去除面層的方法
2023-12-03 08:03:16 2
專利名稱：去除面層的方法
技術領域：
本發明涉及一種按權利要求1所述的去除面層的方法。
構件，例如透平葉片，例如在使用後有構成一個面層的腐蝕產物，如氧化物、硫化物、氮化物、碳化物、磷酸鹽等。這些構件在它們使用後只要尤其去除腐蝕產物便可以重新使用。完全去除這種腐蝕產物例如通過噴砂處理實現，但這可能導致損壞底物。
同樣，可以將構件整個地藉助酸脫或氟離子清洗(fluor ioncleaning(FIC))處理。然而這樣做非常費時，因為腐蝕產物面對酸或氟和/或氟化物時部分隨時間的推移有過低的去除速率。
US-PS5575858介紹了一種去除構件清除區、尤其腐蝕產物的方法，按此方法，清除區在最終清潔前預處理造成對清除區的破壞，因此與不破壞清除區相比，提高了在清除區最終清潔時的去除速率。
在US-PS4439241、US-PS5464479和EP1013797中公開了一些類似的方法。
因此本發明所要解決的技術問題是提供一種方法，採用此方法使構件上面層的去除更加容易並因而縮短時間。
上述技術問題通過按照權利要求1所述的方法得以解決。
在從屬權利要求中列舉的措施可以按有利的方式互相組合。
下面藉助附圖簡要地說明本發明。附圖中
圖1表示帶有腐蝕產物的構件；圖2示意性地表示按照本發明的方法的實施；圖3、4、5表示實施按照本發明的方法後的構件；圖6表示燃氣輪機；圖7表示燃燒室；圖8表示透平葉片；以及圖9表示汽輪機。
圖1表示一個構件1，它可以用按照本發明的方法處理。構件1由陶瓷或金屬的底物4(基體)組成，尤其對於透平，它例如是一種鈷基、鐵基或鎳基的超級高溫合金。構件1例如是燃氣輪機100(圖6)、汽輪機300、303(圖9)或航空燃氣輪機的導向葉片130或工作葉片120(圖6、8)、燃燒室襯墊155(圖7)或透平中其他遭遇熱燃氣的構件。
構件1或者可以是新制的或者可以再加工。再加工(整修)的意思是，構件1在其使用後必要時與面層(隔熱層)分離並去除腐蝕產物和氧化產物。必要時還必須修理裂紋。在這之後這種構件1便可以重新鍍層；這樣做是特別有利的，因為基體非常昂貴。為了使用，構件1在表面13上可以有至少一個陶瓷或金屬層，例如MCrAlX層和/或在它上面的隔熱層，它可以在方法的第一個步驟中粗略地去除。所述的MCrAlX層也可能是要採用按照本發明的方法處理的清除區10。
下面討論作為腐蝕產物10(腐蝕層10)的清除區10。但清除區10同樣可以是一個沒有腐蝕產物的具有工作能力的面層。清除區10可以是金屬和/或陶瓷層，在這種情況下此層可以是金屬的並有腐蝕產物。腐蝕產物10，例如氧化物、硫化物、氮化物、磷酸鹽或碳化物等，可能存在於構件1的表面13上或構件1的裂紋7內。
必須從裂紋7或表面13上去除腐蝕產物10，使裂紋7可以用一種釺料或焊料充填以及可以為表面13重新鍍層。否則腐蝕產物10將阻礙或至少降低釺料的良好粘附性或重新鍍層的質量。
若例如用FIC方法清潔，按現有技術的腐蝕產物10具有確定的去除速率(單位時間去除的質量)。然而這種去除速率太低以及經過一定時間後甚至可能等於零。
圖2示意性地表示出對按照本發明的方法的實施。
為了破壞腐蝕產物10，在它上面例如施加一種材料16，如鹽16，它可與腐蝕產物10化學反應，以便破壞此清除區10。作為鹽優選地使用Na2SO4(硫酸納)和/或CoSO4(硫酸鈷)。也可以設想其他鹽或組合。尤其藉助這些鹽可以很好地去除腐蝕產物，如在底物4的合金(例如超級高溫合金)內所含的金屬鈦、鋁和/或鈷的氧化物，如氧化鋁和/或氧化鈷和/或氧化鈦。
同樣可以直接將熔融鹽施加在裂紋7內或腐蝕產物10上，或將構件1浸入到熔融鹽內。
同樣可以在裂紋7內和在表面13上塗敷形式上為泥漿的鹽。在大面積的應用場合適合鋪覆含有材料16或鹽16的薄膜。
鹽16可例如藉助雷射器19和其雷射束22尤其局部加熱，使鹽16與腐蝕產物10進行化學反應或造成一種熱衝擊。
這種加熱也可以通過電磁感應進行，尤其在底物4是金屬的情況下。構件1的加熱可以藉助感應或藉助光源，例如藉助雷射器，通過雷射器19用雷射束2例如僅射入裂紋7內而局部進行。
