TW548345B - Caustic process - Google Patents

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548345 A7 B7_— ______ 五、發明說明（1 ) 發明背景 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於一種自表面上移除遮熱塗層的方法。特 別地，本發明係關於在不損及位於下方的塗層（如：鋁化 鎳或鋁化鉑鎳）的情況下，移除遮熱塗層的方法。 較高的操作溫度提高氣體渦輪引擎的效率。進步的推 進技巧現包含引擎於1 〇 〇 〇。(：和以上之操作。這樣高的 操作溫度對引擎組件的使用壽命是一種考驗。以鎳和鈷爲 基礎的超合金之使用提供了一些高溫使用壽命的優點。但 是，在氣體渦輪引擎的某些組件\如：渦輪、內燃機和擴 大機）中，金屬組件必須覆以絕熱體以提供進一步的高溫 操作壽命。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 遮熱塗層（T B C )基本上用於金屬組件上以提供新 穎渦輪引擎的許多組件所須的進一步高溫操作壽命。遮熱 塗層基本上包括位於在金屬組件表面上之金屬結合層上的 陶瓷塗層。基本上，結合層是鋁化鉑鎳、鋁化鎳、鋁化的 M C r A 1 Y (其中，Μ等於鎳、鈷、鎳-鈷和鐵；C r是 鉻；A 1是鋁；Y是釔）或它們的組合。此陶瓷層可以是 一些穩定化的氧化锆形式，如：以氧化鈣、氧化給、氧化 鎂、氧化釔或任何稀土金化物加以穩定的氧化锆，其形成 耐火性氧化物遮熱塗層。此遮熱塗層的導熱度低、密度低 且溶點尚。 使用期間內，用於商用飛行器、一些軍用飛行器和用 於動力產生器之引擎之經塗覆的金屬組件會產成裂紋、碎 片或者有化學和物理變化。因此’必須週期性地檢查這些 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^ 一 548345 A7 B7 五、發明說明（？) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 引擎。檢查期間內’未超過蠕變限制且未嚴重腐蝕或受損 的渦輪葉片和翼可以重新磨光及再使用。自金屬組件上剝 下塗層（如：遮熱塗層和結合塗層），對組件再度處理和 潔淨，重新塗覆及回到操作線上。在以新製結合層和遮熱 塗層重新塗覆金屬表面之前，必須要完全移除此遮熱塗層 〇

Ault的美國專利案第4，439，24 1號揭示如：藉 由焊接或矯正及重新施用外部塗層的方式潔淨渦輪組件、 修整組件。此方法中，組件（如：渦輪葉片）配置於自動 壓熱器的支架中並使氫氧化鉀（KOH)或氫氧化鈉（ N a〇Η )和水的鹼溶液於溫度介於1 5 0 °C至2 3 5 t： 、壓力介於150ps i至350ps i的條件下通過。 氫氧化鉀溶液是1 0 - 4 5重量％。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第一階段中，引擎運作期間內，渦輪葉片會積聚富含 矽-鈣（S 1 - C a )的塵粒和碎屑，此會抑制冷卻空氣的 流動及製造出熱點，此將會導致內部加速腐蝕，此又會導 致穿透壁材失效。之前的壓熱法之移除大量此內部碎屑的 效果不佳。Irvine等人於1 995年6月5-8日Internal Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition, Houston, Texas,發表的一篇論文，New Method for Turbine Blade Internal Cleaning (用於渦輪葉片內部淸潔的新方法）提出 於接近4 0 0 p s 1壓力下將經加熱的鹼抽經渦輪葉片的 內部孔洞。相較於先前的壓熱法，此方法中之提高的鹼流 改善潔淨效率。此方法藉由改善修整期間內的零件產率而 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 548345 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π 五、發明說明) 降低修整費用。 鹼蝕法可用以潔淨引擎組件（如：翼面）且亦可用以 自機舵鑄件移除陶瓷核心。此鹼與氧化物和氫氧化物反應 而形成能夠溶解於水中的鹼金屬鹽。曾提出藉由溶解介於 遮熱塗層和位於下方的金屬組件之間的氧化銘界面而以鹼 蝕法的化學反應來移除遮熱塗層。不幸地，在此技藝所述 條件下，鹼蝕法也會損及位於下方的金屬組件的鋁化鎳或 鋁化鉑鎳。之後潔淨金屬組件及再以遮熱塗層塗覆並加以 熱處理時，咸信大多爲氧化鎳的黑色層會自槳片內和外表 面剝落。因此，有必要提出鹼蝕法自位於下方的金屬組件 移除遮熱塗層且不要形成所不欲的黑色剝落物（薄片）。 本發明的基礎在於發現到：可以藉由在選定的處理條件下 實施鹼蝕法而避免有剝落層（薄片）。 發明槪述 本發明是一種用以替換在金屬表面上之遮熱塗層的水 性鹼蝕法。特別地，本發明係關於藉由物理蒸鍍或空氣電 漿噴在具有結合塗層的超合金底質上而澱積之經氧化釔穩 定的氧化鉻遮熱塗層之化學移除方式。此方法中，經塗覆 的組件表面與鹼液接觸以移除遮熱塗層。選擇鹼液的接觸 條件，以免在後續施用替換或修補用遮熱塗層及熱處理期 間內形成剝落層。之後再將替換或修補用遮熱塗層施用於 金屬表面上。此剝落層是鋁化鎳或鋁化鉑鎳的氧化反應產 物。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ΓβΤ — I.