EP2021530A2 - Method for the electrolytic treatment of a component - Google Patents

Method for the electrolytic treatment of a component

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Publication number
EP2021530A2
EP2021530A2 EP07728090A EP07728090A EP2021530A2 EP 2021530 A2 EP2021530 A2 EP 2021530A2 EP 07728090 A EP07728090 A EP 07728090A EP 07728090 A EP07728090 A EP 07728090A EP 2021530 A2 EP2021530 A2 EP 2021530A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
voltages
cycle
constant
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07728090A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jan Steinbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP07728090A priority Critical patent/EP2021530A2/en
Publication of EP2021530A2 publication Critical patent/EP2021530A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/18—Electroplating using modulated, pulsed or reversing current
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/67—Electroplating to repair workpiece
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F5/00—Electrolytic stripping of metallic layers or coatings

Definitions

  • the invention relates to a method for electrolytic machining of a component according to the preamble of claim 1.
  • Electrolytic processes are used to coat or decoad components.
  • the object is achieved by a method according to claim 1.
  • FIGS. 3 to 19 show exemplary profiles of the magnitude of the current pulses over time and the concentration curve of an element in a layer region to be removed
  • FIG. 20 shows a gas turbine
  • FIG. 21 shows in perspective a turbine blade
  • Figure 22 in perspective a combustion chamber.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a component 1, which can be treated by the method according to the invention.
  • the component 1 is for example a component of a steam or gas turbine 100 (FIG. 20) and is in particular a turbine blade 120, 130 (FIG. 21) or a heat shield element 155 (FIG. 22) of a combustion chamber 110 (FIG. 22).
  • the components are preferably made of iron-, nickel- and / or cobalt-based superalloys. Preferably, a nickel alloy is used.
  • a substrate 4 of the component 1 is oxidized and / or corroded on the surface 19, wherein the oxidation elements are formed by reaction of an element of the alloy of the substrate 4 and a hot gas or corrosive medium. After these reaction products have been removed, there is often still a so-called depleted region 7 which does not have the original composition of the substrate 4. In a direction 22 perpendicular to a surface 19 of the substrate 4 and facing away from the surface 19, the concentration decreases.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a component 1, 120, 130, 155 as a layer system which is to be treated by the method according to the invention.
  • a layer 10 in particular of an MCrAlX alloy, which has been oxidized in use.
  • an oxide layer which has already been removed, for example, abrasive.
  • aluminum had been diffused out of the layer 10 to the surface 19 in order to produce a protective oxide film.
  • Layer (AI 2 O 3 ) to form. After removal of this oxide layer, there is often a concentration gradient in direction 22 in region 13 of layer 10, namely, less aluminum is present on the outer surface than in the interior.
  • the depleted region 13 represents the long hard-to-remove area.
  • Substrate 4 are removed, for example, completely re-apply the layer 10.
  • FIGS. 3 to 17 show exemplary voltage profiles according to the invention in an electrolytic process which serves to remove layer regions or layers or for coating.
  • FIG. 3 shows an exemplary time profile according to the invention of the voltage U of voltage pulses 16 ', 16' ', 16' '', ....
  • the voltage U is plotted over the time t.
  • the voltage U is pulsed , wherein the height of the voltage pulses 16 ', 16' ', 16' '', ... discontinuously or as shown in Figure 5, along a dashed curve continuously, ie Each subsequent voltage pulse is smaller than the previous one at the voltage level U.
  • ni> 1 of pulses 16 ', 16''with a pulse height Ui there are a certain number ni> 1 of pulses 16 ', 16''with a pulse height Ui, a specific number n 2 > 1 of pulses 16'",16""with one Voltage height U 2 , a certain number n 3 > 1 of pulses 16 ''''',16'''''with a voltage level U 3 , etc., where, for example.
  • the number of ni pulses represents an initial cycle, the n 2 pulses an intermediate cycle and the n 3 pulses an end cycle of the process. If necessary, there is no intermediate cycle.
  • This sequence of voltage pulses 16 ', 16' ', 16' '',... is preferably necessary if a different concentration of one or more elements, for example an alloy or even a ceramic, is given. This is the case, for example, with the MCrAlX layers, where depletion of aluminum has taken place on the outer surface. These regions 13 (FIG. 2), which have less aluminum, are less easily removed, so that higher voltage pulses are used in the initial cycle.
  • Figure 3 discloses by way of example only pulsed voltages U and e.g. three discrete values for the voltage U, which decreases discontinuously.
  • the pulse height can be left constant over a longer period of time (d '''''>d', d '', ..., d ' 1 ' 1 ', FIG. 11), in particular. dere then, if there is no more concentration gradient, but still more homogeneous areas or layer areas to be removed.
  • Constant voltages means that the voltage is constant for at least 10s. In Figure 11, the pulsed voltages represent the initial cycle and the constant voltage represent the end cycle.
  • the concentration (c2) of an element at surface 19 could be high and decrease in depth x. If the reactivity of the element having a gradient at high concentration has a low reactivity with respect to the electrolyte and has a higher reactivity with decreasing concentration, especially if it is a constituent of an alloy, the decrease in the magnitude of the current pulses U (FIG. t) (solid line) proportional to the decrease in the concentration c2 of the element.
  • FIG. 5 shows a further exemplary time profile of the voltage U. according to the invention.
  • a constant voltage U 2 is used in the intermediate cycle, which is in its voltage level U 2 compared to the voltage Ui of the first voltage pulses 16 ', 16''is lowered.
  • a constant voltage U 2 preferably: d '' ⁇ 10 * minimum (d ', d'',...), Ie the duration of a constant voltage U, here in the intermediate cycle, is at least 10 times, in particular 50 times as large as the shortest pulse duration d ', d ", ....
  • n 3 pulses are used again with a lowered voltage U 3 again.
  • FIG. 8 shows a further exemplary time profile of the voltage U. according to the invention.
  • an offset voltage U Off for example equal to U 2 , is used in relation to the voltage Ui in FIG. 5, ie, during the pulse pauses p ', p ", the voltage U is not zero, but rather
  • the offset voltage U Off can be used for the initial cycle, all process stages or a part of the process stages, wherein the offset voltage U Off can increase or decrease continuously or discontinuously even with the time t.
  • the offset voltage U Off corresponds to the voltage U 2 in FIG. 8, ie the value for the constant voltage.
  • FIG. 9 shows a further exemplary voltage profile according to the invention.
  • an offset voltage is superimposed, ie during the pulse pauses p, p ', the voltage is not zero but U Off .
  • the offset voltage U Off can be used for the initial cycle, all process stages or a part of the process stages, wherein the offset voltage U Off can increase or decrease continuously or discontinuously even with the time t.
