WO2015036249A1 - Bauteil und verfahren zur entschichtung eines bauteils - Google Patents

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Diana Felkel
Daniel Koch
Jan Störmer
Manfred Weigt
Andre Willmann
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/80—Repairing, retrofitting or upgrading methods

Definitions

  • the present invention relates to a component comprising a Grundkör per ⁇ of a base material and a coating to be removed, sawn and a process for decoating of such a component.
  • High temperature resistant components of a power plant eg the blade, generally have a base made of a cobalt base or nickel base superalloy.
  • a primer layer of the type MCrAlY is applied on this base material.
  • M for example denotes a combination of the metals nickel and cobalt.
  • Cr stands for chromium and AI for aluminum and Y for yttrium.
  • Zirconium oxide are applied.
  • the components of gas turbines are subject to wear during operation or may be damaged in any other way, resulting in damage to the TBC layer and the adhesive layer.
  • the removal or removal of coatings is also referred to as stripping.
  • Subsequent re-coating can allow a further life cycle of the turbine blades, which is why there is great interest in effective stripping.
  • Such a process for the stripping of components is described in EP 1 314 797 A2. This is a chemical stripping process.
  • the component to be stripped is placed in a solution with hydrochloric acid and a immersed in the base material of the component reducing inhibitor.
  • Decoating bath causes the dissolution of the coating.
  • the TBC layer is radiated abrasive with Al 2 O 3 as a blasting medium. Subsequently, the MCrAlY is removed by acid. Remnants ⁇ the then mechanically removed.
  • the first object of the invention is to provide a ⁇ be coated member in which a simple detachment of the coating is possible.
  • the second object of the invention is to provide a process for the decoating of a sol ⁇ chen component.
  • the first object is achieved by the specification of a component comprising a main body of a base material and a coating to be removed, wherein between the base material and the coating to be removed, an intermediate layer is provided, the intermediate layer is an increase in volume intermediate layer, which is expandable by activating a pulse so that a detachment of the coating to be removed can be accomplished.
  • the second object is achieved by specifying a procedural ⁇ ren For stripping a component having a, as described above, the intermediate layer, wherein the intermediate layer as a volume-increasing layer is arranged, which expands upon activation of a pulse, whereby a From ⁇ dissolve to remove the Coating is effected.
  • an intermediate layer is introduced between the base material and the coating to be removed, for example MCrAlY.
  • the intermediate layer is designed as a volume-enlarging ⁇ intermediate layer which is expandable by activated four of the pulse.
  • the volume-increasing intermediate layer is, as described above, between Grundma ⁇ TERIAL and to be removed coating, for example MCrAlY, is introduced.
  • the intermediate layer is activated by a pulse of, for example, electrical and / or chemical and / or electrochemical nature, which leads to the expansion of the intermediate layer and thus the detachment of the entire coating to be removed is achieved.
  • the intermediate layer is ak ⁇ tivated by a pulse in the reprocessing of the part, resulting in the detachment of the coating to be removed.
  • inventive method and the inventive ⁇ component are environmentally friendly, since no aggressive acids and disposal are necessary.
  • coating residues remain in the blasting material and in the acid, which subsequently have to be disposed of.
  • the base material attack by aggressive acids such as, for example, does not occur
  • the pulse is an electrical and / or chemical and / or electrochemical pulse.
  • electromagnetic pulses or others are also possible.
  • the intermediate layer can be activated by applying an electrical voltage to the component. This can be, for example, an induction voltage. If the component is a blade, for example, a high-frequency field between the blade root and the blade tip can be generated.
  • the component is Wegbet ⁇ tet in an electrolyte solution.
  • the intermediate layer is then activated by applying a voltage, for example an induction voltage.
  • the electrolyte solution can be suitably selected.
  • the volume-increasing intermediate layer preferably comprises nanotubes. These are particularly suitable for high temperature ⁇ turbau former.
  • a complete detachment of the coating to be removed can be accomplished. So far remains coating residue, which must be removed with costly rework.
  • the invention makes possible a complete detachment of the entire layer. This will be the
  • the coating to be removed preferably comprises at least one adhesion promoter layer, in particular of MCrAlY.
  • the coating to be removed can also comprise at least one heat-insulating layer, in particular a ceramic thermal-insulating layer.
  • the base material comprises a base material and ei ⁇ ne layer.
  • the intermediate layer is in this case arranged on the layer.
  • the component is a turbine blade.
  • FIG. 2 shows schematically the method with reference to a blade.