-----------% • ·ϋ ·ϋ (ϋ —ϋ I— n 一口、I ϋ .n ϋ n n n ϋ I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 548345 A7 B7_ — 五、發明說明（4 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明的另一特點是一種用以處理含鋁化鎳、含銘化 鉑鎳或含鋁化MC r A 1 Y之金屬表面以移除遮熱塗層或 他種鹼溶性陶瓷塗層的水性鹼蝕法。選擇金屬表面與鹼溶 液接觸的處理條件，以避免鹼與鋁化鎳或鋁化鉑鎳反應’ 以便於後續施用遮熱塗層和熱處理的期間內不會形成剝落 層。之後重新在金屬表面上施用替換用遮熱塗層。 發明詳述 本發明提出一種用以自平坦和有起伏的表面移除遮熱 塗層的方法，此方法是藉由在壓熱器中以鹼液處理覆有遮 熱塗層的表面，所用的濃度、溫度、壓力和時間足以完全 移除遮熱塗層且不會損及位於下方的結合層或底質表面且 在重新施用遮熱塗層及熱處理之後，不會形成剝落層（薄 片）。壓熱室中的環境實質上無氧。此意謂壓熱室通以惰 性氣體（如：氬、氦和氮），使得氧量低於5 Ο ρ ρ m， 或者，氧量低於1 〇 p pm。 遮熱塗層（TB C )通常是化學穩定的氧化鍩，如： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經氧化釔穩定的氧化锆、經氧化鈣穩定的氧化鉻或經氧化 鎂穩定的氧化锆。亦可將作爲遮熱物的他種氧化物或陶瓷 塗層用於本發明之目的。本發明亦包括移除不作爲遮熱塗 層的他種鹼溶性陶瓷氧化物。此處，結合塗層通常是金屬 複合物’包括鉑-鎮錦、銘、錬銘、鎮-絡-銘-纟乙、鐵-鉻〜 錫-氧化iZi、銘-絡-銘-ί乙和鎮-銘-絡-銘-I乙。 常用於飛行器引擎和動力產生設備之渦輪的基質材料 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公爱） ~ ~ — 548345 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明㊁) 可以是以鎮、銘或鐵爲基礎的超合金。适樣的底質的例子 有 GTD-111、GTD-222、Rene-80、Rene 41、Rene 142、N-5 、Rene 125、Rene 77、Rene 95、Inconel 706、Inconel 718 、Inconel 625、以銘爲基礎的H S 1 8 8、以銘爲基礎 的L - 6 0 5和不銹鋼。此方法特別適用於在渦輪中或在 機舵上使用之經遮熱塗料塗覆的組件和硬體。渦輪組件的 例子是渦輪葉片或翼。所謂的機舵亦指渦輪、組件（如： 葉片、翼、桶、噴嘴）之類。 也可以使用用於除了渦輪組件以外之應用上之適合遮 熱塗層的他種底質材料。例如，本發明亦可含括用以移除 電子應用和動力產生器（如：氣體、流體和核）中的遮熱 塗層。 此鹼液通常包含鹼金屬氫氧化物（如：氫氧化鉀（ K〇Η )、氫氧化鈉（N a〇Η )和氫氧化鋰）或非鹼金 屬氫氧化物（如：氫氧化銨（Ν Η 4〇Η )、三乙胺（ TEA)、四甲基氫氧化銨（T M A Η ))及它們的混合 物。此鹼液可以是鹼金屬氫氧化物或非鹼金屬氫氧化物與 水混合的水溶液。使用添加物（如：界面活性劑或鉗合劑 )進一步降低鹼液的表面張力較有利。鹼化合物和水可以 約2至3比例存在。就氫氧化鉀而言，鹼濃度範圍可由 4 0至4 5重量％，就氫氧化鈉而言，鹼濃度範圍可由 4〇至5〇重量％。 本發明之方法在壓熱反應器中實施。壓熱反應器是壓 力槽且其建構足以忍受高溫時的高壓。藉由加熱壓熱器中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -8 - ·ϋ IX ϋ n ϋ I ϋ I 1-1 n · -ϋ n n n an in m I 一 δτ I n ϋ «ϋ n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線· 548345 A7 B7 五、發明說明（6 ) 的內容物（反應混合物）或藉由使用外來的壓縮氣體覆蓋 受到壓力的容器而提高系統中的壓力。此壓熱器可以批次 方式操作；換言之，將鹼性有機溶液的成份引入，關閉單 元，使引入物達到所欲溫度和壓力條件。如果一或多種反 應物連續餵入及排放產物，可以採用連續或半連續操作。 處理期間的溫度和壓力可視所欲移除之遮熱塗層的量 和類型及壓熱反應器容量而改變。此鹼處理可以在一個溫 度、壓力和反應時間範圍內進行。例如，處理可以包括超 音波振盪、機械混合及煮沸和壓熱處理倂用。此壓熱處理 可以在數種條件下進行。例如，壓力範圍由約4 0 0磅/ 平方英吋至約8 0 0磅/平方英吋或更高，溫度範圍由約 2 3 0 °C至約2 5 0 t。可以施用較高壓力和溫度以縮短 處理時間。同樣地，可於室溫使用壓縮氣體加壓。此方法 可由零壓力開始，藉由提高反應混合物的溫度而使壓熱器 壓力因爲反應混合物蒸汽壓的提高而自動提高。移除遮熱 塗層的時間視欲移除的塗層量及所施用的溫度和壓力條件 而定。通常，此時間介於約5分鐘至約4 · 0小時之間。 同樣地，可以注意到的是：於高壓使用混合器（如：機械 攪拌器、磁攪拌器或超音波器）可以增進驗液在較短時間 內移除遮熱塗層的能力。 實例： 多個含氫氧化鉀（KOH)和氫氧化鈉（Na〇H) 的鹼液於不同的處理條件下試驗。選用條件列於下面的附 表1 。 