  • FIG. 10 shows a special case of the voltage curve according to FIG. 3.
  • Ui initial cycle
  • U 3 end cycle
  • offset voltages U Off can also be used here.
  • FIG. 11 shows a further variant of a voltage curve U (t).
  • the voltage of the pulses 16 ', 16'',16''', .. takes in the initial cycle ⁇ preferably with time t continuously or discontinuously (not shown), and last in a
  • FIG. 14 shows a further exemplary voltage profile according to the invention.
  • a constant voltage 16 ' is used, ie p'>> p '', p ' 1 ', P 1 ''', ....
  • pulsed voltages 16'',16''', .. .. (end cycle) is used, which in height either only (not shown) or only decrease.
  • opposite or reverse voltages can be applied permanently or temporarily, which serve for hydrogen generation (desorption).
  • FIG. 15 shows a further exemplary voltage profile according to the invention.
  • a constant voltage 16 ' is used
  • the voltage level of the pulsed voltages in the intermediate cycle may be continuous with time t.
  • a constant voltage U3 is used, which is less than / equal to the voltage U2 or the voltage of the last used pulse in the intermediate cycle.
  • FIG. 13 again shows the concentration c of an element over a depth x in a slice (dashed curve).
  • the point 0 represents the outer surface 19. Starting from the surface 19, the concentration c1 of the element decreases to the depth of the layer. Accordingly, the magnitude of the voltage pulses 16, 16 ', 16 ", ... increases with time t (FIG. 12).
  • Rising or falling pulse heights are used when the layer changes over a depth x in its concentration c such that it is easier or worse to remove.
  • the same high pulse heights were used for the current or the voltage.
  • the pulse pauses p ', p'',p''' between the individual pulses 16 ', 16'',16''' with time t vary, for example, increase or decrease.
  • the method according to the invention can be used as described above for removing material of a component or a layer.
  • the height of the pulses 16 ', 16' ', 16' '' can also be determined by decreasing concentration from a substrate surface to an outer surface (FIG. 4), solid line) Time t decrease or increase.
  • FIG. 16 shows a further exemplary embodiment of the invention.
  • pulsed voltages U2 are used with the voltage pulses 16 ", 16" '.
  • the voltage Ul of the constant voltage and the voltages U2 of the pulsed voltages may be the same (FIG. 16) or different.
  • FIG. 17 shows a further embodiment of the invention. In its initial cycle, pulsed voltages 16 ', 16 "are used and in a final cycle a constant voltage 16'" is applied.
  • the voltage Ul of the pulsed voltages of the voltage pulses 16 ', 16 "or the voltage U2 of the constant voltage 16"' may be the same (FIG. 17) or different.
  • FIG. 18 shows a further exemplary embodiment of the invention.
  • a constant voltage 16 ' is used in the initial cycle, in an intermediate cycle pulsed voltages 16 ", 16" are used and in a final cycle a constant voltage 16 "" is used again.
  • the voltage levels U1, U2, U3 can be the same (FIG. 18) or different.
  • FIG. 19 shows a further embodiment of the invention.
  • the voltages of the pulsed voltage or the constant voltage Ul, U2 and U3 may be the same (Fig. 19) or different.
  • the reference symbol B indicates a possible intermediate treatment in which the component is not treated electrolytically, but is removed from the electrolytic treatment and, in particular, rinsed and subjected to another removal process.
  • This is in particular a mechanically acting removal method, in particular sandblasting.
  • sandblasting Preferably always on End of the electrolytic process made a sand blast cleaning.
  • the mechanically acting treatment preferably takes place when the transition from pulsed voltage to constant voltage or from constant voltage to pulsed voltage is to take place.
  • the mechanically acting treatment takes place when the voltage is reduced (see Figure 3, Figure 5, Figure 7, Figure 8, Figure 10, Figure 11, Figure 12, Figure 14 or Figure 15).
  • FIG. 20 shows by way of example a gas turbine 100 in a long partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner. Along the rotor 103 follow one another Ansauggehause 104, a compressor 105, for example, a torus-like
  • Combustion chamber 110 in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust gas housing 109.
  • the annular combustion chamber 110 communicates with an example annular hot gas channel 111.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings.
  • a series of guide vanes 115 follows a series of vanes 120 in the hot gas duct 111 of a row of vanes 115.
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
  • Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).
  • air 105 is sucked in by the compressor 105 through the intake housing 104 and compressed.
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110.
  • the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
  • the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110.
  • substrates of the components can have a directional structure, ie they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
  • SX structure monocrystalline
  • DS structure longitudinal grains
  • iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used as the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloys.
  • the vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner housing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane foot.
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
  • FIG. 21 shows a perspective view of a rotor blade 120 or guide blade 130 of a turbomachine that extends along a longitudinal axis 121.
  • the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for electricity generation, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 consecutively a fastening region 400, a blade platform 403 adjacent thereto and an airfoil 406 and a blade tip 415.
  • the blade 130 may have at its blade tip 415 another platform (not shown).
  • a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
  • the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as fir tree or Schissebwschwanzfuß are possible.
  • the blade 120, 130 has a flow-on edge 409 and a downstream edge 412 for a medium that flows past the blade 406.
  • blades 120, 130 for example, solid metallic materials, in particular superalloys, are used in all regions 400, 403, 406 of the blade 120, 130.
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloy.
  • the blade 120, 130 can hereby be produced by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
  • Single-crystalline structures or structures are used as components for machines that are subject to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
  • directionally solidified microstructures which means both single crystals that have no grain boundaries or at most small angle grain boundaries, and stem crystal structures that have probably longitudinal grain boundaries but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures.
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
  • the density is preferably 95% of the theoretical density.
  • a thermal barrier coating which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially ⁇ or fully stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • the thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer. Suitable coating processes, such as electron beam evaporation (EB-PVD), produce stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • EB-PVD electron beam evaporation
  • the thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer.
  • the blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.
  • FIG. 22 shows a combustion chamber 110 of the gas turbine 100.
  • the combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a multiplicity of windings are arranged around an axis of rotation 102 in the circumferential direction
  • Burners 107 open into a common combustion chamber space 154, the flames 156 produce.
  • the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.
  • the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C. to 1600 ° C.
  • the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M with an inner lining formed from heat shield elements 155.
  • the 110 may also be provided for the heat shield elements 155 and for their holding elements, a cooling system.
  • the heat- Shield elements 155 are then hollow, for example, and possibly still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154.
  • Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working fluid side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should
  • a ceramic thermal barrier coating consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or fully ⁇ dig stabilized by yttrium and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Suitable coating processes such as electron beam evaporation (EB-PVD), produce stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the heat-insulating layer may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • Refurbishment means that turbine blades 120, 130, heat shield elements 155 must, if appropriate, be freed from protective layers by means of the method according to the invention after they have been used. This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, cracks in the turbine blade 120, 130 or the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a re-coating of the turbine blades 120, 130, heat shield elements 155 and a renewed use of the turbine blades 120, 130 or the heat shield elements 155.

Abstract

According to the prior art, electrolytic methods comprise pulsed currents or voltages that have the same voltage level over time. According to the invention, pulsed currents or voltages (U) are likewise used, but the level of the pulse amplitude of the voltage (U) or of the current either decreases or increases with time (t).

Description

Verfahren zur elektrolytischen Bearbeitung eines Bauteils Process for the electrolytic treatment of a component
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Be- arbeitung eines Bauteils gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for electrolytic machining of a component according to the preamble of claim 1.
Elektrolytische Verfahren werden verwendet, um Bauteile zu beschichten oder zu entschichten .Electrolytic processes are used to coat or decoad components.
Dabei können entweder Gleichströme oder Wechselströme (DE 697 22 680 T2) verwendet werden.In this case, either direct currents or alternating currents (DE 697 22 680 T2) can be used.
Ebenso ist bekannt, dass gepulste Ströme (US 2004/0188260) verwendet werden.It is also known that pulsed streams (US 2004/0188260) are used.
Jedoch sind diese Verfahren insbesondere nicht effektiv bei der Entfernung von Schichten oder Schichtbereichen, bei denen Gradienten in der Konzentration eines Bestandteils vorhanden sind.However, in particular, these methods are not effective at removing layers or layer areas where gradients are present in the concentration of a component.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren aufzuzeigen, mit der dieses Problem überwunden werden kann.It is therefore an object of the invention to provide a method by which this problem can be overcome.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1.The object is achieved by a method according to claim 1.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig in vorteilhafter Art und Weise miteinander verknüpft werden können.In the subclaims further advantageous measures are listed, which can be linked to each other in an advantageous manner.
Es zeigenShow it
Figur 1, 2 Beispiele für Bauteile, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden,Figure 1, 2 examples of components that are treated by the method according to the invention,
Figur 3 - 19 beispielhafte Verläufe der Höhe der Strompulse über der Zeit und den dazu korrelierenden Konzentrationsverlauf eines Elementes in einem zu entfernenden Schichtbereich, Figur 20 eine Gasturbine,FIGS. 3 to 19 show exemplary profiles of the magnitude of the current pulses over time and the concentration curve of an element in a layer region to be removed, FIG. 20 shows a gas turbine,
Figur 21 perspektivisch eine Turbinenschaufel,FIG. 21 shows in perspective a turbine blade,
Figur 22 perspektivisch eine Brennkammer. Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Bauteil 1, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden kann .Figure 22 in perspective a combustion chamber. Figure 1 shows a first embodiment of a component 1, which can be treated by the method according to the invention.
Das Bauteil 1 ist beispielsweise ein Bauteil einer Dampf- oder Gasturbine 100 (Figur 20) und ist dabei insbesondere eine Turbinenschaufel 120, 130 (Figur 21) oder ein Hitzeschildelement 155 (Figur 22) einer Brennkammer 110 (Figur 22). Die Bauteile bestehen dabei vorzugsweise aus eisen-, nickel- und/oder kobaltbasierten Superlegierungen . Vorzugs- weise wird eine Nickellegierung verwendet.The component 1 is for example a component of a steam or gas turbine 100 (FIG. 20) and is in particular a turbine blade 120, 130 (FIG. 21) or a heat shield element 155 (FIG. 22) of a combustion chamber 110 (FIG. 22). The components are preferably made of iron-, nickel- and / or cobalt-based superalloys. Preferably, a nickel alloy is used.
Beispielsweise ist ein Substrat 4 des Bauteils 1 an der Oberfläche 19 oxidiert und/oder korrodiert, wobei die Oxidations- elemente durch Reaktion eines Elements der Legierung des Sub- strats 4 und einem Heißgas oder korrosivem Medium entstanden sind. Nachdem diese Reaktionsprodukte entfernt worden sind, ist oft noch ein so genannter verarmter Bereich 7 vorhanden, der nicht die ursprüngliche Zusammensetzung des Substrats 4 aufweist. In einer Richtung 22, die senkrecht auf einer Ober- fläche 19 des Substrats 4 steht und die von der Oberfläche 19 wegzeigt, nimmt die Konzentration ab.For example, a substrate 4 of the component 1 is oxidized and / or corroded on the surface 19, wherein the oxidation elements are formed by reaction of an element of the alloy of the substrate 4 and a hot gas or corrosive medium. After these reaction products have been removed, there is often still a so-called depleted region 7 which does not have the original composition of the substrate 4. In a direction 22 perpendicular to a surface 19 of the substrate 4 and facing away from the surface 19, the concentration decreases.
Daher liegt in der Richtung 22 im Bereich 7 ein Konzentrationsgradient 23 (A: in Richtung 22 abnehmend; T: in Richtung 22 zunehmend) des Elements oder der Elemente vor, die die Reaktionsprodukte gebildet haben, sodass der Bereich 7 entfernt werden soll.Therefore, in the direction 22 in the region 7, there is a concentration gradient 23 (A: decreasing in the direction 22, T: increasing in the direction 22) of the element (s) that formed the reaction products so that the region 7 should be removed.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bauteils 1, 120, 130, 155 als ein Schichtsystem, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden soll. Auf dem Substrat 4 ist eine Schicht 10, insbesondere aus einer MCrAlX-Legierung vorhanden, die im Einsatz oxidiert worden ist. Dabei bildete sich auf der Oberfläche der Schicht 10 eine Oxidschicht aus, die bereits beispielsweise abrasiv entfernt worden ist. Dabei war aus der Schicht 10 Aluminium an die Oberfläche 19 diffundiert, um eine schützende Oxid- Schicht (AI2O3) zu bilden. Nach Entfernen dieser Oxidschicht ist in Richtung 22 in dem Bereich 13 der Schicht 10 oft ein Konzentrationsgradient vorhanden, nämlich an der äußeren Oberfläche ist weniger Aluminium vorhanden als im Inneren. Es liegt ein verarmter Bereich 13 in der Schicht 10 vor. Der verarmte Bereich 13 stellt den bis lang schwer abzutragenden Bereich dar.FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a component 1, 120, 130, 155 as a layer system which is to be treated by the method according to the invention. On the substrate 4 there is a layer 10, in particular of an MCrAlX alloy, which has been oxidized in use. In this case, formed on the surface of the layer 10 of an oxide layer, which has already been removed, for example, abrasive. In this case, aluminum had been diffused out of the layer 10 to the surface 19 in order to produce a protective oxide film. Layer (AI 2 O 3 ) to form. After removal of this oxide layer, there is often a concentration gradient in direction 22 in region 13 of layer 10, namely, less aluminum is present on the outer surface than in the interior. There is an depleted region 13 in the layer 10. The depleted region 13 represents the long hard-to-remove area.
