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Dokumentenidentifikation DE102005049249A1 19.04.2007
Titel Verfahren zur Entschichtung eines Gasturbinenbauteils
Anmelder MTU Aero Engines GmbH, 80995 München, DE
Erfinder Manier, Karl-Heinz, 85298 Scheyern, DE;
Thöne, Carl-Stefan, 46414 Rhede, DE;
Uihlein, Thomas, Dr., 85221 Dachau, DE
DE-Anmeldedatum 14.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005049249
Offenlegungstag 19.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2007
IPC-Hauptklasse C23F 1/00(2006.01)A, F, I, 20051014, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entschichtung eines Gasturbinenbauteils, nämlich zum vollständigen oder teilweisen Entfernen einer mehrlagigen bzw. mehrschichtigen Verschleißschutzbeschichtung von der Oberfläche des Gasturbinenbauteils, wobei die Verschleißschutzbeschichtung mindestens eine relativ harte, keramische Lage und mindestens eine relativ weiche, metallische Lage umfasst. Erfindungsgemäß wird zum Entfernen der mehrlagigen bzw. mehrschichtigen Verschleißschutzbeschichtung das Gasturbinenbauteil wechselweise in zwei unterschiedlichen chemischen Bädern positioniert, wobei ein erstes Bad ausschließlich dem Entfernen der relativ harten, keramischen Lage und ein zweites Bad ausschließlich dem Entfernen der relativ weichen, metallischen Lage der Verschleißschutzbeschichtung dient.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entschichtung eines Gasturbinenbauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bauteile einer Gasturbine, wie zum Beispiel die Laufschaufeln, sind zur Bereitstellung einer Oxidationsbeständigkeit, einer Korrosionsbeständigkeit oder auch einer Erosionsbeständigkeit an den Oberflächen mit speziellen Verschleißschutzbeschichtungen versehen. Die Bauteile von Gasturbinen unterliegen während des Betriebs derselben einem Verschleiß oder können auf sonstige Art und Weise beschädigt werden. Zur Reparatur von Beschädigungen ist es in der Regel erforderlich, vom zu reparierenden Bauteil die Verschleißschutzbeschichtung bereichsweise, teilweise oder auch insgesamt zu entfernen bzw. abzutragen. Das Entfernen bzw. Abtragen von Beschichtungen bezeichnet man auch als Entschichten. Bei den Entschichtungsverfahren unterscheidet man solche, bei denen die Entschichtung auf mechanischem Wege, chemischem Wege oder elektrochemischem Wege erfolgt.

Üblicherweise sind Verschleißschutzbeschichtungen als sogenannte Multilayer-Beschichtungen ausgeführt, die aus mehreren wechselweise auf das Gasturbinenbauteil aufgebrachten Lagen bestehen. So ist es z.B. möglich, dass eine als Multilayer-Beschichtung ausgeführte Verschleißschutzbeschichtung eine relativ weiche, metallische Lage und eine relativ harte, keramische Lage umfasst, die mehrfach wechselweise hintereinander auf das Gasturbinenbauteil aufgebracht sind. Weiterhin sind aus der Praxis Verschleißschutzbeschichtungen bekannt, bei welchen mehr als zwei unterschiedliche Lagen wechselweise hintereinander auf das Gasturbinenbauteil aufgebracht sind, so z.B. Multilayer-Beschichtungen aus jeweils vier wechselweise hintereinander auf das Gasturbinenbauteil aufgebrachten Lagen, nämlich einer ersten, an die Werkstoffzusammensetzung des Gasturbinenbauteils angepassten metallischen und damit relativ weichen Lage, einer ebenfalls relativ weichen, metallische Lage aus einem Metalllegierungswerkstoff, einer dritten, relativ harten gradierten Metall-Keramik-Lage sowie einer vierten relativ harten, keramischen Lage.