本纸張灵度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---f —訂---------線， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印t -9- A7 548345 五、發明說明（7 ) 附表1 驗在水中溫度氮氣壓力處理時間移除T B C損及N 1 A 1 的重量％ (°C ) (psi) (小時） 塗層 40KOH 230 800 4 是 否 45KOH 250 800 4 是 否 40KOH 250 600 1 是 否 45KOH 230 600 1 是 否 40Na〇H 230 800 1 是 否 50Na〇H 250 800 1 是 否 4〇Na〇H 250 600 1 是 否 50NaOH 230 600 1 是 否 30KOH 200 160 5分鐘 部分 否 45KOH 200 200 5分鐘 是 否 30KOH 230 425 4 是 是 45KOH 230 400 4 是 否 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ------*1 訂---------

經濟部智慧財產局員工唷費合作社印製 結果顯示：較低濃度（3 0重量％ )的鹼損及鋁化鎳 並導致在後續重新施用遮熱塗層期間內形成剝落層（薄片 )。此外，如果壓熱器未通以氧含量低於5 0 P p p m的 氮氣，溫度超過2 5 0 °C時會導致底質金屬受損或鋁化鎳 塗層受損。 -10- 本纸張瓦度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 548345

   夂、申請專利範圍 附件一Λ: 第8 8 1 2 1 007號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國90年8月修正 1 . 一種用以替換金屬表面上之遮熱塗層的水性鹼蝕 法，其特徵爲其包含： (A )在避免在後續施用替換的遮熱塗層及熱處理的 期間內形成剝落層的選定處理條件下，使金屬表面與水性 鹼液接觸，以自該表面移除遮熱塗層，該選定條件包括溫 度範圍從2 g 0 °C及2 5 0 °C，時間範圍從5分鐘至4小 時，所提供的含K〇Η之鹼液的濃度範圍從4 0重量％至 4 5重量％或N a〇Η濃度範圍從4 0重量％至5 0重量 %，及壓力範圍從400ps i至800ps i且實質上 爲無氧之環境下； (B )施用該替換的遮熱塗層。 2 .如申請專利範圍第1項之方法、其中，該選定條 件包含壓力至少400ps i 。 3 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，該選定條 件包含溫度介於2 3 0 °C和2 5 0 °C之間。 4 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，該選定條 件包含處理時間介於5分鐘至4小時。 5 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，該金屬表 面在該選定條件下與4 0至4 5重量％KOH鹼液接觸。 6 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，該金屬表 面在該選定條件下與4 0至5 0重量a OH鹼液接觸 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇x297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 項再填{S 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 548345 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 〇 7 ·如申請專利範圍第1項之方法’其中’該金屬表 面與鹼液於氮氣壓下接觸。 8 ·如申請專利範圍第1項之方法’其中’該金屬表 面與鹼液於氬氣壓下接觸。 9 ·如申請專利範圍第1項之方法’其中’該运疋條 件包含壓力至少4 0 0 P s 1且溫度介於2 3 0 °C和 2 5〇°C之間。 1〇·如申請專利範圍第1項之方法，其中，該金屬 表面在包含壓力至少4 0 0 P s 1的該選定條件下與4 0 至4 5重量％K〇H鹼液或4 0至5 〇重量a 0H鹼 液接觸。 1 1 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，該金屬 表面在包含溫度介於2 3 0 t和2 5 0 t之間的該選定條 件下與4 0至4 5重量％K〇Η鹼液或4 0至5 0重量％ N a〇Η鹼液接觸。 1 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，該金屬 表面在包含壓力至少4 0 0 P s 1且溫度介於2 3 0°C和 2 5 Ο T：之間的該選定條件下與4 0至4 5重量％ K〇Η 鹼液或4 0至5 0重量a OH鹼液接觸。 1 3 ·如申目靑專利軔圍弟1項之方法，其中，該金屬 表面包括鋁化鎳塗層或鋁化鈿鎳塗層。 1 4 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，該金屬 表面爲機舵形式。