专利名称：去除面层的方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1所述的去除面层的方法。
构件，例如透平叶片，例如在使用后有构成一个面层的腐蚀产物，如氧化物、硫化物、氮化物、碳化物、磷酸盐等。这些构件在它们使用后只要尤其去除腐蚀产物便可以重新使用。完全去除这种腐蚀产物例如通过喷砂处理实现，但这可能导致损坏底物。
同样，可以将构件整个地借助酸脱或氟离子清洗(fluor ioncleaning(FIC))处理。然而这样做非常费时，因为腐蚀产物面对酸或氟和/或氟化物时部分随时间的推移有过低的去除速率。
US-PS5575858介绍了一种去除构件清除区、尤其腐蚀产物的方法，按此方法，清除区在最终清洁前预处理造成对清除区的破坏，因此与不破坏清除区相比，提高了在清除区最终清洁时的去除速率。
在US-PS4439241、US-PS5464479和EP1013797中公开了一些类似的方法。
因此本发明所要解决的技术问题是提供一种方法，采用此方法使构件上面层的去除更加容易并因而缩短时间。
上述技术问题通过按照权利要求1所述的方法得以解决。
在从属权利要求中列举的措施可以按有利的方式互相组合。
下面借助附图简要地说明本发明。附图中
图1表示带有腐蚀产物的构件；图2示意性地表示按照本发明的方法的实施；图3、4、5表示实施按照本发明的方法后的构件；图6表示燃气轮机；图7表示燃烧室；图8表示透平叶片；以及图9表示汽轮机。
图1表示一个构件1，它可以用按照本发明的方法处理。构件1由陶瓷或金属的底物4(基体)组成，尤其对于透平，它例如是一种钴基、铁基或镍基的超级高温合金。构件1例如是燃气轮机100(图6)、汽轮机300、303(图9)或航空燃气轮机的导向叶片130或工作叶片120(图6、8)、燃烧室衬垫155(图7)或透平中其他遭遇热燃气的构件。
构件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，构件1在其使用后必要时与面层(隔热层)分离并去除腐蚀产物和氧化产物。必要时还必须修理裂纹。在这之后这种构件1便可以重新镀层；这样做是特别有利的，因为基体非常昂贵。为了使用，构件1在表面13上可以有至少一个陶瓷或金属层，例如MCrAlX层和/或在它上面的隔热层，它可以在方法的第一个步骤中粗略地去除。所述的MCrAlX层也可能是要采用按照本发明的方法处理的清除区10。
下面讨论作为腐蚀产物10(腐蚀层10)的清除区10。但清除区10同样可以是一个没有腐蚀产物的具有工作能力的面层。清除区10可以是金属和/或陶瓷层，在这种情况下此层可以是金属的并有腐蚀产物。腐蚀产物10，例如氧化物、硫化物、氮化物、磷酸盐或碳化物等，可能存在于构件1的表面13上或构件1的裂纹7内。
必须从裂纹7或表面13上去除腐蚀产物10，使裂纹7可以用一种钎料或焊料充填以及可以为表面13重新镀层。否则腐蚀产物10将阻碍或至少降低钎料的良好粘附性或重新镀层的质量。
若例如用FIC方法清洁，按现有技术的腐蚀产物10具有确定的去除速率(单位时间去除的质量)。然而这种去除速率太低以及经过一定时间后甚至可能等于零。
图2示意性地表示出对按照本发明的方法的实施。
为了破坏腐蚀产物10，在它上面例如施加一种材料16，如盐16，它可与腐蚀产物10化学反应，以便破坏此清除区10。作为盐优选地使用Na2SO4(硫酸纳)和/或CoSO4(硫酸钴)。也可以设想其他盐或组合。尤其借助这些盐可以很好地去除腐蚀产物，如在底物4的合金(例如超级高温合金)内所含的金属钛、铝和/或钴的氧化物，如氧化铝和/或氧化钴和/或氧化钛。
同样可以直接将熔融盐施加在裂纹7内或腐蚀产物10上，或将构件1浸入到熔融盐内。
同样可以在裂纹7内和在表面13上涂敷形式上为泥浆的盐。在大面积的应用场合适合铺覆含有材料16或盐16的薄膜。
盐16可例如借助激光器19和其激光束22尤其局部加热，使盐16与腐蚀产物10进行化学反应或造成一种热冲击。
这种加热也可以通过电磁感应进行，尤其在底物4是金属的情况下。构件1的加热可以借助感应或借助光源，例如借助激光器，通过激光器19用激光束2例如仅射入裂纹7内而局部进行。