  • FIG. 1 shows a section of a construction ⁇ part according to the invention. This shows a basic body, which consists of a
  • Base material may also be a base material coated with one or more layers.
  • an intermediate layer 2 is now applied.
  • ⁇ layer 2 are here such as a adhesion promoter layer 3, for example of MCrAlY and a thermal insulation layer 4 up ⁇ done.
  • a thermal barrier coating 4 may be applied without adhesive layer 3, or a primer layer 3 without thermal barrier coating 4. If components subject to operating conditions are reprocessed, the old coating 5 (here: adhesive layer 3 + thermal barrier coating 4) is to be removed.
  • the intermediate layer 2 is activated by a pulse of chemical and / or electrical and / or electrochemical nature in the reprocessing, which leads to the detachment of the entire stratum 5 to be removed.
  • the coating 5 to be removed is almost completely "blown off”.
  • the intermediate layer 2 is designed as a volume- increasing intermediate layer 2. This may take eg nanotubes to ⁇ .
  • the volume-increasing intermediate layer 2 is activated by a pulse chemical and / or electrical and / or electrochemical nature in the reprocessing, which leads to the expansion of the volume-increasing intermediate layer 2 and thus thus the detachment of the entire coating to be removed 5 is achieved.
  • the activation of the intermediate layer 2 takes place by applying an electrical voltage. If the component is a blade, e.g. a high frequency field between the blade root and blade tip are generated.
  • the intermediate layer 2 is activated (FIG. 2). This leads to a complete detachment of the entire coating 5 to be removed. If the intermediate layer 2 is designed as a volume-increasing intermediate layer 2, it expands in that the coating 5 to be removed is completely detached.
  • the invention results in a significant reduction of the throughput times in the stripping process. This saves time and costs.
  • the component is environmentally friendly with the method according to the invention, since no aggressive acids and their disposal are necessary.
  • Base material 1 not damaged or attacked by aggressive acids. As a result, a new coating of the components is easily possible. In the state of the art, the coating residues remain both in the blasting material (in the case of abrasive removal) and in the acid. These must then be disposed of with. By the invention, only coating residues are present, which must be disposed of.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil umfassend einen Grundkörper aus einem Grundmaterial (1) und einer zu entfernenden Beschichtung (5), wobei zwischen dem Grundmaterial (1) und der zu entfernenden Beschichtung (5) eine Zwischenschicht (2) vorgesehen ist, die Zwischenschicht (2) eine volumenvergrößernde Zwischenschicht (2) ist, welche durch Aktivieren eines Impulses ausdehnbar ist, so dass dadurch eine Ablösung der zu entfernenden Beschichtung (5) bewerkstelligbar ist. Zudem betrifft die Erfindung noch ein Verfahren zur Entschichtung eines Bauteils.

Description

Beschreibung
Bauteil und Verfahren zur EntSchichtung eines Bauteils Die Erfindung betrifft ein Bauteil umfassend einen Grundkör¬ per aus einem Grundmaterial und einer zu entfernenden Be- schichtung sowie ein Verfahren zur EntSchichtung eines solchen Bauteils. Hochtemperaturbeständige Bauteile eines Kraftwerks, z.B. die Schaufel weisen im Allgemeinen einen Grundkörper aus einer Kobaltbasis- oder Nickelbasis-Superlegierung auf. Auf dieses Grundmaterial wird eine Haftvermittlerschicht der Art MCrAlY aufgebracht. Dabei bezeichnet M beispielsweise eine Kombina- tion der Metalle Nickel und Kobalt. Cr steht für Chrom und AI für Aluminium sowie Y für Yttrium. Auf diese Haftvermittlerschicht kann eine keramische Schicht (TBC-Schicht ) aus
Zirkonoxid aufgebracht werden. Die Bauteile von Gasturbinen unterliegen während des Betriebs einem Verschleiß oder können auf sonstige Art und Weise beschädigt werden, was zu einer Beschädigung der TBC Schicht und der Haftvermittlerschicht führt. Zur Wiederaufbereitung der Bauteile ist es in der Regel erforderlich, die Beschichtung vollständig zu entfernen. Das Entfernen bzw. Abtragen von Beschichtungen bezeichnet man auch als Entschichten . Durch eine anschließende Neubeschich- tung kann ein weiterer Lebenszyklus der Turbinenschaufeln ermöglicht werden, weswegen sich ein großes Interesse an einer wirksamen EntSchichtung ergibt. Bei der EntSchichtung von Turbinenschaufeln müssen beispielsweise die verbrauchten Beschichtungen, wie MCrAlY- Beschichtungen als auch thermische Schutzschichten entfernt werden . Ein solches 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
Entschichtungsbad führt die Auflösung der Beschichtung herbei .