Vorzugsweise kann es notwendig sein, dass die gesamte Schicht 10, also dass auch die sich nicht wesentlich in ihrer ur- sprünglichen Zusammensetzung veränderten Bereiche nahe desPreferably, it may be necessary that the entire layer 10, that is to say that also the areas which are not substantially changed in their original composition, are close to the surface
Substrats 4 abgetragen werden, um beispielsweise die Schicht 10 vollständig neu aufzutragen.Substrate 4 are removed, for example, completely re-apply the layer 10.
Die Figuren 3 bis 17 zeigen beispielhafte, erfindungsgemäße Spannungsverläufe bei einem elektrolytischen Verfahren, das zur Entfernung von Schichtbereichen bzw. Schichten oder zur Beschichtung dient.FIGS. 3 to 17 show exemplary voltage profiles according to the invention in an electrolytic process which serves to remove layer regions or layers or for coating.
Figur 3 zeigt einen beispielhaften erfindungsgemäßen zeitlichen Verlauf der Spannung U von Spannungspulsen 16', 16'', 16' ' ', .... In der Figur 3 ist die Spannung U über die Zeit t aufgetra- gen. Die Spannung U wird gepulst, wobei die Höhe der Spannungspulse 16', 16'', 16''',... diskontinuierlich oder wie in Figur 5 dargestellt, entlang einer gestrichelt gezeichneten Kurve kontinuierlich, d.h. jeder nachfolgende Spannungspuls ist in der Spannungshöhe U kleiner als der vorhergehende, ab- nimmt.FIG. 3 shows an exemplary time profile according to the invention of the voltage U of voltage pulses 16 ', 16' ', 16' '', .... In FIG. 3, the voltage U is plotted over the time t. The voltage U is pulsed , wherein the height of the voltage pulses 16 ', 16' ', 16' '', ... discontinuously or as shown in Figure 5, along a dashed curve continuously, ie Each subsequent voltage pulse is smaller than the previous one at the voltage level U.
So gibt es bei dem Verfahren gemäß Figur 3 beispielsweise eine bestimmte Anzahl ni > 1 von Pulsen 16', 16'' mit einer Pulshöhe Ui, eine bestimmte Anzahl n2 > 1 von Pulsen 16' ' ', 16' ' ' ' mit einer Spannungshöhe U2, eine bestimmte Anzahl n3 > 1 von Pulsen 16' ' ' ' ', 16' ' ' ' ' ' mit einer Spannungshöhe U3, usw., wobei bspw. gilt Ui > U2 > U3. Die Anzahl rix, n2, n3 der Pulse können gleich oder verschieden sein : ni = n2 = n3; ni = n2 ≠ n3; Ti1 ≠ n2 = n3; ni ≠ n2, n3 = n1; U1 ≠ n3 = n2; ni ≠ n2, n3 ≠ n2, n3 ≠ Ti1; U1 > n2 > n3; ni > n2 = n3; ni = n2 ni > n3; oder ni < n2 < n3 ,....Thus, in the method according to FIG. 3, for example, there are a certain number ni> 1 of pulses 16 ', 16''with a pulse height Ui, a specific number n 2 > 1 of pulses 16'",16""with one Voltage height U 2 , a certain number n 3 > 1 of pulses 16 ''''',16''''''with a voltage level U 3 , etc., where, for example. Ui> U 2 > U 3 . The numbers rix, n 2 , n 3 of the pulses may be the same or different: ni = n 2 = n 3 ; ni = n 2 ≠ n 3 ; Ti 1 ≠ n 2 = n 3 ; ni ≠ n 2 , n 3 = n 1; U 1 ≠ n 3 = n 2 ; ni ≠ n 2 , n 3 ≠ n 2 , n 3 ≠ Ti 1 ; U 1 > n 2 > n 3 ; ni> n 2 = n 3 ; ni = n 2 ni> n 3 ; or ni <n 2 <n 3 , ....
Die Anzahl von ni Pulsen stellt ein Anfangszyklus, die n2 Pulse ein Zwischenzyklus und die n3 Pulse ein Endzyklus des Verfahrens dar. Gegebenenfalls gibt es kein Zwischenzyklus.The number of ni pulses represents an initial cycle, the n 2 pulses an intermediate cycle and the n 3 pulses an end cycle of the process. If necessary, there is no intermediate cycle.
Diese Abfolge von Spannungspulsen 16', 16'', 16''', ... ist vorzugsweise dann notwendig, wenn eine unterschiedliche Kon- zentration von einem oder mehreren Elementen, beispielsweise einer Legierung oder auch einer Keramik, gegeben ist. Dies ist beispielsweise bei den MCrAlX-Schichten der Fall, bei denen an der äußeren Oberfläche eine Verarmung an Aluminium stattgefunden hat. Diese Bereiche 13 (Fig. 2), die weniger Aluminium aufweisen, lassen sich schlechter entfernen, sodass im Anfangszyklus höhere Spannungspulse verwendet werden.This sequence of voltage pulses 16 ', 16' ', 16' '',... Is preferably necessary if a different concentration of one or more elements, for example an alloy or even a ceramic, is given. This is the case, for example, with the MCrAlX layers, where depletion of aluminum has taken place on the outer surface. These regions 13 (FIG. 2), which have less aluminum, are less easily removed, so that higher voltage pulses are used in the initial cycle.
Figur 3 offenbart beispielhaft nur gepulste Spannungen U und z.B. drei diskrete Werte für die Spannung U, die diskontinu- ierlich abnimmt.Figure 3 discloses by way of example only pulsed voltages U and e.g. three discrete values for the voltage U, which decreases discontinuously.
In einem der letzten Verfahrensschritte kann die Pulshöhe beispielsweise über einen längeren Zeitraum (d' ' ' ' ' ' > d', d'', ..., d'1'1', Fig. 11) konstant gelassen werden, insbeson- dere dann, wenn kein Konzentrationsgradient mehr vorliegt, aber noch weitere homogene Bereiche oder Schichtbereiche abgetragen werden sollen. Konstante Spannungen bedeutet, dass die Spannung mindestens 10s konstant ist. In Figur 11 stellen die gepulsten Spannungen den Anfangszyklus und die konstante Spannung den Endzyklus dar.In one of the last method steps, the pulse height can be left constant over a longer period of time (d '''''>d', d '', ..., d ' 1 ' 1 ', FIG. 11), in particular. dere then, if there is no more concentration gradient, but still more homogeneous areas or layer areas to be removed. Constant voltages means that the voltage is constant for at least 10s. In Figure 11, the pulsed voltages represent the initial cycle and the constant voltage represent the end cycle.
