WO2006002610A1 - Verfahren zum abtragen einer beschichtung von einem bauteil - Google Patents

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Raymond Ullrich
Gabriele Winkler
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    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F5/00—Electrolytic stripping of metallic layers or coatings

Definitions

  • the invention relates to a method for removing a coating containing chromium and / or chromium oxide compounds from a component by means of a decoating bath.
  • Such a stripping process can be carried out according to EP 1 094 134 A1, for example by means of an electrochemical process.
  • the component to be stripped is immersed in an electrolyte and thereby forms the working electrode.
  • the layer to be stripped is dissolved on the component.
  • EP 1 314 797, A2 Another method for stripping components is described in EP 1 314 797, A2. This is a chemical stripping process.
  • the component to be stripped is immersed in a solution with hydrochloric acid and an inhibitor which reduces the attack on the base material of the component.
  • the stripping bath formed by the hydrochloric acid causes the dissolution of the coating.
  • turbine blades can be stripped off if they have reached the end of the stated service life. By a subsequent recoating a further life cycle of the turbine blades can be made possible, which is why there is a great interest in an effective stripping of turbine blades.
  • the stripping of turbine blades not only the used coatings, such as MCrAlY coatings or even thermal protective layers (thus Thermal Barrier Coating, hereinafter referred to as TBC), but also impurities arising on the coating during the operating time of the turbine blade, which preferably consist of complex crystalline compounds.
  • TBC thermal protective layers
  • impurities arising on the coating during the operating time of the turbine blade which preferably consist of complex crystalline compounds.
  • Ca-Mg-Al-Si-O system hereinafter referred to CMAS.
  • TGO thermally grown oxides on the base material of the coated component
  • TGO thermally grown oxides on the base material of the coated component
  • B. Cr 2 ⁇ 3 or Cr x Co y O compounds These compounds have a high chemical stability, which is why they can be removed with the decoating only with great effort.
  • such compounds can also be formed during the stripping process, which additionally delays the stripping process.
  • the compounds increasingly occupy the surface of the component to be stripped, which is why the removal rate during stripping decreases with increasing treatment time.
  • EP 1 314 797 A2 it is therefore proposed to carry out the stripping process in several steps, in each case mechanical treatment of the surfaces taking place between the treatment steps, so that the resulting or not yet removed impurities can be removed.
  • the object of the invention is to specify a method for removing coatings containing chromium and / or chromium oxide compounds, which allows short treatment times for the stripping process.
  • This object is achieved by a method for removing a chromium and / or chromium oxide compounds enthal ⁇ border coating of a component, wherein the be ⁇ coated component placed in a stripping bath and is removed again after the treatment time, wherein the decoating bath as an inhibitor an alkanolamine compound or a salt containing these are added.
  • alkanolamine compounds and salts containing them as inhibitors that they not only reduce the attack of the base material of the coated component by the stripping bath, but also suppress the formation of TGO or the dissolution of TGO and CMAS accelerate. This advantageously makes it possible to maintain a stripping process with comparatively high removal rates over a longer treatment period than is possible with the inhibitors used according to the prior art.
  • the method according to the invention can be used more economically, in particular, an interruption of the
  • Decoating process for the purpose of interposition of a me ⁇ chanical processing step omitted or at least the treatment periods between these mechanical processing steps are extended. Overall, this advantageously reduces the process time required for the stripping process, which is why the process can be used more economically. Furthermore, damage to the base material of the coated component due to mechanical processing steps can be avoided, as a result of which the rejects during stripping are reduced, which additionally contributes to improved cost-effectiveness of the method.
  • the use of triethanolamine or one of its salts, such as, for example, is particularly effective.
  • the method according to the invention can be used particularly advantageously in the stripping of turbine blades, in which in particular MCrAlY coatings and / or thermal protective layers can be removed from the turbine blades.
  • the MCrAlY coating often serves as an intermediate layer between the turbine blade and the thermal protection layer (TBC).