局部加熱也可以藉助可連續調諧的微波進行。可連續調諧的意思是，尤其可以改變波長和強度。
圖3表示一個帶有腐蝕產物10的構件1通過按照本發明的預處理破壞腐蝕產物10後的情況。
通過這種預處理，造成從面層10的表面14出發朝底物4方向延伸的裂隙25，從而形成腐蝕產物10在面對酸和/或氟離子等時有更大的作用面。
藉助雷射束、高壓水射流、尤其粗顆粒的噴砂，也可以造成這樣一些裂隙25。然而噴砂處理的強度和持續時間必須調整為，不會達到底物4以及僅部分去除腐蝕產物10。
在方法的最後一個步驟中，構件1藉助酸或氟離子處理受到一次最終清潔，這導致完全去除腐蝕產物10，因為通過破壞腐蝕產物10，在採用FIC或其他方法時的去除速率顯著提高，以及隨時間的推移不會出現去除速率的明顯下降。
圖4表示達到破壞腐蝕產物10目的的另一種方法。處在底物4的表面13上的腐蝕產物10受到一種熱衝擊。所述熱衝擊可通過浸入熱的金屬熔池或鹽池內或通過藉助電子束或雷射器28的快速加熱進行。在熱衝擊時腐蝕產物10也會局部熔化。
圖5表示按照本發明的方法在腐蝕底物10內造成的其他不同的破壞。若腐蝕產物10的材料例如熔化，那麼這種材料在冷卻時重新收縮，從而產生可能會導致形成裂隙的機械應力。
除了在腐蝕產物10表面內的裂隙25外，還可能在腐蝕產物10的內部產生裂隙31。
同樣會在腐蝕產物10與其上存在腐蝕產物10的表面13之間形成起鱗34。
本方法的特殊性在於，受腐蝕產物10損害而應修理的具有腐蝕產物10的構件1，再一次地在腐蝕產物10的區域內被破壞。
圖6舉例表示燃氣輪機100的縱剖面。燃氣輪機100在內部有一個繞旋轉軸線102旋轉地支承的轉子103，它也稱為透平轉子。沿轉子103彼此相繼地有進氣機匣104、壓氣機105、例如花託狀有多個同軸排列的燃燒器107的燃燒室110，尤其環形燃燒室106、透平108和排氣機匣109。環形燃燒室106與一個例如環形的熱燃氣通道111連通。在那裡例如四個串聯的透平級112構成透平108。每個透平級112由兩個葉片圈構成。沿工質113的流向看，在熱燃氣通道111內隨導向葉片圈115之後的是一個由工作葉片120組成的葉片圈125。
在這裡，導向葉片130固定在定子143的內機匣138上，反之，葉片圈125的工作葉片120例如藉助透平盤133裝在轉子103上。在轉子103上連接發電機或作功機械(圖中未表示)。
在燃氣輪機100運行期間，由壓氣機105通過進氣機匣104吸入空氣並將其壓縮。壓氣機105在透平一側的端部製備好的壓縮空氣被送往燃燒器107，並在那裡與燃料混合。然後此混合物為了形成工質113在燃燒室110內燃燒。工質113從那裡流出，沿熱燃氣通通111經過導向葉片130和工作葉片120。工質113在工作葉片120處傳遞衝量地膨脹作功，因此工作葉片120推動轉子103，以及轉子驅動與它連接的作功機械。
遭遇熱工質113的構件在燃氣輪機100運行期間承受熱負荷。除了作為環形燃燒室106內襯的熱屏片外，沿工質113流向看第一透平級112的導向葉片130和工作葉片120承受的熱負荷最大。為了承受住那裡存在的溫度，它們藉助冷卻劑冷卻。這些底物同樣可以有一種定向結構，也就是說，它們是單晶體(SX結構)或只有縱向晶粒(DS結構)。作為材料使用鐵基、鎳基或鈷基的超級高溫合金。葉片120、130同樣可以有防腐鍍層(MCrAlX；其中M是元素組鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)中至少一種元素，以及X代表釔(Y)和/或代表至少一種稀土元素)以及通過隔熱層防熱。隔熱層例如由ZrO2、Y2O4-ZrO2組成，也就是說，通過氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化鎂，它是不穩定、部分穩定或完全穩定的。採用恰當的鍍層工藝，例如電子束噴霧(EB-PVD)，在隔熱層內生成條狀晶粒。儘管有這些保護層，仍會在構件上形成腐蝕產物10。為了再加工(整修)，在構件應重新鍍層時必須按照本發明的方法去除腐蝕產物。必要時還應修理在構件底物內的裂紋。
