TW202045809A - 燃氣輪機的葉片的修補方法及燃氣輪機的葉片 - Google Patents

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Abstract

燃氣輪機的葉片的修補方法，含有：以燃氣輪機的葉片的至少一部分的基礎材料露出的方式來去除隔熱塗層的步驟、將露出的基礎材料予以蝕刻的第1蝕刻步驟、從蝕刻後的基礎材料特定出比基礎材料還硬之基礎材料劣化層的第1特定步驟、將所特定出的基礎材料劣化層予以去除的第1去除步驟、在第1特定步驟中判定沒有基礎材料劣化層之後，或是，在第1去除步驟中去除基礎材料劣化層之後，對露出的基礎材料施以隔熱塗層的步驟。

Description

燃氣輪機的葉片的修補方法及燃氣輪機的葉片
本發明，關於燃氣輪機的葉片的修補方法及燃氣輪機的葉片。
燃氣輪機的動葉片及靜葉片是在高溫化長時間使用，故因溶蝕等而使隔熱塗層消失，葉片的基礎材料會露出，基礎材料金屬中的鉻、鋁、鈦會氮化，而在基礎材料表面形成氮化層。氮化層比基礎材料還硬，故延展性會降低，有產生龜裂的風險。因此，必須要有去除氮化層的修補方法。
去除氮化層的修補方法，以往是刮除基礎材料等來進行，但若無法適當特定所形成之氮化層的話，有氮化層殘留之虞。專利文獻1記載著一種方法，對以鎳基合金等構成的構造構件進行電解蝕刻，藉此使該構造構件的宏觀結構出現。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2013-160619號公報
[發明所欲解決之問題]
若使用專利文獻1所記載的方法的話，可特定出在燃氣輪機的葉片的基礎材料表面所形成之氮化層或變質層那種基礎材料劣化層，但在專利文獻1，雖然為了特定出在燃氣輪機的葉片的基礎材料表面所形成之基礎材料劣化層而進行電解蝕刻，但並沒有記載或暗示出進行基礎材料劣化層的去除。
有鑑於上述情事，本發明的至少一個實施形態，其目的在於提供：可將形成在基礎材料的基礎材料劣化層予以適當地去除之燃氣輪機的葉片的修補方法、以及將形成在基礎材料的基礎材料劣化層予以適當地去除而成的燃氣輪機的葉片。 [解決問題之技術手段]
本發明的至少一個實施形態之燃氣輪機的葉片的修補方法，含有：以燃氣輪機的葉片的至少一部分的基礎材料露出的方式來去除隔熱塗層的步驟、將露出的基礎材料予以蝕刻的第1蝕刻步驟、從蝕刻後的基礎材料特定出比基礎材料還硬之基礎材料劣化層的第1特定步驟、在前述第1特定步驟中特定有前述基礎材料劣化層的情況時將所特定出的基礎材料劣化層予以去除的第1去除步驟、在第1特定步驟中判定沒有基礎材料劣化層之後，或是，在第1去除步驟中去除基礎材料劣化層之後，對露出的基礎材料施以隔熱塗層的步驟。根據該構造，是去除隔熱塗層而將露出的基礎材料予以蝕刻，藉此可確實地特定出氮化層或變質層那種基礎材料劣化層，故可適當地去除形成在基礎材料的基礎材料劣化層。
在本發明的至少一個實施形態，進一步含有第1計測步驟，其在去除隔熱塗層的步驟之後，測量露出之基礎材料的殘留厚度，在第1計測步驟中所計測之殘留厚度為事先設定之容許值以上的情況，進行第1蝕刻步驟亦可。在殘留厚度低於容許值的情況，在去除基礎材料劣化層的期間，有無法進行後續步驟的情況產生的可能性。對此，根據該構造，測量殘留厚度，藉此可事先判斷能否進行各步驟，可抑制修補的重做發生的情況。
在本發明的至少一個實施形態，在第1去除步驟之後，至少一次重複進行：將去除過基礎材料劣化層的基礎材料予以蝕刻的第2蝕刻步驟、從蝕刻過的基礎材料特定出基礎材料劣化層的第2特定步驟、在前述第2特定步驟中特定有前述基礎材料劣化層的情況時，將所特定出的基礎材料劣化層予以去除的第2去除步驟。根據該構造，可確實地去除基礎材料劣化層。