局部加热也可以借助可连续调谐的微波进行。可连续调谐的意思是，尤其可以改变波长和强度。
图3表示一个带有腐蚀产物10的构件1通过按照本发明的预处理破坏腐蚀产物10后的情况。
通过这种预处理，造成从面层10的表面14出发朝底物4方向延伸的裂隙25，从而形成腐蚀产物10在面对酸和/或氟离子等时有更大的作用面。
借助激光束、高压水射流、尤其粗颗粒的喷砂，也可以造成这样一些裂隙25。然而喷砂处理的强度和持续时间必须调整为，不会达到底物4以及仅部分去除腐蚀产物10。
在方法的最后一个步骤中，构件1借助酸或氟离子处理受到一次最终清洁，这导致完全去除腐蚀产物10，因为通过破坏腐蚀产物10，在采用FIC或其他方法时的去除速率显著提高，以及随时间的推移不会出现去除速率的明显下降。
图4表示达到破坏腐蚀产物10目的的另一种方法。处在底物4的表面13上的腐蚀产物10受到一种热冲击。所述热冲击可通过浸入热的金属熔池或盐池内或通过借助电子束或激光器28的快速加热进行。在热冲击时腐蚀产物10也会局部熔化。
图5表示按照本发明的方法在腐蚀底物10内造成的其他不同的破坏。若腐蚀产物10的材料例如熔化，那么这种材料在冷却时重新收缩，从而产生可能会导致形成裂隙的机械应力。
除了在腐蚀产物10表面内的裂隙25外，还可能在腐蚀产物10的内部产生裂隙31。
同样会在腐蚀产物10与其上存在腐蚀产物10的表面13之间形成起鳞34。
本方法的特殊性在于，受腐蚀产物10损害而应修理的具有腐蚀产物10的构件1，再一次地在腐蚀产物10的区域内被破坏。
图6举例表示燃气轮机100的纵剖面。燃气轮机100在内部有一个绕旋转轴线102旋转地支承的转子103，它也称为透平转子。沿转子103彼此相继地有进气机匣104、压气机105、例如花托状有多个同轴排列的燃烧器107的燃烧室110，尤其环形燃烧室106、透平108和排气机匣109。环形燃烧室106与一个例如环形的热燃气通道111连通。在那里例如四个串联的透平级112构成透平108。每个透平级112由两个叶片圈构成。沿工质113的流向看，在热燃气通道111内随导向叶片圈115之后的是一个由工作叶片120组成的叶片圈125。
在这里，导向叶片130固定在定子143的内机匣138上，反之，叶片圈125的工作叶片120例如借助透平盘133装在转子103上。在转子103上连接发电机或作功机械(图中未表示)。
在燃气轮机100运行期间，由压气机105通过进气机匣104吸入空气并将其压缩。压气机105在透平一侧的端部制备好的压缩空气被送往燃烧器107，并在那里与燃料混合。然后此混合物为了形成工质113在燃烧室110内燃烧。工质113从那里流出，沿热燃气通通111经过导向叶片130和工作叶片120。工质113在工作叶片120处传递冲量地膨胀作功，因此工作叶片120推动转子103，以及转子驱动与它连接的作功机械。
遭遇热工质113的构件在燃气轮机100运行期间承受热负荷。除了作为环形燃烧室106内衬的热屏片外，沿工质113流向看第一透平级112的导向叶片130和工作叶片120承受的热负荷最大。为了承受住那里存在的温度，它们借助冷却剂冷却。这些底物同样可以有一种定向结构，也就是说，它们是单晶体(SX结构)或只有纵向晶粒(DS结构)。作为材料使用铁基、镍基或钴基的超级高温合金。叶片120、130同样可以有防腐镀层(MCrAlX；其中M是元素组铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)中至少一种元素，以及X代表钇(Y)和/或代表至少一种稀土元素)以及通过隔热层防热。隔热层例如由ZrO2、Y2O4-ZrO2组成，也就是说，通过氧化钇和/或氧化钙和/或氧化镁，它是不稳定、部分稳定或完全稳定的。采用恰当的镀层工艺，例如电子束喷雾(EB-PVD)，在隔热层内生成条状晶粒。尽管有这些保护层，仍会在构件上形成腐蚀产物10。为了再加工(整修)，在构件应重新镀层时必须按照本发明的方法去除腐蚀产物。必要时还应修理在构件底物内的裂纹。
