs emellertid en del av- sättningar upp, vilka i hög grad sänker borttagningshastigheten.

Med optimal lösning framkom i test 3 att en ångblästring efter 10 minuter var tillräcklig; ifall beläggningen inte var fullstän- digt avlägsnad efter ytterligare lO minuters nedsänkning hade en annan blästring använts. En slutlig ångblästring utföres i slutet för avlägsnande av återstående avsättningar och förbättring av utseendet. Omröring är önskvärd enligt konventionell praxis för att undvika stagnation och lokal utarmning av lösningen. Tempera- turinnervallet kan variera från vad som anges ovan. Vid lägre temperaturer är emellertid borttagningshastigheten låg; vid _högre temperaturer är förângningen av lösningen större, varvid kompositionens sammansättning ändras.

Emedan uppfinningen beskrives i samband med borttagning av en nickelaluminidbeläggning från MAR M-2Ö0 torde uppfinningen vara användbar även för avlägsnande av andra beläggningar av före- trädesvis aluminium, inklusive de nära Ni3Al, NizAl etc.. Varje annan beläggning som är mottaglig för lösningsangrepp kan faktiskt avlägsnas, enär förtjänsten med föreliggande lösning är att den angriper vissa material, men under den tid som erfordras för att avlägsna en vanlig beläggning angriper den inte i större utsträck- ning oskyddat intilliggande substratmaterial av nickellegering.

Det är för fackmannen uppenbart att föreliggande uppfinning kan modifieras och ändras inom ramen för efterföljande patentkrav utan att frångå uppfinningens idé och ändamål. .ßscflä wnofl um> uwumm mcfiuuwmflnmcm ßufimuou .cfiä om Auv .uønwë wnm Hm> umuuw mnfiuummflnmnm uufimuøu .cwë ofi.^Qv .ußnwë wfiHm> umuwm mflfluummfinmcm ßuflmuou .cflä v Amy umflfiwwpwn wow Q @.~ ~.mH w« m mv Nä u = emwwnwfl Q I I om 1 om fifl . = vom m = @.~ wv Q mw OH . = Emmmcwfl m w.~ = om | om m 6 pwwqfi = w - m.H wq m mq w uowmu = m w.~ 1 ww m mw N = = w | _ I ww m mw m umflaflæumn = 0 = = av ßfl Ne m uomwø = o = = wv MH mv Q = = 0 = = vv flfl mv m = = m = = ww m mv N ummcfl wow m @.~ m.H ßw m mq H mmwumcm |wmcwmmm%mmmM Uflummcfic vomsu mfiuwm omm Hum mozm nmëësc æumuumnsw |wmcflcmmmHmm |x:mm©mz umu«H\E m ucmuoumE>Ho> nuwms 458 689 Báßëmübm ZOO UZHZUUKflWm ñm Bxmhhm mZmZOHBHwOmEOMmOZHZwßA "H QQMQQB

Claims (7)

1. 7' 458 689 Patentkrav: l. Förfarande för avlägsnande av en aluminidbeläggning från en artikel av en varmhållfast nickellegering, k ä n n e t e c k - n a t a v att beläggningen bringas i kontakt med en avskal- ningslösning med en sammansättning av, i volymprocent räknat, 43-48 % koncentrerad salpetersyra, 7-12 % koncentrerad saltsyra, 40-50 % vatten innehållande 0,024 - 0,075 mol/l kloridjoner och minst 0,016 mol/l sulfatjoner.
2. 2. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t a v minst 0,016 mol/l CuSO4 och 0,008 - 0,025 mol/l FeCl3.
3. 3. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t a v att kompositionen innefattar 43-48 % koncentrerad salpeter- syra och 9-ll % koncentrerad saltsyra, 41-48 % vatten, och var- vid molförhållandet mellan FeCl3 och CuSO4 bibehålles vid l:2.
4. 4. Förfarande enligt patentkrav l eller 2, k ä n n e t e c k- n a t a v att lösningen hålles vid 60-7l°C och att artikeln avlägsnas från kontakt med lösningen samt ångblästras med perio- diska intervall.
5. 5. Avskalningslösning för avlägsnande av en aluminidbelägg- ning från en varmhållfast nickelbaserad legering enligt förfaran- det enligt patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d a v att _lösningen innefattar, i volymprocent räknat, 43-48 % koncentrerad salpetersyra, 7-12 % koncentrerad saltsyra, 40-50 % vatten inne- hållande 0,024 - 0,075 mol/l kloridjoner och minst 0,016 mol/l sul- fatjoner.
6. 6. Avskalningslösning enligt patentkrav 5, k ä n n e - t e c k n a d a V att lösningen innefattar, i volymprocent räknat, 43-48 % koncentrerad salpetersyra, 7-12 % koncentrerad saltsyra, 40-50 % vatten, minst 0,016 mol/l CuS04 och 0,008 - - 0,025 mol/1 FeCl3.
7. 7. Avskalningslösning enligt patentkrav 5, k ä n n e - t e c k n a d a v att lösningen innefattar 43-48 % koncentre- rad salpetersyra och 9-ll % koncentrerad saltsyra, 41-48 % vat- ten, och varvid molförhållandet mellan FeCl3 och CuSO4 bibehålles vid l:2.