在本發明的至少一個實施形態，進一步含有第2計測步驟，其在第2蝕刻步驟之前，計測去除過基礎材料劣化層的基礎材料之殘留厚度，在第2計測步驟中所計測之殘留厚度為事先設定之容許值以上的情況，進行第2蝕刻步驟亦可。根據該構造，測量殘留厚度，藉此可事先判斷能否進行各步驟，可抑制修補的重做發生的情況。
在本發明的至少一個實施形態，含有：在去除隔熱塗層的步驟之後，藉由X射線螢光來調查基礎材料中之基礎材料劣化層的步驟亦可。根據該構造，可在進行蝕刻之前確認基礎材料劣化層的有無。
本發明的至少一個實施形態之燃氣輪機的葉片，具備基礎材料與施工於基礎材料之表面的隔熱塗層，於基礎材料，形成有對表面凹陷的至少一個凹洞，凹洞最深的部分之深度為20μm以上。藉由上述燃氣輪機的葉片的修補方法來去除了基礎材料劣化層的燃氣輪機的葉片，是具有這種構造。
在本發明的至少一個實施形態，在以面對基礎材料之表面的方式目視到至少一個凹洞的情況，至少一個凹洞可構成為可含有直徑為10mm之虛擬圓。且，在至少一個凹洞的表面，並未形成有比基礎材料還硬的基礎材料劣化層。 [發明之效果]
根據本發明的至少一個實施形態，去除隔熱塗層而將露出的基礎材料予以蝕刻，藉此可確實地特定出氮化層或變質層那種基礎材料劣化層，故可適當地去除形成在基礎材料的基礎材料劣化層。
以下，參照圖式針對本發明的幾個實施形態來說明。但是，本發明的範圍並不限定於以下的實施形態。以下的實施形態所記載之構成零件的尺寸、材質、形狀、其相對配置等，並非用來將本發明的範圍限定於此，而單純只是說明例而已。
如圖1所示般，燃氣輪機的葉片1，是在基礎材料2的表面2a上施工有隔熱塗層3。隔熱塗層3，含有：在基礎材料2的表面2a上溶射施工而成的金屬結合層亦即黏結層4、在黏結層4上溶射施工而成的陶瓷層亦即頂塗層5。又，在本發明，葉片1，為動葉片亦可，為靜葉片亦可。且，燃氣輪機的形式及段數並未特別限定。且，葉片1的材質，例如為Ni基合金或Co基合金亦可，並未特別限定。
在葉片1的使用中因溶蝕等而使隔熱塗層3消失的話，氮化層或變質層那種比基礎材料還硬的基礎材料劣化層會形成在表面2a。有從基礎材料劣化層產生龜裂之虞，故有必要進行去除基礎材料劣化層的修補。接著，基於圖1及圖2的流程圖來說明用來去除基礎材料劣化層之本發明之一實施形態之燃氣輪機的葉片的修補方法。
步驟S1中，從基礎材料2的表面2a去除隔熱塗層3。在步驟S1，首先將上層的頂塗層5，例如藉由噴砂來去除。頂塗層5的去除結束之後，例如藉由酸洗剝離來去除黏結層4。
在步驟S1從基礎材料2之表面2a的至少一部分去除隔熱塗層3後，將表面2a蝕刻(步驟S2：第1蝕刻步驟)。蝕刻表面2a的方法並未特別限定，但例如，是以基礎材料2為陽極並以與基礎材料2不同的金屬為陰極來將兩極對向配置，使蝕刻液中介在兩極間來施加電壓的電解蝕刻亦可。電解蝕刻的條件，例如使用40～70%的硝酸水來作為蝕刻液亦可，電壓為1.0～3.0V、電流為0.05～1.0A、施加時間為60～90秒亦可。
接著，從蝕刻過的基礎材料2來特定基礎材料劣化層(步驟S3：第1特定步驟)。如圖3所示般，若在基礎材料2的表面2a形成有基礎材料劣化層的話，會在表面2a顯示出與沒有形成基礎材料劣化層的部分不同顏色的範圍(網點部分A)。亦即，網點部分A，相當於形成有基礎材料劣化層的部分。在步驟S3判定並沒有形成基礎材料劣化層的情況，移到後述的步驟S5。另一方面，在步驟S3判斷有形成基礎材料劣化層，且特定出該位置的話，例如以磨床來研磨藉此去除該部分(步驟S4：第1去除步驟)。
在步驟S3去除基礎材料劣化層之後，將隔熱塗層3施工在基礎材料2的表面2a(步驟S5)。具體來說，對基礎材料2的表面2a噴砂施工而形成微小的凹凸之後，將黏結層4施工於表面2a上，將頂塗層5施工於黏結層4之上。接著，將葉片1使用熱處理爐來以850℃進行既定時間的擴散熱處理(步驟S6)，結束本發明的修補方法。