Bei den Entschichtungsverfahren unterscheidet man solche, bei denen die EntSchichtung auf mechanischem Wege, chemischem Wege oder elektrochemischem Wege erfolgt. Die elektrochemische EntSchichtung beruht auf dem Prinzip der Elektrolyse.
Bei der EntSchichtung wird beispielsweise die TBC-Schicht abrasiv mit AI2O3 als Strahlmittel abgestrahlt. Anschließend wird das MCrAlY durch Säure entfernt. Verbleibende Reste wer¬ den dann mechanisch entfernt. Dies sind jedoch langwierige Arbeitsprozesse, die mit Zeit und Kosten verbunden sind.
Die erste Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines be¬ schichteten Bauteils, bei welchem eine einfache Ablösung der Beschichtung möglich ist. Die zweite Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zur EntSchichtung eines sol¬ chen Bauteils.
Die erste Aufgabe wird gelöst durch die Angabe eines Bauteil umfassend einen Grundkörper aus einem Grundmaterial und einer zu entfernenden Beschichtung, wobei zwischen dem Grundmaterial und der zu entfernenden Beschichtung eine Zwischenschicht vorgesehen ist, die Zwischenschicht eine volumenvergrößernde Zwischenschicht ist, welche durch Aktivieren eines Impulses ausdehnbar ist, so dass dadurch eine Ablösung der zu entfer- nenden Beschichtung bewerkstelligbar ist.
Die zweite Aufgabe wird gelöst durch die Angabe eines Verfah¬ ren zur EntSchichtung eines Bauteils mit einer, wie oben beschriebenen Zwischenschicht, wobei die Zwischenschicht als eine volumenvergrößernde Schicht ausgestaltet wird, welche sich bei Aktivieren eines Impulses ausdehnt, wodurch ein Ab¬ lösen der zu entfernenden Beschichtung bewirkt wird. Damit wird erfindungsgemäß eine Zwischenschicht zwischen Grundmaterial und zu entfernender Beschichtung, z.B. MCrAlY eingebracht. Die Zwischenschicht ist dabei als eine volumen¬ vergrößernde Zwischenschicht ausgestaltet, welche durch Akti- vieren des Impulses ausdehnbar ist. Die volumenvergrößernde Zwischenschicht wird, wie oben beschrieben, zwischen Grundma¬ terial und zu entfernender Beschichtung, z.B. MCrAlY, eingebracht. Nach der Betriebsbeanspruchung wird bei der Wiederaufbereitung des Bauteils die Zwischenschicht durch einen Im- puls z.B. elektrischer und/oder chemischer und/oder elektrochemischer Natur aktiviert, was zur Ausdehnung der Zwischenschicht führt und wodurch somit die Ablösung der gesamten zu entfernenden Beschichtung erreicht wird. Nach der Betriebsbeanspruchung wird bei der Wiederaufbereitung des Bauteils die Zwischenschicht durch einen Impuls ak¬ tiviert, was zur Ablösung der zu entfernenden Beschichtung führt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und das erfin¬ dungsgemäße Bauteil wird eine deutliche Reduktion der Durch- laufzeiten bei der EntSchichtung bewirkt. So dauert beispielsweise die EntSchichtung im Stand der Technik bis zu 16 Tage. Bei der erfindungsgemäßen EntSchichtung wird hingegen lediglich ein Tag benötigt. Zudem sind das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungs¬ gemäße Bauteil umweltverträglicher, da keine aggressiven Säuren nebst Entsorgung notwendig sind. Beim Entschichten des Stands der Technik verbleiben Beschichtungsreste im Strahlgut und in der Säure, welche anschließend entsorgt werden müssen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Bauteil verblieben nur noch reine Beschichtungsreste zur Ent¬ sorgung. Zudem unterbleibt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Bauteil der Grundmaterialangriff durch aggressive Säuren, wie z.B. beim
Entschichtungsverfahren im Stand der Technik. Bevorzugt ist der Impuls ein elektrischer und/oder chemischer und/oder elektrochemischer Impuls. Natürlich sind auch elektromagnetische Impulse oder andere möglich. Bevorzugt ist die Zwischenschicht über das Anlegen einer elektrischen Spannung an das Bauteil aktivierbar. Dies kann beispielsweise eine Induktionsspannung sein. Ist das Bauteil eine Schaufel, so kann z.B. ein Hochfrequenzfeld zwischen Schaufelfuß und Schaufelspitze erzeugt werden.
