用于从陶瓷部分分离金属部分的方法

用于从陶瓷部分分离金属部分的方法
【专利摘要】本发明涉及用于从陶瓷部分(12)分离金属部分(11)的方法，它们在尤其是燃气涡轮的模块化混合构件(10)内的连接面(13)处连结。本方法的特征在于所述构件(10)在升高的温度(T2)下的气态处理中经历还原气氛(A2)，以尤其通过使陶瓷部分自身溶解来溶解所述金属部分(11)与所述陶瓷部分(12)之间的连接。
【专利说明】用于从陶瓷部分分离金属部分的方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气涡轮【技术领域】中的混合金属/陶瓷部分的处理。其涉及根据权利要求I的前序的用于从陶瓷部分分离金属部分的方法。

【背景技术】
[0002]在现代、下一代燃气涡轮热气体路径构件由多于一种材料构成(见例如EP I 362983 A2、US 2010/0166551 Al、EP 2 017 443 A2、EP 2 108 785 A2、US 2010/0074759 Al或US 7，452，189 B2)以使构件的各区域的特性适应其环境。
[0003]通常，这些部分由陶瓷和金属区段构成，以在需要的位置利用陶瓷的高温能力并且在需要的位置利用金属的强度/和/或韧性。
[0004]在一个保养间隔完成之后，构件需要拆卸并且需要更换磨损的件。通常，陶瓷部分不能重新加工且将被替换，但金属部分可重新使用或重新加工(例如裂缝的硬焊)。这种模块化部分通常通过硬焊连结在一起(见US 2008/0056888 AUUS 2008/0307793 Al)。
[0005]在模块化部分的拆卸方面可得到有限的信息。US 2008/0229567 Al公开了一种处理，其意在仅浸出其中嵌入有陶瓷纤维的陶瓷基体，并且然后通过渗透使陶瓷复原。但是，浸析处理未公开。在任何情况中，浸析(其通常涉及流体)通常为缓慢的处理，而在高温下实施的气态处理可能具有多数化学反应的指数温度依赖性，因此提供更快的处理。
[0006]此外，浸析处理将仅适用于陶瓷部分的局部修复，其极不可能考虑到陶瓷的脆性性质并且不利用构件的模块化设计，其旨在替换磨损的件而不是进行修复，其无论如何仅能应付有限的破坏。
[0007]尤其，当考虑燃气涡轮部分的多种修复或严重破坏时，拆卸是不可避免的。因此，尽管US 2008/0229567 Al提供了对一些特殊应用有益的处理，但它不解决如何从金属部分有效地移除陶瓷部分的问题。
[0008]在本领域中已知的用于硬焊部分的拆卸的另一种处理是脱硬焊(de-brazing)，即，使构件经历高温以便使硬焊合金再熔化。但是，这需要超过原始硬焊温度的温度，因为熔点抑制剂在运行操作期间已扩散且因此硬焊接头的液相线温度已升高。
[0009]因此，构件(尤其是低公差接头)倾向于热退化。此外，硬焊合金仅再熔化但不溶解，即，即使该部分可以分开，残留物依然附连至连结表面。但是，这些连结表面具有复杂的几何形状和紧密公差，以至于连结表面的每次机械清洁(尤其是在包括低公差部分时)存在将它们的几何形状修改得超过公差的风险。


【发明内容】

[0010]本发明的目的为提供一种方法，其提供了用于尤其是用于燃气涡轮的混合构件的拆卸、清洗、修复和连结的准备工作的有时间效率的一步处理，所述处理用于从金属分离陶瓷或陶瓷复合物，例如从模块化混合燃气涡轮构件的金属部分分离陶瓷部分。
[0011]本发明的又一目的为提供一种处理，其可用于同时清洗金属部分和/或陶瓷复合物部分，使得金属部分可在没有进一步的清洗或氧化物移除的情况下硬焊，并且在不需要金属部分的再加工的情况下立刻准备好用于与新的陶瓷部分连结。
[0012]本发明的又一目的为提供一种处理，其可用作批量处理，而不是单件处理，并且其允许在极短时间内用于整组的经济的陶瓷移除。
[0013]这些和其他的目的通过根据权利要求1的方法获得。