導向葉片130有一個面朝透平108的內機匣138的導向葉片葉根(圖中未表示)和一個與導向葉片葉根對置的導向葉片葉尖。導向葉片葉尖面朝轉子103並固定在定子143的固定環140上。
圖7表示燃氣輪機的燃燒室110。此燃燒室110例如設計為所謂的環形燃燒室，其中多個沿周向繞透平軸103排列的燃燒器102匯入一個公共的燃燒室腔內。為此，燃燒室110總體上設計為環形結構，它圍繞著透平軸103定位。
為了達到比較高的效率，燃燒室110針對工質M比較高的約1000℃至1600℃溫度設計。為了即使在這種對於材料不利的運行參數下仍能有比較長的工作壽命，燃燒室壁153在其面朝工質M那一側設置一種由熱屏元件155構成的內襯。每個熱屏元件155在工質側設計有一種特別耐熱的保護層，或用耐高溫的材料製成。此外，由於燃燒室110內部的高溫，為熱屏元件115或為其固定件設有冷卻系統。
燃燒室壁及其鍍層的材料可以類似於透平葉片120、130。
燃燒室110尤其設計用於檢測熱屏元件155丟失的情況。為此，在燃燒室壁153與熱屏元件155之間安裝一些溫度傳感器158。
圖8用透視圖表示葉片120、130，它沿縱軸線121延伸。葉片120、130沿縱軸線121彼此相繼地有固定區400、與之鄰接的葉片平臺403以及葉身區406。在固定區400內構成葉片的葉根183，它用於將工作葉片120、130固定在軸上。葉片葉根183設計為錘頭狀。也可以是其他的構型，例如設計為樅樹形或燕尾形葉根。在傳統的葉片120、130中，工作葉片120、130所有的區域400、403、406均使用實心的金屬材料。在這裡工作葉片120、130可以通過鑄造法、鍛造法、銑削法或這些方法的組合製成。
圖9舉例表示汽輪機300、303，它有一根沿旋轉軸線306延伸的透平軸309。
此汽輪機有一個高壓透平段300和一個中壓透平段303，它們各有一個內缸312和一個圍繞內缸的外缸315。高壓透平段300例如按罐形結構設計。中壓透平段303設計為雙流道的。同樣可以將中壓透平段303設計為單流道的。沿旋轉軸線306在高壓透平段300與中壓透平段303之間設一個軸承318，透平軸309在軸承318內有一個支承區321。透平軸309支承在另一個位於高壓透平段300旁的軸承324上。在軸承324的區域內，高壓透平段300有一個軸密封裝置345。透平軸309通過另外兩個軸密封裝置345相對於中壓透平段303的外缸315密封。在高壓蒸汽流入區348與蒸汽排出區351之間，在高壓透平段300內的透平軸309上有高壓工作葉片安裝裝置354、357。這些高壓工作葉片安裝裝置354、357與相關的沒有詳細表示的工作葉片表示第一葉片區360。中壓透平段303有一個中央蒸汽流入區333。透平軸309與蒸汽流入區333對應地具有一個徑向對稱的軸屏蔽裝置363，一塊蓋板，它一方面將蒸汽流分成中壓透平段303的兩個流道，以及另一方面防止熱蒸汽與透平軸309直接接觸。透平軸309在中壓透平段303中有第二葉片區366，它包括中壓工作葉片354、342。流過第二葉片區366的熱蒸汽從中壓透平段303流出排流接管369，流向按流動技術連接在下遊的圖中沒有表示的低壓透平段。
汽輪機300、303的構件也有保護層和/或腐蝕產物10，在這些構件能進行再加工之前採用按照本發明的方法去除保護層和/或腐蝕產物10。
權利要求
1.一種去除構件(1)上的清除區(10)、尤其腐蝕產物(10)的方法，按此方法，在最終清潔前以這樣的方式對所述清除區(10)進行預處理，即通過鹽蝕尤其通過熔融鹽造成更大的作用面來破壞所述清除區(10)，因此與不破壞清除區(10)的情況相比，在對所述清除區(10)做最終清潔時的去除速率更高，其中用於鹽蝕的鹽是硫酸納(Na2SO4)和/或硫酸鈷(CoSO4)。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵為，對所述清除區(10)的破壞按這種方式進行，即，造成更大的作用面。
3.按照權利要求1、2或3中任一項所述的方法，其特徵為，在所述清除區(10)內造成破壞該清除區(10)的裂隙(25、31)。