导向叶片130有一个面朝透平108的内机匣138的导向叶片叶根(图中未表示)和一个与导向叶片叶根对置的导向叶片叶尖。导向叶片叶尖面朝转子103并固定在定子143的固定环140上。
图7表示燃气轮机的燃烧室110。此燃烧室110例如设计为所谓的环形燃烧室，其中多个沿周向绕透平轴103排列的燃烧器102汇入一个公共的燃烧室腔内。为此，燃烧室110总体上设计为环形结构，它围绕着透平轴103定位。
为了达到比较高的效率，燃烧室110针对工质M比较高的约1000℃至1600℃温度设计。为了即使在这种对于材料不利的运行参数下仍能有比较长的工作寿命，燃烧室壁153在其面朝工质M那一侧设置一种由热屏元件155构成的内衬。每个热屏元件155在工质侧设计有一种特别耐热的保护层，或用耐高温的材料制成。此外，由于燃烧室110内部的高温，为热屏元件115或为其固定件设有冷却系统。
燃烧室壁及其镀层的材料可以类似于透平叶片120、130。
燃烧室110尤其设计用于检测热屏元件155丢失的情况。为此，在燃烧室壁153与热屏元件155之间安装一些温度传感器158。
图8用透视图表示叶片120、130，它沿纵轴线121延伸。叶片120、130沿纵轴线121彼此相继地有固定区400、与之邻接的叶片平台403以及叶身区406。在固定区400内构成叶片的叶根183，它用于将工作叶片120、130固定在轴上。叶片叶根183设计为锤头状。也可以是其他的构型，例如设计为枞树形或燕尾形叶根。在传统的叶片120、130中，工作叶片120、130所有的区域400、403、406均使用实心的金属材料。在这里工作叶片120、130可以通过铸造法、锻造法、铣削法或这些方法的组合制成。
图9举例表示汽轮机300、303，它有一根沿旋转轴线306延伸的透平轴309。
此汽轮机有一个高压透平段300和一个中压透平段303，它们各有一个内缸312和一个围绕内缸的外缸315。高压透平段300例如按罐形结构设计。中压透平段303设计为双流道的。同样可以将中压透平段303设计为单流道的。沿旋转轴线306在高压透平段300与中压透平段303之间设一个轴承318，透平轴309在轴承318内有一个支承区321。透平轴309支承在另一个位于高压透平段300旁的轴承324上。在轴承324的区域内，高压透平段300有一个轴密封装置345。透平轴309通过另外两个轴密封装置345相对于中压透平段303的外缸315密封。在高压蒸汽流入区348与蒸汽排出区351之间，在高压透平段300内的透平轴309上有高压工作叶片安装装置354、357。这些高压工作叶片安装装置354、357与相关的没有详细表示的工作叶片表示第一叶片区360。中压透平段303有一个中央蒸汽流入区333。透平轴309与蒸汽流入区333对应地具有一个径向对称的轴屏蔽装置363，一块盖板，它一方面将蒸汽流分成中压透平段303的两个流道，以及另一方面防止热蒸汽与透平轴309直接接触。透平轴309在中压透平段303中有第二叶片区366，它包括中压工作叶片354、342。流过第二叶片区366的热蒸汽从中压透平段303流出排流接管369，流向按流动技术连接在下游的图中没有表示的低压透平段。
汽轮机300、303的构件也有保护层和/或腐蚀产物10，在这些构件能进行再加工之前采用按照本发明的方法去除保护层和/或腐蚀产物10。
权利要求
1.一种去除构件(1)上的清除区(10)、尤其腐蚀产物(10)的方法，按此方法，在最终清洁前以这样的方式对所述清除区(10)进行预处理，即通过盐蚀尤其通过熔融盐造成更大的作用面来破坏所述清除区(10)，因此与不破坏清除区(10)的情况相比，在对所述清除区(10)做最终清洁时的去除速率更高，其中用于盐蚀的盐是硫酸纳(Na2SO4)和/或硫酸钴(CoSO4)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为，对所述清除区(10)的破坏按这种方式进行，即，造成更大的作用面。