In Figur 4 korreliert die Abnahme der Höhe der Strompulse U(t) (durchgezogene Linie) umgekehrt proportional zu der Zunahme der Konzentration cl eines Elements, beispielsweise Aluminium, in einer verbrauchten MCrAlX-Schicht (c(x) = ge- strichelte Kurve) .In FIG. 4, the decrease in the height of the current pulses U (t) (solid line) correlates inversely proportional to the increase in the concentration c1 of an element, for example aluminum, in a spent MCrAlX layer (c (x) = dotted curve).
Ebenso könnte die Konzentration (c2) eines Elements an der Oberfläche 19 einen hohen Wert aufweisen und in die Tiefe x hinein abnehmen. Wenn die Reaktionsfähigkeit des Elements, das einen Gradienten aufweist, bei hoher Konzentration ein geringes Reaktivvermögen gegenüber dem Elektrolyt aufweist und mit abnehmender Konzentration ein höheres Reaktionsvermögen aufweist, insbesondere dann, wenn es ein Bestandteil einer Legierung ist, korreliert die Abnahme der Höhe der Strompulse U(t) (durchgezogene Linie) proportional zu der Abnahme der Konzentration c2 des Elements.Likewise, the concentration (c2) of an element at surface 19 could be high and decrease in depth x. If the reactivity of the element having a gradient at high concentration has a low reactivity with respect to the electrolyte and has a higher reactivity with decreasing concentration, especially if it is a constituent of an alloy, the decrease in the magnitude of the current pulses U (FIG. t) (solid line) proportional to the decrease in the concentration c2 of the element.
Ebenso kann die Höhe eines Spannungspulses 16', 16' ', ... mit der Zeit t kontinuierlich und stetig (gestrichelte Linie in Fig. 5) abnehmen: ni = n2 = n3 =... = 1 und U (16') > U(16'') > U (16' ' ' ) > ....Likewise, the magnitude of a voltage pulse 16 ', 16 ", ... can decrease continuously and steadily with the time t (dashed line in FIG. 5): ni = n 2 = n 3 = ... = 1 and U (16 ')> U (16'')> U (16''')> ....
Figur 5 zeigt einen weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen zeitlichen Verlauf der Spannung U.FIG. 5 shows a further exemplary time profile of the voltage U. according to the invention.
Im Anfangszyklus (ni Pulse) werden gepulste Spannungen Ui ver- wendet.In the initial cycle (ni Pulse) pulsed voltages Ui are used.
Dabei wird im Zwischenzyklus eine konstante Spannung U2 verwendet, die in ihrer Spannungshöhe U2 gegenüber der Spannung Ui der ersten Spannungspulse 16', 16' ' erniedrigt ist. Für die Dauer einer konstanten Spannung U2 gilt vorzugsweise: d'' ≥ 10 * Minimum(d', d'', ...) , d.h. die Dauer einer konstanten Spannung U, hier im Zwischenzyklus, ist mindestens lOmal, insbesondere 50mal so groß wie die kürzeste Pulsdauer d', d", ....In this case, a constant voltage U 2 is used in the intermediate cycle, which is in its voltage level U 2 compared to the voltage Ui of the first voltage pulses 16 ', 16''is lowered. For the duration of a constant voltage U 2 , preferably: d '' ≥ 10 * minimum (d ', d'',...), Ie the duration of a constant voltage U, here in the intermediate cycle, is at least 10 times, in particular 50 times as large as the shortest pulse duration d ', d ", ....
Im Endzyklus werden wieder n3 Pulse mit einer erneut erniedrigten Spannung U3 verwendet.In the end cycle n 3 pulses are used again with a lowered voltage U 3 again.
Auch im Anfangszyklus und/oder im Endzyklus können die gepulsten Spannungen stetig und kontinuierlich (gestrichelte Linie) abnehmen (Fig. 7) .Also in the initial cycle and / or in the end cycle, the pulsed voltages can steadily and continuously decrease (dashed line) (Figure 7).
Figur 8 zeigt einen weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen zeitlichen Verlauf der Spannung U.FIG. 8 shows a further exemplary time profile of the voltage U. according to the invention.
Hier wird gegenüber der Spannung Ui in Figur 5 eine Offsetspannung UOff beispielsweise gleich U2 verwendet, d.h. während den Pulspausen p', p' ' ist die Spannung U nicht null, sondernIn this case, an offset voltage U Off, for example equal to U 2 , is used in relation to the voltage Ui in FIG. 5, ie, during the pulse pauses p ', p ", the voltage U is not zero, but rather
UoffU off
Die Offsetspannung UOff kann für den Anfangszyklus, alle Verfahrensstadien oder einen Teil der Verfahrensstadien verwendet werden, wobei die Offsetspannung UOff auch mit der Zeit t kontinuierlich oder diskontinuierlich zu- oder abnehmen kann. Insbesondere entspricht die Offsetspannung UOff der Spannung U2 in Figur 8, also dem Wert für die konstante Spannung.The offset voltage U Off can be used for the initial cycle, all process stages or a part of the process stages, wherein the offset voltage U Off can increase or decrease continuously or discontinuously even with the time t. In particular, the offset voltage U Off corresponds to the voltage U 2 in FIG. 8, ie the value for the constant voltage.
Figur 9 zeigt einen weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Spannungsverlauf .FIG. 9 shows a further exemplary voltage profile according to the invention.
Hier wird ausgehend von dem Spannungsverlauf in Figur 5 eine Offsetspannung überlegend, d.h. während den Pulspausen p, p' ist die Spannung nicht null, sondern UOff. Die Offsetspannung UOff kann für das Anfangszyklus, alle Verfahrensstadien oder einen Teil der Verfahrensstadien verwendet werden, wobei die Offsetspannung UOff auch mit der Zeit t kontinuierlich oder diskontinuierlich zu- oder abnehmen kann.Here, starting from the voltage curve in FIG. 5, an offset voltage is superimposed, ie during the pulse pauses p, p ', the voltage is not zero but U Off . The offset voltage U Off can be used for the initial cycle, all process stages or a part of the process stages, wherein the offset voltage U Off can increase or decrease continuously or discontinuously even with the time t.