Bevorzugt ist das Bauteil in eine Elektrolytlösung eingebet¬ tet. Die Zwischenschicht wird dann über das Anlegen einer Spannung, beispielsweise einer Induktionsspannung aktiviert. Dabei kann die Elektrolytlösung geeignet ausgewählt werden.
Bevorzugt umfasst die volumenvergrößernde Zwischenschicht Na- noröhrchen. Diese eignen sich besonders gut bei Hochtempera¬ turbauteilen . Bevorzugt ist eine vollständige Ablösung der zu entfernenden Beschichtung bewerkstelligbar. Bislang verbleiben Beschich- tungsrückstände, welche mit aufwendigen Nacharbeiten entfernt werden müssen. Durch die Erfindung wird eine vollständige Ablösung der gesamten Schicht möglich. Dadurch wird die
EntSchichtung wesentlich beschleunigt.
Bevorzugt umfasst die zu entfernende Beschichtung zumindest eine Haftvermittlerschicht, insbesondere aus MCrAlY. Auch kann die zu entfernende Beschichtung zumindest eine Wärme- dämmschicht, insbesondere eine keramische Wärmedämmschicht umfassen. Dies ist vor allem bei Gasturbinenschaufel oder an¬ deren Bauteilen, die sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sind, von Vorteil. Bevorzugt umfasst das Grundmaterial ein Basismaterial und ei¬ ne Schicht. Die Zwischenschicht ist in diesem Fall auf der Schicht angeordnet. Natürlich können auch mehrere Schichten auf dem Basismaterial aufgetragen sein. Bevorzugt ist das Bauteil eine Turbinenschaufel.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch :
FIG 1 schematisch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen
Bauteils,
FIG 2 schematisch das Verfahren anhand einer Schaufel.
FIG 1 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Bau¬ teils. Diese zeigt einen Grundkörper, welcher aus einem
Grundmaterial 1 besteht. Selbstverständlich kann dieses
Grundmaterial auch ein mit einer oder mehreren Schichten beschichtetes Basismaterial sein. Auf diesem Grundmaterial 1 wird nun eine Zwischenschicht 2 aufgebracht. Auf der Zwi¬ schenschicht 2 sind hier beispielsweise eine Haftvermittler- schicht 3, z.B. aus MCrAlY und eine Wärmedämmschicht 4 aufge¬ bracht. Selbstverständlich kann auch nur eine Wärmedämmschicht 4 ohne Haftvermittlerschicht 3 aufgebracht sein, oder eine Haftvermittlerschicht 3 ohne Wärmedämmschicht 4. Werden betriebsbeanspruchte Bauteile wiederaufbereitet, ist die alte Beschichtung 5 (hier: Haftvermittlerschicht 3 + Wärmedämmschicht 4) zu entfernen.
Erfindungsgemäß ist nun die Zwischenschicht 2 zwischen Grund¬ material 1 und der zu entfernenden Beschichtung 5, d.h. hier der Wärmedämmschicht 4 und der Haftvermittlerschicht 3 aufge¬ bracht. Nach der Betriebsbeanspruchung wird bei der Wiederaufbereitung die Zwischenschicht 2 durch einen Impuls chemischer und/oder elektrischer und/oder elektrochemischer Natur aktiviert, was zur Ablösung der gesamten zu entfernenden Be- Schichtung 5 führt. Die zu entfernende Beschichtung 5 wird quasi vollständig „abgesprengt". Die Zwischenschicht 2 ist als eine volumenvergrößernde Zwi¬ schenschicht 2 ausgestaltet. Diese kann z.B. Nanoröhrchen um¬ fassen. Nach der Betriebsbeanspruchung wird bei der Wiederaufbereitung die volumenvergrößernde Zwischenschicht 2 durch einen Impuls chemischer und/oder elektrischer und/oder elektrochemischer Natur aktiviert, was zur Ausdehnung der volumenvergrößernden Zwischenschicht 2 führt und wodurch somit die Ablösung der gesamten zu entfernenden Beschichtung 5 erreicht wird .
Die Aktivierung der Zwischenschicht 2 erfolgt über Anlegen einer elektrischen Spannung. Ist das Bauteil eine Schaufel so kann z.B. ein Hochfrequenzfeld zwischen Schaufelfuß und Schaufelspitze erzeugt werden.