3.按照权利要求1、2或3中任一项所述的方法，其特征为，在所述清除区(10)内造成破坏该清除区(10)的裂隙(25、31)。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征为，在层状清除区(10)与清除面(10)处于其上的表面(13)之间造成起鳞(34)。
5.按照权利要求1、2、3、4、6或7中任一项所述的方法，其特征为，为了破坏所述清除区(10)在该清除区(10)上涂敷材料(16)；以及，涂敷形式上为泥浆的材料(16)。
6.按照权利要求1、2、3、4、6或7中任一项所述的方法，其特征为，为了破坏所述清除区(10)在该清除区(10)上涂敷材料(16)；以及，在所述清除面(10)上铺覆形式上为薄膜的材料(16)。
7.按照权利要求8或9所述的方法，其特征为，给所述清除区(10)上存在的材料(16)加热。
8.按照权利要求10所述的方法，其特征为，尤其仅局部地在所述清除区(10)内加热所述构件(1)。
9.按照权利要求10或11所述的方法，其特征为，通过光源、尤其通过激光器(19)，对所述材料(16)进行加热，尤其进行局部加热。
10.按照权利要求10或11所述的方法，其特征为，通过电磁感应造成加热，尤其造成局部加热。
11.按照权利要求10或11所述的方法，其特征为，借助微波造成加热，尤其局部加热。
12.按照权利要求1所述的方法，其特征为，所述清除区(10)是一种腐蚀产物；以及，通过本方法去除所述腐蚀产物(10)，如氧化铝(Al2O3)和/或氧化钻(CoO2)和/或氧化钛(TiO2)。
13.按照权利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特征为，通过喷砂处理对所述清除区(10)进行破坏。
14.按照权利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特征为，通过热冲击对所述清除区(10)进行破坏。
15.按照权利要求14所述的方法，其特征为，所述热冲击通过所述清除区(10)的至少部分熔融和接着冷却造成。
16.按照权利要求15所述的方法，其特征为，所述熔融通过激光器(28)造成。
17.按照权利要求1所述的方法，其特征为，对所述构件(1)进行氟离子清洗(FIC)作为最终清洁，以便完全去除所述清除区(10)。
18.按照权利要求17所述的方法，其特征为，在方法的最后一些步骤之一中通过酸处理完全去除已被破坏的清除区(10)。
19.按照权利要求1所述的方法，其特征为，所述清除区(10)存在于一种金属底物(4)上。
20.按照权利要求19所述的方法，其特征为，所述底物(4)是一种镍基、钴基或铁基的超级高温合金。
21.按照权利要求1所述的方法，其特征为，所述清除区(10)作为面层存在于一个MCrAlX层上，其中，M代表元素组铁、钴或镍中至少一种元素，以及X代表钇和/或代表至少一种稀土元素。
22.按照权利要求1或21所述的方法，其特征为，所述清除区(10)是金属的。
23.按照权利要求1或21所述的方法，其特征为，所述清除区(10)是陶瓷的。
24.按照权利要求1、22或23所述的方法，其特征为，尤其作为面层的金属清除区(10)具有腐蚀产物。
25.按照权利要求1所述的方法，其特征为，所述构件(1)是燃气轮机(100)或汽轮机(300、303)的一个构件(1)，尤其是工作叶片或导向叶片(120、130)或燃烧室内衬(155)。
26.按照权利要求1或24所述的方法，其特征为，所述方法在一个应该再加工的构件(1)上实施。
全文摘要
本发明涉及一种去除一个面层的方法。带腐蚀产物的构件往往被重新使用，因此必须去除这种腐蚀产物(10)。按现有技术这要持续很长的时间，因为与腐蚀产物的反应时间往往很长。按照本发明，腐蚀产物通过盐蚀预处理，为的是造成更大的作用面，所以可以更迅速地去除腐蚀产物(10)。为了盐蚀而使用硫酸钠(Na
文档编号C23G1/00GK1929931SQ200580007966
公开日2007年3月14日 申请日期2005年1月17日 优先权日2004年1月30日
发明者乔格·博斯坦乔格洛, 斯蒂芬·克劳斯, 迈克尔·奥特, 拉尔夫·赖歇, 简·斯坦巴赫 申请人:西门子公司