如圖4的剖面圖所示般，在藉由上述修補方法去除基礎材料劣化層後的葉片1，形成有對該基礎材料2的表面2a凹陷的凹洞10。從基礎材料2去除了基礎材料劣化層的部分相當於凹洞10。凹洞10最深的部分11之深度D為20μm以上。通常，基礎材料2的表面2a並非完全平坦，而是存在有微小的凹凸。但是，去除基礎材料劣化層而藉此形成的凹洞10，具有比這種微小的凹凸中的凹陷部分明顯還要深的凹陷部分。因此，若不是藉由上述修補方法去除基礎材料劣化層後的葉片1，通常最深的部分11之深度D為20μm以上的凹洞10是不會形成在基礎材料2。
且，圖4中，在以面對基礎材料2的表面2a的方式目視凹洞10的俯視圖，凹洞10，構成為可含有直徑為10mm之虛擬圓C。基礎材料劣化層通常具有不規則的形狀，但並非沿著基礎材料劣化層的形狀來去除，而是將全部包含基礎材料劣化層的圓形或橢圓形或是與其類似的形狀之區域予以去除。因此，凹洞10，對於表面2a，以可含有直徑為10mm之虛擬圓C的尺寸來構成。又，當然，在凹洞10的表面12，沒有形成基礎材料劣化層。在圖4，僅在基礎材料2形成有一個凹洞10，但亦有對應於基礎材料劣化層的去除作業，而形成有兩個以上的凹洞10。
如上述般，去除隔熱塗層3而將露出的基礎材料2予以蝕刻，藉此可確實地特定出氮化層或變質層那種基礎材料劣化層，故可適當地去除形成在基礎材料2的基礎材料劣化層。
於圖5，表示本發明之其他實施形態之燃氣輪機的葉片的修補方法的流程圖。又，在本實施形態中，針對與圖2的流程圖所示之步驟相同的步驟，附上相同的步驟編號，並在以下的說明中省略該步驟的詳細說明。
在圖5的流程圖所示之其他的實施形態，是在步驟S1之後，藉由低溫的熱處理，來確認基礎材料2的表面2a上是否殘留有黏結層4亦可(步驟S11)。該工程例如實施回火顏色(heat tint)來確認。在確認黏結層4之殘留的情況，例如可用磨床來研磨藉此去除殘留部(步驟S12)。
步驟S11中，沒有確認到黏結層4之殘留的情況，或是，在步驟S12結束後，藉由X射線螢光來調查基礎材料2中的基礎材料劣化層亦可(步驟S13)。藉由該步驟，可確認基礎材料劣化層的有無。又，X射線螢光所致之基礎材料劣化層之有無的確認僅為一例，只要可確認基礎材料劣化層之有無的話，使用其他方法亦可。
步驟S13結束後，藉由超音波來計測基礎材料2的殘留厚度亦可(步驟S14：第1計測步驟)。又，基礎材料2的殘留厚度的計測並不限定於超音波，以其他公知的方法來計測亦可。在步驟S14，比較所計測之殘留厚度與事先設定的容許值。在所計測之殘留厚度為容許值以上的情況時，移到步驟S2。
另一方面，在所計測之殘留厚度低於容許值的情況時，廢棄葉片1，或是檢討進行刮除等之以往的修補方法(步驟S15)。在殘留厚度低於容許值的情況，在去除基礎材料劣化層的期間，有無法進行後續步驟的情況產生的可能性。對此，測量殘留厚度，藉此可事先判斷能否進行各步驟，可抑制修補的重做發生的情況。
在步驟S2之後移到步驟S3，依照步驟S3的判定結果來移到步驟S4的動作，或是跳過步驟S4而進行步驟S5及S6的動作，與圖2的流程圖所示之實施形態相同。另一方面，在本實施形態，是在步驟S4結束後，藉由超音波來計測基礎材料2的殘留厚度亦可(步驟S16：第2計測步驟)。步驟S16之殘留厚度的測量亦與步驟S14相同，並不限定於超音波，以其他公知的方法來計測亦可。
在步驟S16，比較所計測之殘留厚度與事先設定的容許值。在所計測之殘留厚度為容許值以上的情況時，蝕刻表面2a(步驟S17：第2蝕刻步驟)。第2蝕刻步驟之蝕刻表面2a的方法亦沒有特別限定，使用與第1蝕刻步驟相同的方法亦可，使用公知之其他方法亦可。另一方面，在所計測之殘留厚度低於容許值的情況時，移到步驟S15。該情況也是，與步驟S14同樣地，可抑制修補的重做發生的情況。
