WO2012022298A2 - Verfahren und vorrichtung zum entfernen einer schicht von einer oberfläche eines körpers - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method and an apparatus for removing a layer of at least one first material from a surface of a body of at least one second material.
- bodies are components of machines or devices, the O ber Assembly are often provided with a coating of another material, such as a paint or a similar protective layer.
- a particularly preferred use relates to components of aircraft engines, in particular components, such as umström- te profiles such as runners or vanes or grids.
- layers are in particular heat-insulating layers or ceramic layers, such as coatings, the Zr0 2 or A1 2 0 3 includes, in particular, defective coatings on newly manufactured or repaired parts.
- abrasive methods have hitherto been used for this, in which abrasives are used manually or with the aid of grinding machines for machining the surface.
- chemical cleaning or etching agents are used, with the help of which the layer to be removed is attacked and detached.
- Wännedämm Anlagenen or ceramic layers are often removed by means of high pressure water jets, especially in combination with KOH lye.
- Such methods are often quite expensive, associated with the use of expensive equipment or with an undesirable change in the adhesive layer.
- the present invention has for its object to improve a removal of a layer from a surface of a body.
- the body is exposed to a pressure jet of at least one blasting medium, in particular spherical, particles, the pressure blast having an alpine intensity at most during the entire impingement time or at least in part of this time 0.35 Almen A, preferably at most 0.3 Almen A and particularly preferably at most 0.25 Almen A.
- a low-energy fatigue radiation in particular for the removal of thermal insulation and / or ceramic layers, for components of an aircraft engine such as guide or playpens, in particular a turbine or turbine stage, thus proposed over the prior art.
- the method can equally be used to repair such components as well as to remove coatings in the new production.
- the almen intensity of the pressure jet is at least 0.005 Almen N, preferably at least 0.01 Almen N and particularly preferably at least 0.05 Almen N during the entire loading time or at least part of this time.
- Almenintenstician is a quantitative measure of jet processes, in particular shot peening processes ,
- the deformation which causes the blasting process in a sample, in particular a strip of SAE1070 spring steel ("Almenstsammlung") when irradiated from 90 mm, in particular the deflection due to the impressed by the blasting process in the unilaterally irradiated sample residual compressive stresses, in particular the
- the Almen strip can be irradiated for a defined time or until the saturation point is reached, which is defined as the deflection, which only increases by 10% when the jet duration is doubled It is about 0.79 mm (0.031 ”) at N and about 1.25 mm (0.051") at A, the wall thickness of the used Almenstsammlungs.
- the first material may also be wholly or partly identical to the second material, in particular chemically or physically.
- the particles are preferably spherical, they must but not exactly spherical in terms of; It is also sufficient for an approximately spherical shape of the particles.
- the body is exposed to the pressure jet only until the layer to be removed has been removed to a desired degree.
- the body is exposed to the pressure jet even if the layer to be removed has been removed to the desired degree until the surface of the body reaches a desired position where it was exposed to the pressure jet , has reached specified strength level.
- This embodiment of the invention has the advantage that the cleaning of a surface or the removal of a layer from a surface can be combined with a solidifying treatment of the surface in one operation. When irradiating a surface with shot peening, it is possible to introduce compressive residual stresses into the surface, which improves the fatigue strength of the surface material. In this way cracking, e.g. due to corrosion fatigue in the surface, decisively reduce.
- the particles in particular spherical particles, consist of a chemically less reactive ("inert") material at least temporarily during the duration of the irradiation
- the size of the particles, the material composition and / or the internal structure of the particles can be change the duration of the irradiation
- Transition from the cleaning, the abrasion abrading effect of the radiation to the curing effect of the irradiation, a change in the size of the particles, their material composition or their internal structure can advantageously affect the result of the irradiation.
- At least temporarily particles are used which contain a concentric with a first material encased, in particular spherical, core of a second material.
- a preferred embodiment of the method according to the invention provides that the pressure jet next to a blasting agent of particles, which preferably consist of a chemically less reactive material, at least temporarily contains at least one further substance which reacts chemically with at least one material component of the layer to be removed.
- These chemically reactive materials are preferably alkalis of an alkali metal hydroxide, for example potassium hydroxide (KOH). Investigations have shown that glass beads or glass-coated particles are particularly suitable blasting agents. Additionally or alternatively, some or all of the particles may also comprise, in particular consist of, zirconium (Zr), ceramic and / or plastic.
- particles whose maximum or average dimension, in particular their diameter, at least 5 ⁇ , preferably at least ⁇ and more preferably at least 15 ⁇ and / or at most 550 ⁇ , preferably at most 500 ⁇ and more preferably at most 450 ⁇ , at least temporarily use to lead to advantageous results of the surface texture.