  • TBC thermal protection layer
  • the mentioned layer systems can also be removed from any other components, as far as this is necessary (eg of supply pipes for gas turbines).
  • FIGURE shows a diagram which shows the course of various embodiments of the method according to the invention.
  • the exemplary embodiment of the method consisted of removing an MCrAlY coating on turbine blades which had been claimed for operation, wherein a five percent hydrochloric acid was used as the stripping bath. Furthermore, triethanolamine in one percent or two percent concentration was added in parallelteur ⁇ conducted procedures. During the treatment time, the de-coating bath was subjected to ultrasound at a frequency of 36 kHz.
  • the exemplary embodiments of the method according to the invention were an electrochemical stripping, the potential on the turbine blade being kept at 0.100 V SCE or 0.340 V SHE.
  • the diagram shows over the treatment time t in hours h the at the turbine blade measured current I in amperes A. This current can be used as a direct measure of the removal rate at the turbine blade.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtragen von Beschichtungen, die auf Bauteilen wie Turbinenschaufeln aufgebracht werden. Nach Erreichen des Endes des Produktlebenszyklus der Turbinenschaufeln können diese Beschichtungen abgetragen werden, um die Turbinenschaufeln nach einer erneuten Beschichtung wieder verwenden zu können. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Abtragen der insbesondere Chromoxid-Verbindungen enthaltenen Beschichtung mittels eines Entschichtungsbades erfolgt, indem als Inhibitor Alkanolamin-Vebindungen oder diese enthaltene Salze (beispielsweise Triethanolamin) zugegeben werden. Diese verhindern vorteilhaft, dass während der Entschichtung der Turbinenschaufeln neue Chromoxid-Verbindungen entstehen bzw. die in der Beschichtung befindlichen Chromoxid-Verbindungen wirksam abgetragen werden, so dass die Chromoxid-Verbindungen die Abtragungsrate des Entschichtungsverfahrens nicht negativ beeinflussen können. Hierdurch lassen sich vorteilhaft verkürzte Behandlungszeiten für den Entschichtungsprozess erreichen. Durch Zugabe von 2 % Triethanolamin (TEA) lässt sich die Behandlungszeit in Salzsäure beispielsweise auf unter eine Stunde reduzieren.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Abtragen einer Beschichtung von einem Bauteil
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtragen einer Chrom und/oder Chromoxid-Verbindungen enthaltenden Beschichtung von einem Bauteil mit Hilfe eines Entschichtungsbades.
Ein solcher Entschichtungsvorgang kann gemäß der EP 1 094 134 Al beispielsweise mittels eines elektrochemi¬ schen Verfahrens durchgeführt werden. Dabei wird das zu ent¬ schichtende Bauteil in ein Eltrolyt eingetaucht und bildet dabei die Arbeitselektrode. Durch Anlegen einer Spannung an die entsprechenden Gegenelektroden wird die zu entschichtende Schicht auf dem Bauteil aufgelöst.
Ein anderes Verfahren zur Entschichtung von Bauteilen ist in der EP 1 314 797 ,A2 beschrieben. Hierbei handelt es sich um ein chemisches Entschichtungsverfahren. Das zu entschichtende Bauteil wird in eine Lösung mit Salzsäure und einem den An¬ griff des Basismaterials des Bauteils verringernden Inhibitor eingetaucht. Das durch die Salzsäure gebildete Entschich- tungsbad führt die Auflösung der Beschichtung herbei.