[0014]本创新性方法用于从陶瓷部分分离金属部分，它们在尤其是燃气涡轮的混合构件的连接面处连结。其特征在于所述混合构件在升高的温度下的气态处理中经历惰性/还原气氛，以溶解所述金属部分与所述陶瓷部分之间的连接。
[0015]根据本发明的实施例，所述还原气氛包含卤素以作为活性组分。
[0016]具体而言，根据鲍林标度、马利肯标度或阿莱-罗周标度，所述卤素具有比氧高的电负性。
[0017]更具体而言，所述卤素包括F。
[0018]备选地，所述卤素包括Cl。
[0019]根据本发明的另一实施例，所述陶瓷部分自身整体地溶解或分解。
[0020]具体而言，所述陶瓷部分是部分地或整体地稳定的陶瓷，由此，在处理期间，通过相变将稳定相从陶瓷移除，使得一旦稳定相的含量减少至低于稳定极限(尤其在温度变化期间，当从反应温度冷却时)，整个陶瓷就不稳定并且容易地移除或剥落。
[0021]更具体而言，所述陶瓷部分是部分地或整体地稳定的氧化物陶瓷。
[0022]具体而言，所述部分地或整体地稳定的氧化物陶瓷是利用稀土或碱土元素或其组合来氧化锆稳定的。
[0023]优选地,所述稀土或碱土元素是Sc、Y、Sm、Mg、Ca、Ce、Ta或Sr中的一个。
[0024]根据本发明的另一个实施例，所述陶瓷部分包含碱金属硅酸盐(alkalisilicate)、碱金属硼娃酸盐、碱土金属娃酸盐(earth alkali silicate)、碱土金属硼娃酸盐或添加有半金属或非金属的那些化合物中的任一种，并且，在处理期间，卤素侵蚀包含Si的相,这导致整个陶瓷的溶解和移除。
[0025]根据本发明的又一实施例，连结层配置在所述金属部分和所述陶瓷部分之间，并且所述卤素侵蚀所述连结层，使得所述金属部分和所述陶瓷部分彼此分离。
[0026]具体而言，所述连结层包括硬焊合金和/或矿物胶或抗高温接合剂。
[0027]根据本发明的又一实施例，将所述混合构件放入反应器，该反应器被加热至大于850°C，优选地至大于1000°C但不大于1150°C。
[0028]根据本发明的又一实施例，将所述处理作为批量处理来进行，以允许极短时间内用于整组的经济的陶瓷-金属分离。
[0029]根据本发明的又一实施例，在所述处理中同时清洗金属部分和/或陶瓷复合物部分，使得其可在没有进一步的清洗或氧化物移除的情况下硬焊，并且在不需要金属部分的再加工的情况下立刻准备好用于与新的陶瓷部分连结，并且/或者可再利用陶瓷复合物部分。

【专利附图】

【附图说明】
[0030]现在通过不同的实施例并参考附图更具体地说明本发明。
[0031]图1示出根据本发明的实施例的用于在反应器中的脉冲处理中从混合金属/陶瓷构件移除陶瓷部分的方法中的不同步骤；并且；
图2示出根据本发明的另一实施例的用于在反应器中的脉冲处理中从混合金属/陶瓷构件的金属部分分离陶瓷部分的方法中的不同步骤。

【具体实施方式】
[0032]图1示出根据本发明的实施例的用于在反应器中的脉冲处理中从混合金属/陶瓷构件移除陶瓷部分的方法中的不同步骤。
[0033]处理从(简化的示范)混合构件10开始，其包括在连接面13处连结在一起的金属部分11和陶瓷部分12 (图1 (a))。
[0034]将混合构件10放入反应器15中，反应器15能够通过加热器14来被加热(图2(b))。反应器15的内部空间24可通过气体供应线18而填充有一种或更多种气体，气体供应线18可通过阀16来闭合。另一方面，内部空间24可借助于泵17通过泵送线19泵出或排空。
[0035]当处理在低温Tl (例如室温)下开始时，将反应器15加热至比温度Tl显著高的温度T2(图1(c))。
[0036]然后，通过穿过气体供应线18引入气体，在反应器15的内部空间24中形成包括氢(H2)的惰性/还原气氛Al (图1⑷)。