- the degree of coverage in the case of irradiation by the process according to the invention is preferably between 3 and 100.
- Some or all of the particles preferably have, at least temporarily, a hardness of between 280 and 550 Vickers hardness (HV) at a test load of 0.3 kiloponds. Additionally or alternatively, their elongation at break ⁇ is preferably at most 0.3%, preferably at most 0.2% and particularly preferably at most 0.1%.
- the mean velocity of the particles in the pressure jet is preferably at least 0.5 m / s, preferably at least 1 m / s and more preferably at least 20 m / s, and / or at most 80 m s.
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Entfernen einer Schicht aus einem ersten Material von einer Oberfläche eines Körpers aus einem zweiten Material wird der Körper einem Druckstrahl ausgesetzt, der ein Strahlmittel aus Partikeln enthält, wobei der Druckstrahl wenigstens zeitweise eine Almenintensität von höchstens 0,35 Almen A, vorzugsweise höchstens 0,3 Almen A und besonders bevorzugt höchstens 0,25 Almen A aufweist.
Description
Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen einer Schicht von einer Oberfläche eines Körpers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen einer Schicht aus we- nigstens einem ersten Material von einer Oberfläche eines Körpers aus wenigstens einem zweiten Material. Beispiele für solche Körper sind Bauteile von Maschinen oder Geräten, deren O- berfläche häufig mit einer Beschichtung aus einem anderen Material, wie beispielsweise aus einem Lack oder einer ähnlichen Schutzschicht, versehen sind. Eine besonders bevorzugte Verwendung betrifft Bauteile von Flugzeugtriebwerken, insbesondere Komponenten, etwa umström- te Profile wie zum Beispiel Lauf- oder Leitschaufeln bzw. -gitter. Beispiele für solche Schichten sind insbesondere Wärmedämmschichten bzw. Keramikschichten, , beispielsweise Beschichtun- gen, die Zr02 oder A1203 enthalten, insbesondere fehlerhafte Beschichtungen, auf neu hergestellten oder zu reparierenden Bauteilen. Üblicherweise werden hierzu bisher Schleifverfahren verwendet, bei denen Schleifmittel manuell oder mit Hilfe von Schleifmaschinen zur Bearbeitung der Oberfläche verwendet werden. Bei anderen Verfahren kommen chemische Reinigungs- oder Ätzmittel zum Einsatz, mit deren Hilfe die abzutragende Schicht angegriffen und abgelöst wird. Insbesondere Wännedämmschichten bzw. Keramikschichten werden häufig mittels Hochdruckwasserstrahlen, insbesondere auch in Kombination mit KOH-Lauge entfernt. Derartige Verfahren sind häufig recht aufwendig, mit dem Einsatz kostspieliger Geräte oder mit einer unerwünschten Veränderung der Haftschicht verbunden.
Aus der DE 10 2008 014 726 AI ist ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Kugel strahlbehandlung integral beschaufelter Rotoren bekannt. Dabei kann es jedoch zu einer Schädigung der Haftschicht, also der Oberflächenschicht, auf der die zu entfernende Schicht haftet, oder des Körpers aus dem zweiten Material, dem Grundwerkstoff, kommen.
Der vorliegenden Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein Entfernen einer Schicht von einer Oberfläche eines Körpers zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Körper, dessen Oberfläche von einer Schicht befreit werden soll, einem Druckstrahl aus wenigstens einem Strahlmittel aus, insbesondere sphärischen, Partikeln auszusetzen, wobei der Druckstrahl während der gesamten Beaufschlagungszeit oder wenigstens in einem Teil dieser Zeit eine Almenintensität aufweist, die höchstens 0,35 Almen A, vorzugsweise höchstens 0,3 Almen A und besonders bevorzugt höchstens 0,25 Almen A aufweist.
Erfindungsgemäß wird somit gegenüber dem bekannten Stand der Technik ein Niedrigenergie- Ermüdungsstrahlen, insbesondere zum Entfernen von Wärmedämm- und/oder Keramikschichten, für Komponenten eines Flugzeugtriebwerks wie Leit- oder Laufgitter, insbesondere einer Turbine oder Turbinenstufe, vorgeschlagen. Das Verfahren kann gleichermaßen zur Reparatur solcher Komponenten als auch zur Entfernung von Beschichtungen bei der Neuherstellung verwendet werden.