Figur 10 zeigt einen Spezialfall des Spannungsverlaufs gemäß Figur 3. Hier werden nur zwei diskrete Spannungen Ui (Anfangszyklus), U3 (Endzyklus) verwendet. Aber auch hier können Offsetspan- nungen UOff verwendet werden.FIG. 10 shows a special case of the voltage curve according to FIG. 3. Here only two discrete voltages Ui (initial cycle), U 3 (end cycle) are used. But offset voltages U Off can also be used here.
Figur 11 zeigt eine weitere Variante eines Spannungsverlaufs U(t) .FIG. 11 shows a further variant of a voltage curve U (t).
Die Spannung der Pulse 16', 16'', 16''', .. nimmt im Anfangs¬ zyklus vorzugsweise mit der Zeit t kontinuierlich oder dis- kontinuierlich (nicht dargestellt) ab und in einem letztenThe voltage of the pulses 16 ', 16'',16''', .. takes in the initial cycle ¬ preferably with time t continuously or discontinuously (not shown), and last in a
Verfahrensschritt (Endzyklus) wird eine konstante Ucont ange¬ legt, wobei für den letzten Spannungspuls U (16' ' ' ' ') U (16' ' ' ' ) = Ucont (16' ' ' ' ' ) oder U (16'''') > Ucont (16'1'1') sein kann und p ' ' ' ' ' >> Minimum (p ' , p ' ' , P ' ' ' , ...) .Process step (end cycle) is a constant U cont ange ¬ sets, for the last voltage pulse U (16 ''''') U (16'''') = U cont (16''''') or U (16 '''')> U cont (16 ' 1 ' 1 ') and p'''''>> minimum (p ', p'',P''', ...).
Im Anfangszyklus können ebenso gepulste Spannungen verwendet werden, die alle gleich (U(16') = U(16'') = U(16''') = ...) sein können. Im Endzyklus wird wieder eine erniedrigte kon- stante Spannung UCOnt angelegt.In the initial cycle also pulsed voltages can be used, all of which can be equal to (U (16 ') = U (16 ") = U (16"') =...). In the end cycle, a lowered constant voltage U COnt is applied again.
Figur 14 zeigt einen weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Spannungsverlauf. Im Anfangszyklus wird eine konstante Spannung 16' verwendet, d.h. p' >> p ' ' , p'1', P1''', .... Danach werden wieder gepulste Spannungen 16' ', 16' ' ', .... (Endzyklus) verwendet, die in der Höhe entweder nur zu- (nicht dargestellt) oder nur abnehmen.FIG. 14 shows a further exemplary voltage profile according to the invention. In the initial cycle, a constant voltage 16 'is used, ie p'>> p '', p ' 1 ', P 1 ''', .... Thereafter, again pulsed voltages 16'',16''', .. .. (end cycle) is used, which in height either only (not shown) or only decrease.
Bei allen Spannungsverläufen können dauernd oder zeitweise entgegengesetzte (reverse) Spannungen angelegt werden, die zur Wasserstoffgenerierung (desorption) dienen.In all voltage curves, opposite or reverse voltages can be applied permanently or temporarily, which serve for hydrogen generation (desorption).
Figur 15 zeigt einen weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Spannungsverlauf. Im Anfangszyklus wird eine konstante Spannung 16' verwendet, Im Zwischenzyklus werden gepulste Spannungen 16' ', 16' ' ', 16'''' verwendet, deren Spannungshöhe U konstant ist, aber kleiner als die Spannungshöhe Ul der konstanten Spannung 16' im Anfangszyklus. Ebenso kann die Spannungshöhe der gepulsten Spannungen im Zwischenzyklus kontinuierlich mit der Zeit t annehmen.FIG. 15 shows a further exemplary voltage profile according to the invention. In the initial cycle, a constant voltage 16 'is used, In the intermediate cycle pulsed voltages 16 '', 16 ''',16''''are used whose voltage level U is constant, but smaller than the voltage level Ul of the constant voltage 16' in the initial cycle. Likewise, the voltage level of the pulsed voltages in the intermediate cycle may be continuous with time t.
Im Endzyklus wird eine konstante Spannung U3 verwendet, die kleiner/gleich ist als die Spannung U2 oder die Spannung des zuletzt verwendeten Pulses im Zwischenzyklus.In the end cycle, a constant voltage U3 is used, which is less than / equal to the voltage U2 or the voltage of the last used pulse in the intermediate cycle.
In Figur 13 ist wiederum die Konzentration c eines Elements über eine Tiefe x in einer Schicht dargestellt (gestrichelte Kurve) .FIG. 13 again shows the concentration c of an element over a depth x in a slice (dashed curve).
Der Punkt 0 stellt die äußere Oberfläche 19 dar. Ausgehend von der Oberfläche 19 nimmt die Konzentration cl des Elements in die Tiefe der Schicht ab. Dementsprechend nimmt die Höhe der Spannungspulse 16, 16', 16'', ... mit der Zeit t zu (Fig. 12).The point 0 represents the outer surface 19. Starting from the surface 19, the concentration c1 of the element decreases to the depth of the layer. Accordingly, the magnitude of the voltage pulses 16, 16 ', 16 ", ... increases with time t (FIG. 12).
Ebenso können beim gepulsten Elektrolyseverfahren in der Höhe ansteigende Pulse verwendet werden, wenn ein umgekehrter Konzentrationsverlauf c2 gegeben ist.Similarly, in the pulsed electrolysis process in height increasing pulses can be used when a reverse concentration curve c2 is given.
Steigende oder fallende Pulshöhen werden verwendet, wenn die Schicht sich über eine Tiefe x in ihrer Konzentration c derart verändert, dass sie sich leichter oder schlechter entfernen lässt. Nach dem Stand der Technik wurden immer gleich hohe Pulshöhen für den Strom oder die Spannung verwendet.Rising or falling pulse heights are used when the layer changes over a depth x in its concentration c such that it is easier or worse to remove. In the prior art always the same high pulse heights were used for the current or the voltage.
Bei allen Spannungsverläufen (Figur 3 - 13) kann die Pulsdauer d der Spannungspulse 16', 16'' mit der Höhe Ui von den Pulsdauern d ' , d ' ' der anderen Pulse 16', 16'', 16'"', ... verschieden sein. Ebenso können die Pulspausen p', p' ', p' ' ' zwischen den einzelnen Pulsen 16', 16'', 16''' mit der Zeit t variieren, beispielsweise zu- oder abnehmen.In all voltage curves (FIGS. 3 to 13), the pulse duration d of the voltage pulses 16 ', 16 "with the magnitude Ui of the pulse durations d', d" of the other pulses 16 ', 16 ", 16'"',. .. to be different. Likewise, the pulse pauses p ', p'',p''' between the individual pulses 16 ', 16'',16''' with time t vary, for example, increase or decrease.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann wie oben beschrieben zum Entfernen von Material eines Bauteils oder einer Schicht verwendet werden.The method according to the invention can be used as described above for removing material of a component or a layer.
