DE3627779A1 - Erneuertes turbinenbauteil - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Erneuerung und Reparatur von abgenutzten und beschädigten Bauteilen thermischer Maschinen, insbesondere von Dampf- und Gasturbinenschaufeln. Auftragen von dicken Schichten auf die Bauteile.

Die Erfindung bezieht sich auf die Wiederherstellung der ursprünglichen Form eines Bauteils einer thermischen Maschine, welches im Betrieb eine nicht mehr zulässige Form durch Abnutzung, Erosion, Korrosion, Oxydation, mechanische Beschädigung usw. angenommen hat.

Insbesondere betrifft sie ein erneuertes Turbinenbauteil, bestehend aus einem in Form, Größe und Werkstoffzusammensetzung einem gebrauchten, beschädigten oder erodierten Bauteil entsprechenden Kern und einer in ihrer Werkstoffzusammensetzung dem gebrauchten Bauteil ähnliche Hülle.

Stand der Technik

Das Aufbringen von Oberflächenschichten jedwelcher Art auf Maschinenbauteile spielt in der modernen Technik, insbesondere beim Bau und Betrieb thermischer Maschinen, eine wichtige Rolle.

Es ist bekannt, daß bei gebrauchten oder beschädigten Turbinenteilen - wie Gehäuse, Schaufeln usw. - die erodierten oder abgebröckelten Stellen mit einem dicken Auftrag von Metallen oder metallähnlichem Material erneuert werden.

Solche Reparaturen wurden bis jetzt je nach der Art der Belastung - sei es durch Temperatur, Korrosion oder Erosion - mit Hilfe von Schweißen, Spritzen oder Kleben durchgeführt. Das Aufbringen von dicken Schichten durch diese erwähnten Verfahren kann in relativ kurzer Zeit ausgeführt werden. Die Qualität von solchen Beschichtungen bringt aber sehr oft Mängel in bezug auf die Haftung zum Grundmaterial sowie Strukturänderungen durch miteingebaute Eigenspannungen (Rißbildung) mit sich.

In der Technik sind zahlreiche Verfahren bekannt, Oberflächenschichten auf galvanischem (elektrolytischem, elektrochemischem) Wege auf ein meist metallisches oder zuvor in geeigneter Weise vorbehandeltes (metallisiertes) Substrat aufzubringen. Dabei handelt es sich meistens um verhältnismäßig dünne, von Bruchteilen von Mikrometern bis zu einigen Zehntelmillimetern reichende Schichten. Zufolge ihrer beschränkten Dicke zeichnen sich derartige Schichten meistens durch gute Haftfestigkeit und genügende Abriebfestigkeit gegenüber ihrer Unterlage (Substrat) aus. Andererseits ist ihre Verwendbarkeit auf diejenigen Fälle beschränkt, wo ihre begrenzte Dimension senkrecht zur Oberfläche den betrieblichen Anforderungen genügt und wo nicht Veränderungen oder gar Zerstörungen durch Diffusionsvorgänge während des Betriebes zu befürchten sind.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen und Mittel anzugeben, wie ein gebrauchtes, durch Abnutzung, Erosion, Korrosion, Oxydation, mechanische Beschädigung in seiner Form, insbesondere seiner Oberflächengestalt im Verlaufe des Betriebes verändertes Turbinenbauteil erneuert, repariert und in den voll funktionsfähigen Zustand gebracht werden kann. Dabei soll sich die neu aufzubringende Oberflächenschicht durch feste Haftung und gute chemisch-physikalische Verträglichkeit gegenüber dem vorhandenen Kern (Substrat) auszeichnen. Ferner soll sich das erneuerte Bauteil durch Freiheit von Rißanfälligkeit und schädlichen, im Betrieb zu unerwünschten chemisch-physikalischen (metallurgischen) Veränderungen führenden Diffusionen auszeichnen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das eingangs erwähnte erneuerte Turbinenbauteil außer dem besagten vorhandenen Kern eine zusammenhängende, dicke Oberflächenschicht aufweist, die elektrolytisch auf den Kern aufgebracht ist.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels erläutert.

Ausführungsbeispiel

Eine während 30 000 h im Betrieb befindliche, gebrauchte, stark abgenutzte Gasturbinenschaufel wurde aus der Maschine ausgebaut und durch galvanische Auftragung dicker Metallschichten erneuert. Das Schaufelblatt hatte folgende Abmessungen:

Länge= 120 mm Breite=  40 mm Größte Profildicke=  12 mm

Die Schaufel wurde zunächst durch Sandstrahlen gereinigt. Die nicht beschädigten, nicht abgenutzten Stellen der Schaufeloberfläche, welche keinen zusätzlichen Metallauftrag benötigten, wurden zunächst mit Hilfe von Klebband und Abdecklack elektrisch isoliert. Dann wurde die Schaufel in eine geeignete Vorrichtung (Halterung, Gestell) eingebaut.