[0037]通过穿过气体供应线18引入活性卤素(例如为HF气体形式的F)，形成第二还原气氛Α2，这开始使混合构件10的陶瓷部分12不稳定(图1 (e))。反应器15以脉冲模式运行，即，通过利用泵17泵出气体，将反应产物从反应器15移除(图1(f))，并且然后穿过气体供应线18供应新鲜气体(图1 (g))。执行若干次这种循环(图1 (f)- >图1 (g)- >图1 (f)- >图1 (g)……)，直到将陶瓷部分12被完全地移除并且金属部分11的表面得到清洁(图1(h))。在下面，将说明根据本发明的方法的一些实例。
[0038]1.实例
模块化混合部分的拆卸，该部分具有陶瓷翼形件，该陶瓷翼形件由氧化钇稳定氧化锆(YSZ)制成，硬焊至由SX超级合金制成的承重柱:
?目标:将修复一套模块化混合部分，由于外来物体损坏(FOD)，陶瓷部分需要替换。由SX超级合金构成的昂贵金属部分可用于另一个运行循环；
?处理:将部分放入反应器15中，该反应器15被加热至大于850°C，优选地至大于1000°C但不大于1150°C。为了获得还原气氛，使反应器15充满H2。作为活性卤素，作为HF气体引入F。使反应器15在脉冲模式下运行，即，通过泵出气体并且然后供应新鲜气体来将反应产物从反应器15移除。执行若干次这种循环；
?结果:该气体容易使YSZ不稳定，YSZ分解，硬焊合金界面也在表面上受侵蚀和清洗。因此，在不需要进一步的(机械的)清洗的情况下，带有紧密公差的金属部分的复杂形状的连结表面得到保持，并且准备用于硬焊至新的陶瓷部分。此外，金属部分通过该处理同时得到清洗，因此可在不需要进一步准备的情况下修复裂缝。
[0039]2.实例
模块化混合部分的拆卸，其由DS超级合金制成，具有陶瓷部分，该陶瓷部分在由YSZ制成的后缘(倒切(cutback)后缘，例如在文献WO 2010/028913 Al中所示)的压力侧上: ?目的:保持昂贵的DS构件并且仅替换磨损的后缘插入件；
?处理:将部分放入反应器15中，反应器15被加热至大于850°C，优选地至大于1000°C但不大于1150°C。为了获得还原气氛，使反应器15充满H2。作为活性卤素，作为HF气体引入F。使反应器15在脉冲模式下运行，即，通过泵出气体并且然后供应新鲜气体，将反应产物从反应器15移除。执行若干次这种循环；
?结果:来自后缘压力侧的YSZ插入物容易地溶解，构件的剩余部分得到保持，且该表面是清洁的并且准备用于将新的插入件硬焊到后缘中。考虑到小连结表面的脆性性质，禁止任何机械清洗处理。
[0040]3.实例
模块化混合部分的拆卸，其具有陶瓷翼形件，该陶瓷翼形件由YSZ制成，使用双铸(b1-cast)处理附连至根区段，即，部分是互锁的: ?目的:保持精密加工的根区段并且替换被FOD损坏的翼形件；
?处理:将部分放入反应器15中，该反应器15被加热至大于850°C，优选地至大于1000°C但不大于1150°C。为了获得还原气氛，使反应器15充满H2。作为活性卤素，作为HF气体引入F。使反应器15在脉冲模式下运行，即，通过泵出气体并且然后供应新鲜气体，将反应产物从反应器15移除。执行若干次这种循环；
?结果:该YSZ容易不稳定并分解。因此可从根部的互锁特征移除。替换翼形件可被硬焊至清洁的根部。
[0041]4.实例
模块化混合部分的拆卸，其具有陶瓷区段，该陶瓷区段由陶瓷基质复合物(CMC)制成，包括水玻璃基基质中的SiN纤维，该陶瓷区段使用矿物胶附连至复杂形状的超级合金区段，超级合金区段包括通道，该通道用于仪器并且采用选择性的激光熔化形成:
?目的:移除磨损的区段但保持昂贵的仪器平台；
?处理:将部分放入反应器15中，该反应器15被加热至大于850°C，优选地至大于1000°C但不大于1150°C。为了获得还原气氛，使反应器15充满H2。作为活性卤素，作为HF气体引入F。使反应器15在脉冲模式下运行，即，通过泵出气体并且然后供应新鲜气体，将反应产物从反应器15移除。执行若干次这种循环；
?结果:虽然陶瓷SiN纤维抵抗HF侵蚀，但水玻璃基基质受到强烈侵蚀，因此CMC容易从昂贵的平台移除，该平台同时受到清洗并且可再次使用。