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -2- ------------.--:1Τ.------0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 548345 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 5 . —種用以處理含鋁化鎳金屬表面、含鋁化鉑鎳 金屬表面、含鋁化MC r A 1 Y金屬表面及其組合的鹼鈾 法，其特徵爲其步驟包含： (A )在避免該鹼與該鋁化鎳、鋁化鉑鎳或其組合反 應而在後續施用替換的遮熱塗層及熱處理的期間內形成剝 落層的選定處理條件下，使金屬表面與水性鹼液接觸，該 選定條件包括溫度範圍從2 3 0 °C及2 5 0 °C，時間範圍 從5分鐘至4小時，所提供的含Κ Ο Η之鹼液的濃度範圍 從4 0重量免至4 5重量％或N a〇Η濃度範圍從4 0重 量％至5〇重量％，及壓力範圍從40〇？31至8〇0 P s i且實質上爲無氧之環境下；及 (B )施用該替換的遮熱塗層。 1 6 ·如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，該選 定條件包含壓力至少4 0 0 P s 1 。 1 7 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，該選 定條件包含溫度介於2 3 0 °C和2 5 0 °C之間。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 8 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，該選 定條件包含處理時間介於3 0分鐘至4小時。 1 9 ·如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，該金 屬表面在該選定條件下與4 0至4 5重量％K〇Η鹼液接 觸。 2〇·如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，該金 屬表面在該运疋條件下與4 0至5 0重量a〇Η驗液 接觸。 本：張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4· ( 210 X 297公釐） ~ 一 548345 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 2 1 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，該金 屬表面與鹼液於氮氣壓下接觸。 2 2 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，該金 屬表面與鹼液於氬氣壓下接觸。 2 3 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，該選 定條件包含壓力至少4 0 0 p s i且溫度介於2 3 0 t和 2 5〇t之間。 2 4 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，該選 定條件包含壓力至少4 0 0 p s l且溫度介於2 3 0 °C和 2 5〇°C之間。 、 2 5 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，該金 屬表面在包含壓力至少4 0 0 p s 1的該選定條件下與 4〇至4 5重量％KOH鹼液或4 0至5 0重量％ N a〇Η鹼液接觸。 2 6 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，該金 屬表面在包含溫度介於2 3 0 °C和2 5 0 °C之間的該選定 條件下與4 0至4 5重量％K〇Η鹼液或4 0至5 0重量 % N a〇Η鹼液接觸。 2 7 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，該金 屬表面在包含壓力至少400p s 1且溫度介於 2 3 0 °C和2 5 0 °C之間的該選定條件下與4 0至4 5重 量％K〇H鹼液或40至50重量％Na〇H鹼液接觸。 2 8 .如申請專利範圍第1 5項之方法，其中，該金 屬表面爲機舵形式。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事' 項再填· :寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 548345 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍2 9 .如申請專利範圍第 項之方法，其中，此方法 熱 方 熱 壓此壓 中中中 其 其 其 法法法 方方方 之之之 II 垣( CD 。 LO 1—- ο 2m^__13m 第 P 第 第 P 圍 P 圍 圍 P 範 ο 範 範 ο 利 5 利 利 5 專於專。專於 。 請低請行請低 行申量申進申量 進如含如中如含，， 中 ·氧 ·槽 ·氧 槽 ο 的 1 熱 2 的 熱 3 中 3 壓 3 中 壓 境於境 於 環法環 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5-