Ebenso ist es möglich, das Verfahren zur elektrolytischen Be- schichtung zu verwenden, insbesondere dann, wenn ein Konzent- rationsgradient zumindest eines Elements in der herzustellenden Schicht vorhanden sein soll.It is likewise possible to use the method for electrolytic coating, in particular if a concentration gradient of at least one element is to be present in the layer to be produced.
So kann wie in Figur 3 dargestellt, ausgehend von einer Substratoberfläche (x=0) die Konzentration c eines Elements hin zur Oberfläche zunehmen (gestrichelte Kurve) und die Höhe der Pulse 16, 16', 16' ' nimmt mit der Zeit t je nach Element ab oder zu.Thus, as shown in FIG. 3, starting from a substrate surface (x = 0), the concentration c of an element increases towards the surface (dashed curve), and the height of the pulses 16, 16 ', 16 "decreases with time t Element off or on.
Je nach dem, welches Element einen Konzentrationsgradienten aufweisen soll, kann auch bei abnehmender Konzentration von einer Substratoberfläche hin zu einer äußeren Oberfläche (Fig. 4), durchgezogene Linie) die Höhe der Pulse 16', 16'', 16' ' ' mit der Zeit t ab- oder zunehmen.Depending on which element should have a concentration gradient, the height of the pulses 16 ', 16' ', 16' '' can also be determined by decreasing concentration from a substrate surface to an outer surface (FIG. 4), solid line) Time t decrease or increase.
Die Figur 16 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er- findung.FIG. 16 shows a further exemplary embodiment of the invention.
In einem Anfangszyklus wird eine konstante Spannung 16' = Ul verwendet .In an initial cycle, a constant voltage 16 '= U1 is used.
In einem Endzyklus des Verfahrens werden gepulste Spannungen U2 mit den Spannungspulsen 16' ', 16' ' ' verwendet. Die Spannung Ul der konstanten Spannung und die Spannungen U2 der gepulsten Spannungen können gleich (Fig. 16) oder verschieden sein.In an end cycle of the method, pulsed voltages U2 are used with the voltage pulses 16 ", 16" '. The voltage Ul of the constant voltage and the voltages U2 of the pulsed voltages may be the same (FIG. 16) or different.
Figur 17 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. In ihrem Anfangszyklus werden gepulste Spannungen 16', 16' ' verwendet und in einem Endzyklus wird eine konstante Spannung 16 ' ' ' angelegt .FIG. 17 shows a further embodiment of the invention. In its initial cycle, pulsed voltages 16 ', 16 "are used and in a final cycle a constant voltage 16'" is applied.
Die Spannung Ul der gepulsten Spannungen der Spannungspulsen 16', 16' ' oder die Spannung U2 der konstanten Spannung 16' ' ' können gleich (Fig. 17) oder verschieden sein.The voltage Ul of the pulsed voltages of the voltage pulses 16 ', 16 "or the voltage U2 of the constant voltage 16"' may be the same (FIG. 17) or different.
Figur 18 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin- düng.FIG. 18 shows a further exemplary embodiment of the invention.
Hier wird im Anfangszyklus eine konstante Spannungen 16' verwendet, in einem Zwischenzyklus werden gepulste Spannungen 16' ', 16' ' ' verwendet und in einem Endzyklus wird wieder eine konstante Spannung 16'''' verwendet. Die Spannungshöhen Ul, U2 , U3 können gleich (Fig. 18) oder unterschiedlich sein.Here a constant voltage 16 'is used in the initial cycle, in an intermediate cycle pulsed voltages 16 ", 16" are used and in a final cycle a constant voltage 16 "" is used again. The voltage levels U1, U2, U3 can be the same (FIG. 18) or different.
Figur 19 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier werden im Anfangszyklus gepulste Spannungen 16', 16'' mit der Spannung Ul verwendet.FIG. 19 shows a further embodiment of the invention. Here, in the initial cycle, pulsed voltages 16 ', 16 "are used with the voltage Ul.
In einem Zwischenzyklus wird eine konstante Spannung 16''' = U2 angelegt, wobei in einem Endzyklus wiederum gepulste Spannungen U3 mit den Spannungspulsen 16'''', 16''''' verwendet werden.In an intermediate cycle, a constant voltage 16 '' '= U2 is applied, wherein in an end cycle again pulsed voltages U3 with the voltage pulses 16' '' ', 16' '' '' are used.
Die Spannungen der gepulsten Spannung oder der konstanten Spannung Ul, U2 und U3 können gleich (Fig. 19) oder verschieden sein.The voltages of the pulsed voltage or the constant voltage Ul, U2 and U3 may be the same (Fig. 19) or different.
In den Figuren 3 bis 19 ist mit dem Bezugszeichen B eine mögliche Zwischenbehandlung gekennzeichnet, bei der das Bauteil nicht elektrolytisch behandelt wird, sondern aus der elektrolytischen Behandlung herausgenommen und insbesondere gespült wird und einem anderen Abtragungsverfahren unterzogen wird.In FIGS. 3 to 19, the reference symbol B indicates a possible intermediate treatment in which the component is not treated electrolytically, but is removed from the electrolytic treatment and, in particular, rinsed and subjected to another removal process.
Dies ist insbesondere ein mechanisch wirkendes Abtragungsverfahren, insbesondere Sandstrahlen. Vorzugsweise wird immer am Ende des elektrolytischen Verfahrens eine Sandstrahlreinigung vorgenommen .This is in particular a mechanically acting removal method, in particular sandblasting. Preferably always on End of the electrolytic process made a sand blast cleaning.
Vorzugsweise findet die mechanisch wirkende Behandlung dann statt, wenn der Übergang von gepulster Spannung zu konstanter Spannung oder von konstanter Spannung zu gepulster Spannung erfolgen soll.The mechanically acting treatment preferably takes place when the transition from pulsed voltage to constant voltage or from constant voltage to pulsed voltage is to take place.
Vorzugsweise findet die mechanisch wirkende Behandlung dann statt, wenn die Spannung reduziert wird (siehe Figur 3, Figur 5, Figur 7, Figur 8, Figur 10, Figur 11, Figur 12, Figur 14 oder Figur 15) .Preferably, the mechanically acting treatment takes place when the voltage is reduced (see Figure 3, Figure 5, Figure 7, Figure 8, Figure 10, Figure 11, Figure 12, Figure 14 or Figure 15).