接著，從在步驟S17蝕刻過的基礎材料2來特定基礎材料劣化層(步驟S18：第2特定步驟)。在步驟S17判定並沒有形成基礎材料劣化層的情況時，移到步驟S5。步驟S5以後的動作，與圖2之流程圖所示的實施形態相同。另一方面，在步驟S17判定形成有基礎材料劣化層的情況時，回到步驟S4。如上述般，直到基礎材料劣化層完全去除為止，重複步驟S4及S16～S18的動作兩次以上亦可。藉此，可確實地去除基礎材料劣化層。
又，圖6之流程圖所示的其他實施形態中，並沒有一定得進行相對於圖2之流程圖所示的實施形態追加的步驟S11～S18之全部。僅進行步驟S11～S18之一部分的步驟亦可。
1:葉片 2:基礎材料 2a:(基礎材料的)表面 3:隔熱塗層 4:黏結層 5:頂塗層 10:凹洞 11:(凹洞)最深的部分 12:(凹洞)表面 A:網點部分(形成有基礎材料劣化層的部分) C:虛擬圓 D:(凹洞最深的部分的)深度
[圖1]以本發明之一實施形態之燃氣輪機的葉片的修補方法來修補之葉片表面附近之剖面的示意圖。 [圖2]本發明之一實施形態之燃氣輪機的葉片的修補方法的流程圖。 [圖3]本發明之一實施形態之燃氣輪機的葉片的修補方法中，表示被蝕刻之基礎材料的表面之一例的示意圖。 [圖4]將藉由本發明之一實施形態之燃氣輪機的葉片的修補方法來去除基礎材料劣化層後之燃氣輪機的葉片的一部之構造予以表示的圖。 [圖5]本發明之其他實施形態之燃氣輪機的葉片的修補方法的流程圖。

Claims (8)

  1. 一種燃氣輪機的葉片的修補方法，含有： 以燃氣輪機的葉片的至少一部分的基礎材料露出的方式來去除隔熱塗層的步驟、 將露出的前述基礎材料予以蝕刻的第1蝕刻步驟、 從蝕刻後的前述基礎材料特定出比前述基礎材料還硬之基礎材料劣化層的第1特定步驟、 在前述第1特定步驟中特定有前述基礎材料劣化層的情況時將所特定出的前述基礎材料劣化層予以去除的第1去除步驟、 在前述第1特定步驟中判定沒有前述基礎材料劣化層之後，或是，在前述第1去除步驟中去除前述基礎材料劣化層之後，對露出的前述基礎材料施以隔熱塗層的步驟。
  2. 如請求項1所述之燃氣輪機的葉片的修補方法，其中， 進一步含有第1計測步驟，其在去除前述隔熱塗層的步驟之後，測量露出之前述基礎材料的殘留厚度， 在前述第1計測步驟中所計測之前述殘留厚度為事先設定之容許值以上的情況，進行前述第1蝕刻步驟。
  3. 如請求項1或2所述之燃氣輪機的葉片的修補方法，其中， 在前述第1去除步驟之後，至少一次重複進行： 將去除過前述基礎材料劣化層的前述基礎材料予以蝕刻的第2蝕刻步驟、 從蝕刻過的前述基礎材料特定出前述基礎材料劣化層的第2特定步驟、 在前述第2特定步驟中特定有前述基礎材料劣化層的情況時，將所特定出的前述基礎材料劣化層予以去除的第2去除步驟。
  4. 如請求項3所述之燃氣輪機的葉片的修補方法，其中， 進一步含有第2計測步驟，其在前述第2蝕刻步驟之前，計測去除過前述基礎材料劣化層的前述基礎材料之殘留厚度， 在前述第2計測步驟中所計測之前述殘留厚度為事先設定之容許值以上的情況，進行前述第2蝕刻步驟。
  5. 如請求項1或2所述之燃氣輪機的葉片的修補方法，其中，含有：在去除前述隔熱塗層的步驟之後，藉由X射線螢光來調查前述基礎材料中之基礎材料劣化層的步驟。
  6. 一種燃氣輪機的葉片，具備： 基礎材料、 施工於前述基礎材料之表面的隔熱塗層， 於前述基礎材料，形成有對前述表面凹陷的至少一個凹洞，該凹洞最深的部分之深度為20μm以上。
  7. 如請求項6所述之燃氣輪機的葉片，其中，在以面對於前述基礎材料之前述表面的方式目視前述至少一個凹洞的情況，前述至少一個凹洞，構成為可含有直徑為10mm之虛擬圓。
  8. 如請求項6或7所述之燃氣輪機的葉片，其中，在前述至少一個凹洞的表面，並未形成有比前述基礎材料還硬的基礎材料劣化層。
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