Aus dem Stand der Technik ist bislang kein Verfahren bekannt, mit Hilfe dessen als Multilayer-Beschichtungen ausgebildete Verschleißschutzbeschichtungen effektiv entfernt werden können, ohne dass die Gefahr von Beschädigungen des Gasturbinenbauteils besteht.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Entschichtung eines Gasturbinenbauteils zu schaffen.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren zur Entschichtung eines Gasturbinenbauteils im Sinne von Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird zum Entfernen der mehrlagigen bzw. mehrschichtigen Verschleißschutzbeschichtung das Gasturbinenbauteil wechselweise in zwei unterschiedlichen chemischen Bädern positioniert, wobei ein erstes Bad ausschließlich dem Entfernen der oder jeder relativ harten, keramischen Lage und ein zweites Bad ausschließlich dem Entfernen der oder jeder relativ weichen, metallischen Lage der Verschleißschutzbeschichtung dient.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, das Bauteil mit einer Multilayer-Verschleißschutzbeschichtung wechselweise in unterschiedlichen Bädern anzuordnen, wobei die unterschiedlichen Bäder selektiv entweder eine relativ harte, keramische Lage oder eine relativ weiche, metallische Lage der zu entfernenden Verschleißschutzbeschichtung abtragen. Hierdurch wird erstmals ein Verfahren vorgeschlagen, mit Hilfe dessen Gasturbinenbauteile effektiv von einer sogenannten Multilayer-Verschleißschutzbeschichtung befreit werden können, ohne dass die Gefahr von Beschädigungen des Gasturbinenbauteils besteht.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das erste Bad, welches ausschließlich dem Entfernen der oder jeder relativ harten, keramischen Lage dient, eine Säure aus einer Wasserstoffperoxydlösung und mindestens einem darin enthaltenen Natriumsalz und/oder Kaliumsalz einer organischen Säure. Alternativ oder zusätzlich zum Natriumsalz und/oder Kaliumsalz kann das erste Bad eine stickstoffhaltige organische Verbindung aufweisen. Die Wasserstoffperoxydlösung kann gegebenenfalls auch durch eine Mischung aus Flusssäure und Salpetersäure ersetzt werden. Das erste Bad weist einen pH-Wert zwischen 3 und 5 auf.

Das zweite Bad, welches ausschließlich dem Entfernen der oder jeder relativ weichen, metallischen Lage dient, ist eine Base aus einer wässrigen Lösung mindestens eines Alkalihydroxids oder Erdalkalihydroxids mit darin enthaltenem Silizium bzw. Siliziumverbindungen und/oder Phosphor bzw. Phosphorverbindungen, wobei das zweite Bad einen pH-Wert von mindestens 12 aufweist.

Vorzugsweise ist das erste Bad eine 5%ige bis 50%ige Wasserstoffperoxydlösung mit 10 g/l bis 100 g/l Natriumsalzen organischer Säuren. Alternativ oder zusätzlich zu den Natriumsalzen kann das erste Bad 1 g/l bis 10 g/l einer stickstoffhaltigen organischen Verbindung aufweisen. Das zweite Bad ist vorzugsweise eine 2%ige bis 50%ige Alkalihydroxidlösung mit 1 g/l bis 200 g/l Silizium bzw. Siliziumverbindungen und/oder 10 g/l bis 100 g/l Phosphor bzw. Phosphorverbindungen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Gasturbinenbauteil zum Entfernen einer relativ harten, keramischen Lage in dem ersten Bad bei einer Temperatur zwischen 10°C und 70°C für eine Zeitdauer von 1–60 Minuten pro 1 nm Dicke der zu entfernenden Lage positioniert. Zum Entfernen einer relativ weichen, metallischen Lage wird das Gasturbinenbauteil in dem zweiten Bad bei einer Temperatur zwischen 20°C und 150°C für eine Zeitdauer von 10–120 Minuten pro 1 nm Dicke der zu entfernenden Lage positioniert.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend in größerem Detail beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem Entschichten von mit Multilayer-Verschleißschutzbeschichtungen beschichteten Gasturbinenbauteilen, wobei die Multilayer-Verschleißschutzbeschichtungen aus mindestens zwei unterschiedlichen, wechselweise hintereinander angeordneten Lagen, nämlich aus wechselweise hintereinander angeordneten keramischen, relativ harten Lagen sowie metallischen, relativ weichen Lagen gebildet sind. Vorzugsweise dient das Verfahren dem Entschichten von Gasturbinenbauteilen, auf welche eine Verschleißschutzbeschichtung aus vier unterschiedlichen, wechselweise aufeinander folgenden Lagen aufgebracht sind.

Bei einem Gasturbinenbauteil, welches aus einem Titanbasiswerkstoff gebildet ist, ist die erste Lage vorzugsweise aus Titan oder Palladium oder Platin gebildet. Auf die erste Lage ist eine zweite Lage aufgebracht, die vorzugsweise von einem TiCrAl-Werkstoff gebildet wird. Als dritte Lage schließt sich eine Gradierungsschicht an, die aus einem TiAlN1-x Werkstoff gebildet ist. An die dritte Lage schließt sich eine vierte Lage aus Titanaluminiumnitrid (TiAlN) an. Diese vier Lagen sind wiederum zur Bildung einer mehrlagigen bzw. mehrschichtigen Verschleißschutzbeschichtung wechselweise hintereinander auf das Gasturbinenbauteil aufgebracht, wobei die erste und zweite Lage jeweils metallisch und relativ weich und die dritte und vierte Lage jeweils keramisch und relativ hart sind.