[0042]图2示出根据本发明的另一实施例的用于在反应器中的脉冲处理中从混合金属/陶瓷构件的金属部分分离陶瓷部分的方法中的不同步骤。
[0043]该处理从构件20开始，构件20包括金属部分21，金属部分21通过连结层23与陶瓷部分22连结(图2(a))。
[0044]将构件20放入反应器15内，反应器15能够通过加热器14而被加热(图2 (b))。反应器15的内部空间24可通过气体供应线18而填充有一种或更多种气体，气体供应线18可通过阀16而闭合。另一方面，在内部空间24中，可借助于泵17穿过抽吸线19进行泵出或排空。
[0045]反应器15被加热至温度T2，温度T2显者闻于室温(图2(a))。
[0046]通过穿过气体供应线18引入氢和活性卤素(例如为HF气体形式的F)，形成还原气氛A2，这开始使构件20的连结层23不稳定(图2(a))。
[0047]使反应器15在脉冲模式下运行，即，通过利用泵17泵出气体，将反应产物从反应器15移除(图2 (b))，并且然后通过气体供应线18供应新鲜气体(图2 (c))。执行若干次这种循环(图2 (b)- >图2 (c)- >图2 (b)- >图2 (c)……)，直到将连结层完全被移除且部分21、22两者分离并且金属部分11的表面得到清洁(图2(d))。
[0048]5.实例
模块化混合部分的拆卸，其具有由Al2O3制成的陶瓷翼形件，该陶瓷翼形件使用由多孔YSZ构成的缓冲层(连结层)附连至根区段。
[0049].目的:保持精密加工的根区段并且替换磨损的翼形件；
?处理:将部分放入反应器15中，反应器15被加热至大于850°C，优选地至大于1000°C但不大于1150°C。为了获得还原气氛，使反应器15充满H2。作为活性卤素，作为HF气体引入F。使反应器15在脉冲模式下运行，即，通过泵出气体并且然后供应新气体，将反应产物从反应器15移除。执行若干次这种循环；
?结果:在该情况下，由Al2O3构成的翼形件仅由HF气体缓慢地侵蚀。但是，由多孔YSZ制成的多孔缓冲层在HF气体中容易地溶解，因此Al2O3翼形件可从金属根区段容易地分离。
[0050]因此，该方法利用以下特征，提供了用于混合金属/陶瓷构件的拆卸、清洗、用于修复和连结的准备工作的有时间效率的一步处理:
?所述处理用于从金属分离陶瓷，例如从模块化混合燃气涡轮构件的金属部分分离陶瓷部分。
[0051].优选地，卤素侵蚀在陶瓷体或区段内的稳定相，因此在使仅较少百分比的陶瓷溶解后，稳定相的量已降低至低于稳定极限且整个陶瓷分解。这借助最少量的活性组分实现了陶瓷的非常有效的移除。
[0052].卤素侵蚀和清洗硬焊合金/陶瓷界面。
[0053].所述硬焊合金侵蚀了矿物胶或用于将陶瓷和金属部分连结在一起的接合剂。
[0054].该处理为批量处理，不是单件处理，这允许极短时间内用于整组的经济的陶瓷移除。
[0055].一个益处为金属部分的同时清洗，因此可在没有进一步的清洗或氧化物清除的情况下硬焊金属部分，并且在不需要金属部分的再加工的情况下，该部分立刻准备好用于与新的陶瓷部分连结。因此，该处理提供了用于拆卸、清洗、用于修复和连结的准备工作的有时间效率的一步处理。
[0056]根据本发明的方法的又一实例涉及:
?耐磨(BC的保护、清洗)；
?特定金属表面纹理的保持；
?由陶瓷多层涂层(牺牲表面密封，EBC)形成的顶层；
?阻塞的积液/蒸腾冷却孔的清洗。
[0057]参考标号列表
10、20混合构件(燃气涡轮)11、21金属部分
12,22陶瓷部分，陶瓷复合物部分
13连接面
14加热器
15反应器
16阀
17泵
18气体供应线
19抽吸线
23连结层24内部空间
【权利要求】