Mit den erwähnten Verfahren können beispielsweise Turbinen¬ schaufeln entschichtet werden, wenn diese das Ende der vorge¬ sehenen Lebensdauer erreicht haben. Durch eine anschließende Neubeschichtung kann nämlich ein weiterer Lebenszyklus der Turbinenschaufeln ermöglicht werden, weswegen sich ein großes Interesse an einer wirksamen Entschichtung von Turbinenschau¬ feln ergibt. Bei der Entschichtung von Turbinenschaufeln müs¬ sen nicht nur die verbrauchten Beschichtungen, wie MCrAlY- Beschichtungen oder auch thermische Schutzschichten (so ge- nannte Thermal Barriere Coating, im Folgenden mit TBC) ent¬ fernt werden, sondern auch im Laufe der Betriebszeit der Tur¬ binenschaufel auf der Beschichtung entstandene Verunreinigun¬ gen, die bevorzugt aus komplexen kristallinen Verbindungen bestehen. In diesem' Zusammenhang sind Verbindungen des Ca-Mg- Al-Si-O-Systems (im Folgenden mit CMAS bezeichnet) zu nennen. Weitere schwer zu entfernende Verbindungen bestehen aus so genannten thermisch gewachsenen Oxyden auf dem Grundmaterial des beschichteten Bauteils (im Folgenden TGO), wie z. B. Cr2θ3- oder CrxCoyO-Verbindungen. Diese Verbindungen weisen eine hohe chemische Stabilität auf, weswegen sie sich mit dem Entschichtungsbad nur mit hohem Zeitaufwand entfernen lassen. Weiterhin können während des Entschichtungsprozesses solche Verbindungen auch gebildet werden, wodurch das Entschich- tungsverfahren zusätzlich verzögert wird. Die Verbindungen belegen zunehmend die Oberfläche des zu entschichtenden Bau¬ teils, weswegen die Abtragungsrate bei der Entschichtung bei zunehmender Behandlungszeit sinkt. Gemäß der EP 1 314 797 A2 wird deswegen vorgeschlagen, den Entschichtungsprozess in mehreren Schritten durchzuführen, wobei jeweils zwischen den Behandlungsschritten eine mechanische Bearbeitung der Ober¬ flächen erfolgt, so dass die entstandenen oder noch nicht entfernten Verunreinigungen abgetragen werden können.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Ab¬ tragen von Chrom und/oder Chromoxid-Verbindungen enthaltenden Beschichtungen anzugeben, welche kurze Behandlungszeiten für den Entschichtungsprozess ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Abtragen einer Chrom und/oder Chromoxid-Verbindungen enthal¬ tenden Beschichtung von einem Bauteil gelöst, bei dem das be¬ schichtete Bauteil in ein Entschichtungsbad eingebracht und nach Ablauf der Behandlungszeit wieder entnommen wird, wobei dem Entschichtungsbad als Inhibitor eine Alkanolamin-Verbin- dung oder ein diese enthaltendes Salz beigegeben werden. Für Alkanolamin-Verbindungen und diese enthaltenden Salze als In- hibitoren hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, dass diese nicht nur einen Angriff des Grundwerkstoffs des be¬ schichteten Bauteils durch das Entschichtungsbad verringern, sondern auch die Bildung von TGO unterdrücken bzw. die Auflö¬ sung von TGO und CMAS beschleunigen. Hierdurch kann vorteil- haft ein Entschichtungsprozess mit vergleichsweise hohen Ab¬ tragungsraten über einen längeren Behandlungszeitraum hin aufrechterhalten werden, als dies mit den gemäß dem Stand der Technik eingesetzten Inhibitoren möglich ist. Damit lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren wirtschaftlicher zur An- wendung bringen, insbesondere kann eine Unterbrechung des
Entschichtungsverfahrens zwecks Zwischenschaltung eines me¬ chanischen Bearbeitungsschrittes entfallen oder zumindest die Behandlungszeiträume zwischen diesen mechanischen Bearbei¬ tungsschritten verlängert werden. Damit verringert sich ins- gesamt vorteilhaft die für den Entschichtungsprozess notwen¬ dige Verfahrensdauer, weswegen das Verfahren wirtschaftlicher angewendet werden kann. Weiterhin können Beschädigungen des Grundwerkstoffs des beschichteten Bauteils aufgrund mechani¬ scher Bearbeitungsschritte vermieden werden, wodurch der Aus- schuss bei der Entschichtung verringert wird, was zusätzlich zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit des Verfahrens bei¬ trägt. Als vorteilhaft besonders effektiv hat sich die Anwen¬ dung von Triethanolamin oder eines von dessen Salzen, wie z. B. Triethanolaminborat als Inhibitor herausgestellt.