Zum Entfernen solcher mehrlagiger bzw. mehrschichtiger Verschleißschutzbeschichtungen von einem Gasturbinenbauteil wird im Sinne der hier vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, das Gasturbinenbauteil wechselweise in zwei unterschiedlichen chemischen Bädern zu positionieren, wobei ein erstes Bad ausschließlich dem Entfernen der oder jeder relativ harten, keramischen Lage und ein zweites Bad ausschließlich dem Entfernen der oder jeder relativ weichen, metallischen Lage der Verschleißschutzbeschichtung dient.

Bei dem ersten Bad, welches ausschließlich dem Entfernen der oder jeder relativ harten, keramischen Lage dient, handelt es sich um eine Säure aus einer Wasserstoffperoxydlösung und mindestens einem darin enthaltenen Natriumsalz und/oder Kaliumsalz einer organischen Säure. Alternativ oder zusätzlich zum Natriumsalz und/oder Kaliumsalz kann das erste Bad eine stickstoffhaltige organische Verbindung aufweisen. Die Wasserstoffperoxydlösung kann gegebenenfalls auch durch eine Mischung aus Flusssäure und Salpetersäure ersetzt werden.

Vorzugsweise wird das erste Bad von einer 5%igen bis 50%igen Wasserstoffperoxydlösung mit 10 g/l bis 100 g/l Natriumsalzen organischer Säuren gebildet. Der pH-Wert dieses ersten Bads liegt zwischen 3 und 5.

Bei dem zweiten Bad, welches ausschließlich dem Entfernen der oder jeder relativ weichen, metallischen Lage dient, handelt es sich um eine Base aus einer wässrigen Lösung mindestens eines Alkalihydroxids oder eines Erdalkalihydroxids mit darin enthaltenem Silizium und/oder Phosphor bzw. mit darin enthaltenen Siliziumverbindungen und/oder Phosphorverbindungen.

Vorzugsweise ist das zweite Bad eine Base aus einer 2%igen bis 50%igen Alkalihydroxidlösung mit 1 g/l bis 200 g/l Siliziumverbindungen und 10 g/l bis 100 g/l Phosphorverbindungen. Der pH-Wert dieses zweiten Bads beträgt mindestens 12.

In einem konkreten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem ersten Bad um eine Säure aus einer 10%igen Wasserstoffperoxydlösung mit 70 g/l Ethylendiamintetraacetat-Natriumsalz und 20 g/l Phenol-4-Sulfonsäure-Natriumsalz und bei dem zweiten Bad um eine 20%ige Alkalihydroxidlösung mit 100 g/l Siliziumverbindungen und 50 g/l Phosphorverbindungen.

Wie bereits erwähnt, wird das Gasturbinenbauteil zum Entfernen der Verschleißschutzbeschichtung wechselweise in dem ersten Bad sowie dem zweiten Bad positioniert, wobei das erste Bad selektiv lediglich dem Entfernen der harten, keramischen Lagen und das zweite Bad ausschließlich dem Entfernen der weichen, metallischen Lagen dient. Zum Entfernen einer keramischen Lage wird ein Gasturbinenbauteil demnach in dem ersten Bad positioniert, wobei hierzu das erste Bad eine Temperatur zwischen 10°C und 70°C aufweist. Vorzugsweise liegt die Temperatur dieses Bads in der Größenordnung der Raumtemperatur, also bei in etwa 20°C. Das Gasturbinenbauteil wird in diesem Bad für eine Zeitdauer von 1 bis 60 Minuten pro 1 nm Dicke der zu entfernenden keramischen, relativ harten Lage angeordnet. Zum Entschichten einer metallischen, relativ weichen Lage der Verschleißschutzbeschichtung wird das Gasturbinenbauteil im zweiten Bad positioniert, wobei die Temperatur des zweiten Bads zwischen 20°C und 150°C beträgt, vorzugsweise liegt die Temperatur des zweiten Bads bei 80°C. Das Bauteil wird im zweiten Bad für eine Zeitdauer zwischen 10 Minuten und 120 Minuten pro 1 nm Dicke der zu entfernenden metallischen, relativ weichen Lage positioniert. Zwischen dem Umpositionieren eines zu entschichtenden Gasturbinenbauteils zwischen den beiden Bädern kann das Gasturbinenbauteil gespült werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich sogenannte Multilayer-Verschleißschutzbeschichtungen von Gasturbinenbauteilen effektiv entfernen, ohne dass die Gefahr von Beschädigungen des Gasturbinenbauteils besteht. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können Verschleißschutzbeschichtungen von einem Gasturbinenbauteil vollständig oder auch lediglich teilweise entfernt werden, wobei zum teilweisen Entfernen der Verschleißschutzbeschichtungen ein Gasturbinenbauteil entweder nur teilweise in die Bäder eingetaucht wird, oder wobei nicht zu entschichtende Bereiche des Gasturbinenbauteils vor dem Eintauchen in das entsprechende Bad mit einer Schutzschicht aus z. B. Wachs versehen werden.