1.一种用于从陶瓷部分(12、22)分离金属部分(11、21)的方法，它们在尤其是燃气涡轮的模块化混合构件(10、20)内的连接面(13)处连结，其特征在于，所述模块化混合构件(10,20)在升高的温度(T2)下的气态处理中经历惰性/还原气氛(Al、A2)，以溶解所述金属部分(11、21)与所述陶瓷部分(12、22)之间的连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原气氛(A2)含有卤素以作为活性组分。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据鲍林标度、马利肯标度或阿莱-罗周标度，所述卤素具有比氧高的电负性。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述卤素包括F。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述卤素包括Cl。
6.根据权利要求1至5中的一个所述的方法，其特征在于，所述陶瓷部分(11、21)自身作为整体来溶解或分解。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，所述陶瓷部分(11、21)是部分地或整体地稳定的陶瓷，由此，在处理期间，通过相变将稳定相从陶瓷移除，使得一旦稳定相的含量减少至低于稳定极限，整个陶瓷就不稳定并且容易地移除或剥落。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述陶瓷部分(11、21)是部分地或整体地稳定的氧化物陶瓷。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述部分地或整体地稳定的氧化物陶瓷是利用稀土或碱土元素或其组合来氧化锆稳定的。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述稀土或碱土元素是Sc、Y、Sm、Mg、Ca、Ce、Ta或Sr中的一个。
11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述陶瓷部分(11、21)包含碱金属硅酸盐、碱金属硼硅酸盐、碱土金属硅酸盐、碱土金属硼硅酸盐或添加有半金属或非金属的那些化合物中的任一种，并且，在处理期间，所述卤素侵蚀包含Si的相，这导致整个陶瓷的溶解和移除。
12.根据权利要求1至5中的一个所述的方法，其特征在于，连结层(23)配置在在所述金属部分(21)与所述陶瓷部分(22)之间，而且所述卤素侵蚀所述连结层(23)，使得所述金属部分(21)和所述陶瓷部分(22)彼此分离。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述连结层(23)包括硬焊合金和/或矿物胶或接合剂。
14.根据权利要求1至13中的一个所述的方法，其特征在于，将所述混合构件(10、20)放入反应器(15)中，所述反应器(15)被加热至大于850°C，优选地至大于1000°C但不大于1150。。。
15.根据权利要求1至14中的一个所述的方法，其特征在于，将所述处理作为批量处理来进行，以允许极短时间内用于整组的经济的陶瓷-金属分离。
16.根据权利要求1至15中的一个所述的方法，其特征在于，在所述处理中同时地清洗所述金属部分(11、21)和/或陶瓷复合物部分(22)，使得其可在没有进一步的清洗或氧化物移除的情况下硬焊，并且在不需要金属部分的再加工的情况下，立刻准备好用于与新的陶瓷部分的连结，并且/或者可再利用所述陶瓷复合物部分(22)。
【文档编号】B23K1/018GK104169470SQ201380017363
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年3月22日 优先权日:2012年3月28日
【发明者】D.贝克, A.斯坦科维斯基, S.B.C.杜瓦 申请人:阿尔斯通技术有限公司