Vorzugsweise beträgt die Almenintensität des Druckstrahls während der gesamten Beaufschlagungszeit oder wenigstens in einem Teil dieser Zeit wenigstens 0,005 Almen N, vorzugsweise wenigstens 0,01 Almen N und besonders bevorzugt wenigstens 0,05 Almen N. Die Almenintensität ist ein quantitatives Maß für Strahlprozesse, insbesondere Kugelstrahlprozesse. Hierzu wird die Verformung, die der Strahlprozess in einer Probe, insbesondere einem Streifen aus SAE1070 Federstahl („Almenstreifen") bei Bestrahlung aus 90 mm, hervorruft, insbesondere die Durchbiegung infolge der durch den Strahlprozess in der einseitig bestrahlten Probe eingeprägten Druckeigenspannungen, insbesondere die (maximale) Bogenhöhe des Almen- Streifens, bestimmt. Dabei kann die Probe für eine definierte Zeit oder bis der Sättigungspunkt erreicht ist bestrahlt werden. Dieser ist definiert als die Durchbiegung, welche bei Verdopplung der Strahldauer nur noch um 10% zunimmt. Die Verformung kann auf die Wandstärke des verwendeten Almenstreifens bezogen werden. Diese beträgt bei N etwa 0,79 mm (0,031") und bei A etwa 1,29 mm (0,051").
Das erste Material kann auch mit dem zweiten Material ganz oder teilweise, insbesondere chemisch oder physikalisch, identisch sein. Die Partikel sind vorzugsweise sphärisch, müssen dies-
bezüglich jedoch nicht exakt kugelförmig sein; es genügt auch eine annähernd sphärische Form der Partikel.
Vorzugsweise wird dabei der Körper dem Druckstrahl nur solange ausgesetzt, bis die zu entfer- nende Schicht zu einem gewünschten Grad abgetragen ist. Bei einer anderen Ausfuhrungsvariante der Erfindung wird der Körper dem Druckstrahl auch dann noch ausgesetzt, wenn die zu entfernende Schicht mit dem gewünschten Grad abgetragen ist, und zwar solange, bis die Oberfläche des Körpers an Stellen, an denen sie dem Druckstrahl ausgesetzt wurde, einen gewünschten, vorgegebenen Festigkeitsgrad erreicht hat. Diese Ausfuhrungsform der Erfindung ist mit dem Vorteil verbunden, dass das Reinigen einer Oberfläche oder das Abtragen einer Schicht von einer Oberfläche mit einer verfestigenden Behandlung der Oberfläche in einem Arbeitsgang kombiniert werden kann. Bei der Bestrahlung einer Oberfläche mit Kugelstrahlen ist nämlich die Einbringung von Druckeigenspannungen in die Oberfläche möglich, wodurch die Dauerfestigkeit des Oberflächenwerkstoffs verbessert wird. Auf diese Weise lässt sich die Rissbildung, z.B. durch Korrosionsermüdung in der Oberfläche, entscheidend reduzieren.
Vorzugsweise bestehen die, insbesondere sphärischen, Partikel - während der Dauer der Bestrahlung wenigstens zeitweise - aus einem chemisch wenig reaktiven („inerten") Material. Zusätzlich oder alternativ kann sich die Größe der Partikel, die Materialzusammensetzung und/oder die innere Struktur der Partikel mit der Dauer der Bestrahlung ändern. Insbesondere bei dem
Übergang von der reinigenden, die Beschlchtung abtragenden Wirkung der Bestrahlung zur härtenden Wirkung der Bestrahlung, kann sich eine Änderung der Größe der Partikel, ihrer Materialzusammensetzung oder ihrer inneren Struktur vorteilhaft auf das Ergebnis der Bestrahlung auswirken.
Vorzugsweise werden dabei wenigstens zeitweise Partikel eingesetzt, die einen konzentrisch mit einem ersten Material ummantelten, insbesondere sphärischen, Kern aus einem zweiten Material enthalten. Eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Druckstrahl neben einem Strahlmittel aus Partikeln, die vorzugsweise aus einem chemisch wenig reaktiven Material bestehen, wenigstens zeitweise noch wenigstens eine weitere Substanz enthält, die mit wenigstens einer Materialkomponente der zu entfernenden Schicht chemisch reagiert. Bei diesen chemisch reaktionsfähigen Materialien handelt es sich vorzugsweise um Laugen aus einem Alkalihydroxid, beispielsweise Kaliumhydroxid (KOH).