Vorteilhaft ist es, als weitere Inhibitoren Carbonsäuren und/oder Aldehydverbindungen und/oder ungesättigte Alkohole zuzugeben, deren Wirkung als Inhibitor bei der Entschichtung bereits bekannt ist. Die Mischungen von Inhibitoren verbes¬ sern die GesamtWirkung des Entschichtungsbades insgesamt vor¬ teilhaft.
Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfah¬ ren bei der Entschichtung von Turbinenschaufeln anwenden, wo¬ bei insbesondere MCrAlY-Beschichtungen und/oder thermische Schutzschichten von den Turbinenschaufeln entfernt werden können. Die MCrAlY-Beschichtung dient dabei häufig als Zwi- schenschicht zwischen der Turbinenschaufel und der thermi¬ schen Schutzschicht (TBC) . Selbstverständlich können die ge¬ nannten Schichtsysteme auch von beliebigen anderen Bauteilen abgetragen werden, sofern dies notwendig ist (z. B. von Zu¬ leitungsrohren für Gasturbinen) .
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur zeigt ein Dia¬ gramm, welches den Verlauf von verschiedenen Ausführungsbei¬ spielen des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt. Das Aus- führungsbeispiel des Verfahrens bestand in einem Abtragen ei¬ ner MCrAlY-Beschichtung auf betriebsbeanspruchten Turbinen¬ schaufeln, wobei als Entschichtungsbad eine fünfprozentige Salzsäure verwendet wurde. Weiterhin wurde in parallel durch¬ geführten Verfahren Triethanolamin in einprozentiger bzw. zweiprozentiger Konzentraton zugegeben. Während der Behand¬ lungszeit wurde das Entschichtungsbad mit Ultraschall mit ei¬ ner Frequenz von 36 kHz beaufschlagt.
Bei den Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfah- rens handelte es sich um eine elektrochemische Entschichtung, wobei das Potential an der Turbinenschaufel bei 0,100 V SCE bzw. 0,340 V SHE gehalten wurde. Das Diagramm zeigt über der Behandlungszeit t in Stunden h den an der Turbinenschaufel gemessenen Strom I in Ampere A. Dieser Strom kann als direk¬ tes Maß für die Abtragungsrate an der Turbinenschaufel ver¬ wendet werden.
Es zeigt sich, dass bei Zugabe von einem bzw. zwei Prozent Triethanolamin (TEA) sich die Stromdichte zum Auflösen im Vergleich zur Verwendung von reiner Salzsäure vervielfachen lässt. Hierdurch lässt sich in entsprechend kürzerer Zeit ein Abtrag der Beschichtung von der Turbinenschaufel erreichen. Dieser lässt sich im Diagramm anhand des Stromabfalls erken¬ nen. Die notwendigen Behandlungszeiten lassen sich dadurch auf unter eine Stunde verringern.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Abtragen einer Chrom und/oder Cromoxid- Verbindungen enthaltenden Beschichtung von einem Bauteil, bei dem das beschichtete Bauteil in ein Entschichtungsbad einge¬ bracht und nach Ablauf der Behandlungszeit wieder entnommen wird, wobei dem Entschichtungsbad als Inhibitor eine Alkanol- amin-Verbindung oder ein diese enthaltendes Salz beigegeben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Inhibitor Triethanolamin oder eines von dessen Sal¬ zen beigegeben wird.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Inhibitoren Carbonsäuren und/oder Aldehyd¬ verbindungen und/oder ungesättigte Alkohole zugegeben werden.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung von einer Turbinenschaufel abgetragen wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine MCrAlY-BeSchichtung und/oder eine thermische Schutzschicht ist.
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