4.按照權利要求1所述的方法，其特徵為，在層狀清除區(10)與清除面(10)處於其上的表面(13)之間造成起鱗(34)。
5.按照權利要求1、2、3、4、6或7中任一項所述的方法，其特徵為，為了破壞所述清除區(10)在該清除區(10)上塗敷材料(16)；以及，塗敷形式上為泥漿的材料(16)。
6.按照權利要求1、2、3、4、6或7中任一項所述的方法，其特徵為，為了破壞所述清除區(10)在該清除區(10)上塗敷材料(16)；以及，在所述清除面(10)上鋪覆形式上為薄膜的材料(16)。
7.按照權利要求8或9所述的方法，其特徵為，給所述清除區(10)上存在的材料(16)加熱。
8.按照權利要求10所述的方法，其特徵為，尤其僅局部地在所述清除區(10)內加熱所述構件(1)。
9.按照權利要求10或11所述的方法，其特徵為，通過光源、尤其通過雷射器(19)，對所述材料(16)進行加熱，尤其進行局部加熱。
10.按照權利要求10或11所述的方法，其特徵為，通過電磁感應造成加熱，尤其造成局部加熱。
11.按照權利要求10或11所述的方法，其特徵為，藉助微波造成加熱，尤其局部加熱。
12.按照權利要求1所述的方法，其特徵為，所述清除區(10)是一種腐蝕產物；以及，通過本方法去除所述腐蝕產物(10)，如氧化鋁(Al2O3)和/或氧化鑽(CoO2)和/或氧化鈦(TiO2)。
13.按照權利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特徵為，通過噴砂處理對所述清除區(10)進行破壞。
14.按照權利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特徵為，通過熱衝擊對所述清除區(10)進行破壞。
15.按照權利要求14所述的方法，其特徵為，所述熱衝擊通過所述清除區(10)的至少部分熔融和接著冷卻造成。
16.按照權利要求15所述的方法，其特徵為，所述熔融通過雷射器(28)造成。
17.按照權利要求1所述的方法，其特徵為，對所述構件(1)進行氟離子清洗(FIC)作為最終清潔，以便完全去除所述清除區(10)。
18.按照權利要求17所述的方法，其特徵為，在方法的最後一些步驟之一中通過酸處理完全去除已被破壞的清除區(10)。
19.按照權利要求1所述的方法，其特徵為，所述清除區(10)存在於一種金屬底物(4)上。
20.按照權利要求19所述的方法，其特徵為，所述底物(4)是一種鎳基、鈷基或鐵基的超級高溫合金。
21.按照權利要求1所述的方法，其特徵為，所述清除區(10)作為面層存在於一個MCrAlX層上，其中，M代表元素組鐵、鈷或鎳中至少一種元素，以及X代表釔和/或代表至少一種稀土元素。
22.按照權利要求1或21所述的方法，其特徵為，所述清除區(10)是金屬的。
23.按照權利要求1或21所述的方法，其特徵為，所述清除區(10)是陶瓷的。
24.按照權利要求1、22或23所述的方法，其特徵為，尤其作為面層的金屬清除區(10)具有腐蝕產物。
25.按照權利要求1所述的方法，其特徵為，所述構件(1)是燃氣輪機(100)或汽輪機(300、303)的一個構件(1)，尤其是工作葉片或導向葉片(120、130)或燃燒室內襯(155)。
26.按照權利要求1或24所述的方法，其特徵為，所述方法在一個應該再加工的構件(1)上實施。
全文摘要
本發明涉及一種去除一個面層的方法。帶腐蝕產物的構件往往被重新使用，因此必須去除這種腐蝕產物(10)。按現有技術這要持續很長的時間，因為與腐蝕產物的反應時間往往很長。按照本發明，腐蝕產物通過鹽蝕預處理，為的是造成更大的作用面，所以可以更迅速地去除腐蝕產物(10)。為了鹽蝕而使用硫酸鈉(Na
文檔編號C23G1/00GK1929931SQ200580007966
公開日2007年3月14日 申請日期2005年1月17日 優先權日2004年1月30日
發明者喬格·博斯坦喬格洛, 史蒂芬·克勞斯, 麥可·奧特, 拉爾夫·賴歇, 簡·斯坦巴赫 申請人:西門子公司