Anspruch[de]
Verfahren zur Entschichtung eines Gasturbinenbauteils, nämlich zum vollständigen oder teilweisen Entfernen einer mehrlagigen bzw. mehrschichtigen Verschleißschutzbeschichtung von der Oberfläche des Gasturbinenbauteils, wobei die Verschleißschutzbeschichtung mindestens eine relativ harte, keramische Lage und mindestens eine relativ weiche, metallische Lage umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entfernen der mehrlagigen bzw. mehrschichtigen Verschleißschutzbeschichtung das Gasturbinenbauteil wechselweise in zwei unterschiedlichen chemischen Bädern positioniert wird, wobei ein erstes Bad ausschließlich dem Entfernen der oder jeder relativ harten, keramischen Lage und ein zweites Bad ausschließlich dem Entfernen der oder jeder relativ weichen, metallischen Lage der Verschleißschutzbeschichtung dient. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bad, welches ausschließlich dem Entfernen der oder jeder relativ harten, keramischen Lage dient, eine Säure aus einer Wasserstoffperoxydlösung und mindestens einem darin enthaltenen Natriumsalz und/oder Kaliumsalz einer organischen Säure ist. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bad eine 5%ige bis 50%ige Wasserstoffperoxydlösung mit 10 g/l bis 100 g/l Natriumsalzen organischer Säuren ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bad, welches ausschließlich dem Entfernen der oder jeder relativ harten, keramischen Lage dient, eine Säure aus einer Wasserstoffperoxydlösung und einer darin enthaltenen stickstoffhaltigen organischen Verbindung ist. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bad eine 5%ige bis 50%ige Wasserstoffperoxydlösung mit 1 g/l bis 10 g/l der stickstoffhaltigen Verbindung ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bad, welches ausschließlich dem Entfernen der oder jeder relativ harten, keramischen Lage dient, eine Säure aus einer Wasserstoffperoxydlösung, mindestens einem darin enthaltenen Natriumsalz und/oder Kaliumsalz einer organischen Säure und einer darin enthaltenen stickstoffhaltigen organischen Verbindung ist. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bad eine 5%ige bis 50%ige Wasserstoffperoxydlösung mit 10 g/l bis 100 g/l Natriumsalzen organischer Säuren und 1 g/l bis 10 g/l der stickstoffhaltigen organischen Verbindung ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bad eine Mischung aus Flusssäure und Salpetersäure ist, und ferner mindestens ein Natriumsalz und/oder Kaliumsalz einer organischen Säure und/oder eine stickstoffhaltige organische Verbindung enthält. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bad, welches ausschließlich dem Entfernen der oder jeder relativ harten, keramischen Lage dient, einen pH-Wert zwischen 3 und 5 aufweist. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasturbinenbauteil zum Entfernen einer relativ harten, keramischen Lage in dem ersten Bad bei einer Temperatur zwischen 10°C und 70°C für eine Zeitdauer von 1–60 Minuten pro 1 nm Dicke der zu entfernenden Lage positioniert wird. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bad, welches ausschließlich dem Entfernen der oder jeder relativ weichen, metallischen Lage dient, eine Base aus einer wässrigen Lösung mindestens eines Alkalihydroxids oder eines Erdalkalihydroxids mit darin enthaltenem Silizium bzw. Siliziumverbindungen und/oder Phosphor bzw. Phosphorverbindungen ist. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bad eine 2%ige bis 50%ige Alkalihydroxidlösung mit 1 g/l bis 200 g/l Silizium bzw. Siliziumverbindungen und/oder 10 g/l bis 100 g/l Phosphor bzw. Phosphorverbindungen ist. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bad, welches ausschließlich dem Entfernen der oder jeder relativ weichen, metallischen Lage dient, einen pH-Wert von größer als 12 aufweist. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasturbinenbauteil zum Entfernen einer relativ weichen, metallischen Lage in dem zweiten Bad bei einer Temperatur zwischen 20°C und 150°C für eine Zeitdauer von 10–120 Minuten pro 1 nm Dicke der zu entfernenden Lage positioniert wird.






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