Untersuchungen haben ergeben, dass Glasperlen oder mit Glas ummantelte Partikel besonders geeignete Strahlmittel sind. Zusätzlich oder alternativ können einige oder alle Partikel auch Zirkonium (Zr), Keramik und/oder Kunststoff aufweisen, insbesondere hieraus bestehen. Es hat sich gezeigt, dass Partikel, deren maximale oder mittlere Abmessung, insbesondere deren Durchmesser, wenigstens 5μηι, vorzugsweise wenigstens ΙΟμπι und besonderes bevorzugt wenigstens 15μιη und/oder höchstens 550μιη, vorzugsweise höchstens 500μηι und besonderes bevorzugt höchstens 450μιη beträgt, bei wenigstens zeitweiser Verwendung zu vorteilhaften Ergebnissen der Oberflächenbeschaffenheit führen.
Der Überdeckungsgrad liegt bei einer Bestrahlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise zwischen 3 und 100.
Einige oder alle Partikel weisen wenigstens zeitweise vorzugsweise eine Härte zwischen 280 und 550 Härtegraden nach Vickers (HV) bei einer Prüfkraft von 0,3 Kilopond auf. Zusätzlich oder alternativ beträgt ihre Bruchdehnung ε vorzugsweise höchstens 0,3%, bevorzugt höchstens 0,2% und besonders bevorzugt höchstens 0,1%. Die mittlere Geschwindigkeit der Partikel im Druckstrahl beträgt vorzugsweise wenigstens 0,5 m/s, bevorzugt wenigstens 1 m/s und besonders bevorzugt wenigstens 20 m/s, und/oder höchstens 80 m s.
Claims
1. Verfahren zum Entfernen einer Schicht aus wenigstens einem ersten Material von einer Oberfläche eines Körpers aus wenigstens einem zweiten Material, bei dem der Körper einem Druckstrahl, der wenigstens ein Strahlmittel aus, insbesondere sphärischen, Partikeln enthält, ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckstrahl wenigstens zeitweise eine Almenintensität von höchstens 0,35 Almen A, vorzugsweise höchstens 0,3 Almen A und besonders bevorzugt höchstens 0,25 Almen A aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Almenintensität des Druckstrahls wenigstens zeitweise wenigstens 0,005 Almen N, vorzugsweise wenigstens 0,01 Almen N und besonders bevorzugt wenigstens 0,05 Almen N beträgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, bei dem der Körper dem Druckstrahl nur solange ausgesetzt wird, bis die zu entfernende Schicht zu einem gewünschten Grad abgetragen ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, bei dem der Körper dem Druckstrahl auch dann noch ausgesetzt wird, wenn die zu entfernende Schicht mit dem gewünschten Grad abgetragen ist, solange, bis die Oberfläche des Körpers an den Stellen, an denen sie dem Druckstrahl ausgesetzt wurde, einen gewünschten vorgegebenen Festigkeitsgrad erreicht hat.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem einige oder alle Partikel Glas, Zirkonium, Keramik und/oder Kunststoff aufweisen.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Partikel wenigstens zeitweise einen konzentrisch mit einem ersten Material ummantelten Kern aus einem zweiten Material enthalten.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Druckstrahl neben einem Strahlmittel aus Partikeln, insbesondere aus einem chemisch wenig reaktiven Material, wenigstens zeitweise noch wenigstens eine weitere Substanz enthält, die mit wenigstens einem Material der zu entfernenden Schicht chemisch reagiert.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die weitere Substanz eine Alkalihydroxid-Lauge ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Partikel wenigstens zeitweise eine maximale oder mittlere Außenabmessung, insbesondere einen Durchmesser, aufwei- sen, die wenigstens 5μηι, vorzugsweise wenigstens ΙΟμπι und besonderes bevorzugt wenigstens 15μιη und/oder höchstens 550μιη, vorzugsweise höchstens 500μτη und besonderes bevorzugt höchstens 450μπι beträgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bestrahlung mit ei- nem Überdeckungsgrad zwischen 3 und 100 erfolgt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Partikel wenigstens zeitweise eine Härte zwischen 280 und 550 Härtegraden nach Vickers (HV) aufweisen.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Bruchdehnung von Partikeln höchstens 0,3%, bevorzugt höchstens 0,2% und besonders bevorzugt höchstens 0,1% beträgt.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine mittlere Geschwin- digkeit von Partikel im Druckstrahl vorzugsweise wenigstens 0,5 m/s, bevorzugt wenigstens
1 m/s und besonders bevorzugt wenigstens 20 m s, und/oder höchstens 80 m/s, beträgt.
14. Vorrichtung zum Entfernen einer Schicht aus wenigstens einem ersten Material von einer Oberfläche eines Körpers aus wenigstens einem zweiten Material, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchfuhrung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
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