Der eigentliche Verfahrensablauf gestaltete sich wie folgt:

• 1. Elektrochemisches Entfetten in alkalischer Lösung bei Raumtemperatur während einer Dauer von 2 min unter einer Stromdichte von 10 A/dm².
• 2. Spülen in kaltem Wasser.
• 3. Elektrochemisches Beizen in 1 : 1-verdünnter HCl bei Raumtemperatur während einer Dauer von 3 min unter einer Stromdichte von 10 A/cm².
• 4. Spülen in kaltem Wasser.
• 5. Galvanisches Vernickeln der zu erneuernden Oberflächen bei Raumtemperatur während einer Dauer von 4 min unter einer Stromdichte von 4 A/dm² (Saures Nickelchloridbad). Dicke der Nickelschicht = 3 µm.
• 6. Spülen in kaltem Wasser.
• 7. Elektrochemisches Aufbringen einer Schicht folgender Zusammensetzung: Ni= 80 Gew.-% Co= 15 Gew.-% Zr=  5 Gew.-%Die Abscheidungsbedingungen des galvanischen Bades waren die folgenden:Zellenspannung= 6 V Temperatur= 40°C Stromdichte= 8 A/dm² Pulsstromfrequenz= 3 kHzBadzusammensetzung:pH=   3,5 Nickelsulfamat= 200 g/l Kobaltsulfamat=  50 g/l Borsäure=  30 g/l Nickelchlorid=   5 g/l Zirkonpartikel=  50 g/l (in Suspension)
• 8. Spülen in kaltem Wasser.
• 9. Spülen in warmem Wasser.
• 10. Trocknen.
• 11. Ausbauen aus der Haltevorrichtung und Reinigen des Bauteils (Gasturbinenschaufel).

Die Dicke der aufgetragenen Metallschicht betrug durchschnittlich 1,5 mm.

Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Grundsätzlich können nahezu beliebige Legierungen von 2 bis 6 geeigneten Elementen auf das Bauteil aufgebracht werden.

Im allgemeinen kann die Hülle eines oder mehrere der Elemente Ni, Co, Cr, Zr, Mo, W enthalten. Zusätzlich können auch einzelne oder mehrere Karbide der Elemente Cr, Si in die Oberflächenschicht eingelagert sein.

Vorstehendes gilt insbesondere für folgende Legierungsgruppen:

• Ni/Co
  Ni/Co/Cr
  Ni/Co/Cr/Zr
  Ni/Co/Cr/Cr-Karbide
  Ni/Co/Cr/Zr/Cr-Karbide
  Ni/Co/Cr/Mo/Zr
  Ni/Co/Cr/W/Cr-Karbide
  Ni/Co/Cr/Si-Karbide

Besonders bewährt haben sich auch dicke Auftragsschichten aus einer Ni/Co/Cr/Mo/Zr-Legierung auf hochlegiertem Stahl als Kernmaterial (Substrat). Vorzugsweise wird daher zunächst eine dünne Nickelschicht (bis ca. 3 µm) auf den gereinigten, zu beschichtenden Kern galvanisch aufgebracht.

Claims (5)

1. Erneuertes Turbinenbauteil, bestehend aus einem in Form, Größe und Werkstoffzusammensetzung einem gebrauchten, beschädigten oder erodierten Bauteil entsprechenden Kern und einer in ihrer Werkstoffzusammensetzung dem gebrauchten Bauteil ähnlichen, eine zusammenhängende dicke Oberflächenschicht darstellenden, elektrolytisch auf den Kern aufgebrachten dichten Hülle.

2. Erneuertes Turbinenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle eines oder mehrere der Elemente Ni, Co, Cr, Zr, Mo, W enthält.

3. Erneuertes Turbinenbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle zusätzlich eines oder mehrere Karbide der Elemente Cr, Si enthält.

4. Erneuertes Turbinenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle aus einer dünnen Nickelzwischenschicht und einer dicken, darüber gelagerten Oberflächenschicht aus einer Ni/Co/Cr/Mo/Zr-Legierung besteht.

5. Erneuertes Turbinenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle aus einer der nachfolgenden Legierungsgruppen besteht:

• Ni/Co
  Ni/Co/Cr
  Ni/Co/Cr/Zr
  Ni/Co/Cr/Cr-Karbide
  Ni/Co/Cr/Zr/Cr-Karbid
  Ni/Co/Cr/Mo/Zr
  Ni/Co/Cr/W/Cr-Karbide
  Ni/Co/Cr/Si-Karbide