Auch kann das Bauteil, hier eine Schaufel, in eine Elektro¬ lytlösung 6 einbetten werden, wie in FIG 2 gezeigt. Durch Anlegen einer elektrischen Induktionsspannung 7 wird die Zwischenschicht 2 aktiviert (FIG 2) . Dies führt zu einer voll- ständigen Ablösung der gesamten zu entfernenden Beschichtung 5. Ist die Zwischenschicht 2 als eine volumenvergrößernde Zwischenschicht 2 ausgestaltet, dehnt sie sich dadurch aus, dass die zu entfernende Beschichtung 5 vollständig abgelöst wird .
Durch die Erfindung ergibt sich eine deutliche Reduktion der Durchlaufzeiten bei der EntSchichtung. Dies spart Zeit und Kosten. Zudem ist das Bauteil mit dem erfindungsgemäßen Verfahren umweltverträglicher, da keine aggressiven Säuren sowie deren Entsorgung notwendig sind.
Auch treten keine Beschichtungsrückstände auf, welche im Stand der Technik mit aufwendigen Nacharbeiten zu entfernen sind. Erfindungsgemäß wird hingegen eine vollständige Ablö- sung der gesamten Beschichtung 5 ermöglicht. Auch wird das
Grundmaterial 1 nicht durch aggressive Säuren beschädigt oder angegriffen. Dadurch ist eine erneute Beschichtung der Bauteile problemlos möglich. Im Stand der Technik verbleiben die Beschichtungsreste sowohl im Strahlgut (bei abrasiver Entfernung) als auch in der Säure. Diese müssen anschließend mit entsorgt werden. Durch die Erfindung sind nur noch Beschichtungsreste vorhanden, welche entsorgt werden müssen.

Claims

Patentansprüche
1. Bauteil umfassend einen Grundkörper aus einem Grundmate¬ rial (1) und einer zu entfernenden Beschichtung (5),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
zwischen dem Grundmaterial (1) und der zu entfernenden Beschichtung (5) eine Zwischenschicht (2) vorgesehen ist, die Zwischenschicht (2) eine volumenvergrößernde Zwischenschicht (2) ist, welche durch Aktivieren eines Impulses ausdehnbar ist, so dass dadurch eine Ablösung der zu entfernenden Beschichtung (5) bewerkstelligbar ist.
2. Bauteil nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
der Impuls ein elektrischer und/oder chemischer und/oder elektrochemischer Impuls ist.
3. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die Zwischenschicht (2) über das Anlegen einer Spannung an das Bauteil aktivierbar ist.
4. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
das Bauteil in eine Elektrolytlösung (6) eingebettet ist und die Zwischenschicht (2) über das Anlegen einer Spannung (7) aktivierbar ist.
5. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die volumenvergrößernde Zwischenschicht (2) Nanoröhrchen um- fasst .
6. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
eine vollständige Ablösung der zu entfernenden Beschichtung (5) bewerkstelligbar ist.
7. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die zu entfernende Beschichtung (5) zumindest eine Haftver¬ mittlerschicht (3), insbesondere aus MCrAlY, umfasst.
8. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die zu entfernende Beschichtung (5) zumindest eine Wärmedämm¬ schicht (4), insbesondere eine keramische Wärmedämmschicht, umfasst.
9. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
das Grundmaterial (1) ein Basismaterial und eine Schicht um- fasst.
10. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
das Bauteil eine Turbinenschaufel ist.
11. Verfahren zur EntSchichtung eines Bauteils mit einer Zwischenschicht (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die Zwischenschicht (2) als eine volumenvergrößernde Schicht ausgestaltet wird, welche sich bei Aktivieren eines Impulses ausdehnt, wodurch ein Ablösen der zu entfernenden Beschichtung (5) bewirkt wird.
12. Verfahren zur EntSchichtung eines Bauteils nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
der Impuls elektrisch oder/und chemisch und/oder elektrochemisch ausgeführt wird.
13. Verfahren zur EntSchichtung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 11 bis 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Bauteil in eine Elektrolytlösung (6) eingebettet wird und die Aktivierung der Zwischenschicht (2) über das Anlegen einer Spannung (7) erfolgt.
14. Verfahren zur EntSchichtung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 11 bis 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die Aktivierung der Zwischenschicht (2) über das Anlegen einer Spannung an das Bauteil erfolgt.
PCT/EP2014/068237 2013-09-10 2014-08-28 Bauteil und verfahren zur entschichtung eines bauteils WO2015036249A1 (de)

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