Werden nur gepulste Spannungen verwendet, die kontinuierlich abnehmen (Figur 5) , so kann an beliebiger Stelle das Verfah- ren unterbrochen werden, um die mechanisch wirkende Behandlung durchzufuhren.If only pulsed voltages are used which decrease continuously (FIG. 5), the process can be interrupted at any desired point in order to carry out the mechanically acting treatment.
Die Figur 20 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Langsteilschnitt.FIG. 20 shows by way of example a gas turbine 100 in a long partial section.
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenlaufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehause 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartigeThe gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner. Along the rotor 103 follow one another Ansauggehause 104, a compressor 105, for example, a torus-like
Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehause 109. Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.Combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust gas housing 109. The annular combustion chamber 110 communicates with an example annular hot gas channel 111. There, for example, four successively connected turbine stages 112 form the turbine 108th
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Stromungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125. Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind. An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. In the direction of flow of a working medium 113, a series of guide vanes 115 follows a series of vanes 120 in the hot gas duct 111 of a row of vanes 115. The guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example. Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und ver- dichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.During operation of the gas turbine 100, air 105 is sucked in by the compressor 105 through the intake housing 104 and compressed. The compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel. The mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110. From there, the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120. On the rotor blades 120, the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet.The components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100. The guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110.
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden. Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) . Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Super- legierungen verwendet. Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierungen Teil der Offenbarung.To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant. Likewise, substrates of the components can have a directional structure, ie they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure). As the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110, for example, iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used. Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloys.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt .The vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner housing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane foot. The vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
Die Figur 21 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Lauf- schaufei 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.FIG. 21 shows a perspective view of a rotor blade 120 or guide blade 130 of a turbomachine that extends along a longitudinal axis 121.
Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampf- turbine oder ein Kompressor sein.The turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for electricity generation, a steam turbine or a compressor.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.The blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 consecutively a fastening region 400, a blade platform 403 adjacent thereto and an airfoil 406 and a blade tip 415.
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt) .As a guide blade 130, the blade 130 may have at its blade tip 415 another platform (not shown).
Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) . Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwal- benschwanzfuß sind möglich. Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeistromt, eine Anstromkante 409 und eine Ab- stromkante 412 auf.In the mounting region 400, a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown). The blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as fir tree or Schwäbwschwanzfuß are possible. The blade 120, 130 has a flow-on edge 409 and a downstream edge 412 for a medium that flows past the blade 406.
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet . Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil der Offenbarung. Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedever- fahren, durch ein Frasverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.In conventional blades 120, 130, for example, solid metallic materials, in particular superalloys, are used in all regions 400, 403, 406 of the blade 120, 130. Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloy. The blade 120, 130 can hereby be produced by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
Werkstucke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.Single-crystalline structures or structures are used as components for machines that are subject to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstucken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flussige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstuck, oder gerichtet erstarrt. Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Warmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stangelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Korner, die über die ganze Lange des Werkstuckes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstuck besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Er- starrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbil- den, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen. Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures) .The production of such monocrystalline workpieces, for example, by directed solidification from the melt. These are casting processes in which the liquid metallic alloy solidifies to a monocrystalline structure, ie to a single-crystalline workpiece, or directionally. Here, dendritic crystals are aligned along the warm flow and form either a prismatic crystalline grain structure (columnar, ie grains that run the entire length of the workpiece and here, in common usage, are referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, ie the whole The work consists of a single crystal. In these processes, one must avoid the transition to globulitic (polycrystalline) solidification since non-directional growth necessarily involves transverse and longitudinal grain boundaries. those which negate the good properties of the directionally solidified or monocrystalline component. The term generally refers to directionally solidified microstructures, which means both single crystals that have no grain boundaries or at most small angle grain boundaries, and stem crystal structures that have probably longitudinal grain boundaries but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures.
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 Al bekannt; diese Schriften sind bzgl. des Erstarrungsverfahrens Teil der Offenbarung.Such methods are known from US Pat. No. 6,024,792 and EP 0 892 090 A1; these writings are part of the revelation regarding the solidification process.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegenSimilarly, the blades 120, 130 coatings against
Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) ) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen. Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte.Have corrosion or oxidation, z. M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)). Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy. The density is preferably 95% of the theoretical density.
Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) .A protective aluminum oxide layer (TGO = thermal grown oxide layer) is formed on the MCrAlX layer (as an intermediate layer or as the outermost layer).
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teil¬ weise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht . Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially ¬ or fully stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide. The thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer. Suitable coating processes, such as electron beam evaporation (EB-PVD), produce stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphäri- sches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht.Other coating methods are conceivable, e.g. Atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD. The thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance. The thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer.
Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.The blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.
Die Figur 22 zeigt eine Brennkammer 110 der Gasturbine 100. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordnetenFIG. 22 shows a combustion chamber 110 of the gas turbine 100. The combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a multiplicity of windings are arranged around an axis of rotation 102 in the circumferential direction
Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.Burners 107 open into a common combustion chamber space 154, the flames 156 produce. For this purpose, the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.
Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 10000C bis 16000C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebs- parametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.To achieve a comparatively high efficiency, the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C. to 1600 ° C. In order to enable a comparatively long service life for these operating parameters, which are unfavorable for the materials, the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M with an inner lining formed from heat shield elements 155.
Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der BrennkammerDue to the high temperatures inside the combustion chamber
110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitze- Schildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf.110 may also be provided for the heat shield elements 155 and for their holding elements, a cooling system. The heat- Shield elements 155 are then hollow, for example, and possibly still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154.
Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeits- mediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt. Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen.Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working fluid side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks). These protective layers may be similar to the turbine blades, so for example MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf). Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollstän¬ dig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.On the MCrAlX may still be present, for example, a ceramic thermal barrier coating and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or fully ¬ dig stabilized by yttrium and / or calcium oxide and / or magnesium oxide. Suitable coating processes, such as electron beam evaporation (EB-PVD), produce stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme- dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.Other coating methods are conceivable, e.g. atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD. The heat-insulating layer may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Turbinenschaufeln 120, 130, Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Ein- satz gegebenenfalls von Schutzschichten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens befreit werden müssen. Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in der Turbinenschaufel 120, 130 oder dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Turbinenschaufeln 120, 130, Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Turbinenschaufeln 120, 130 oder der Hitzeschildelemente 155. Refurbishment means that turbine blades 120, 130, heat shield elements 155 must, if appropriate, be freed from protective layers by means of the method according to the invention after they have been used. This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, cracks in the turbine blade 120, 130 or the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a re-coating of the turbine blades 120, 130, heat shield elements 155 and a renewed use of the turbine blades 120, 130 or the heat shield elements 155.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur elektrolytischen Bearbeitung eines Bauteils (1, 120, 130, 155), bei dem zumindest teilweise gepulste Spannungen (U) verwendet werden,1. A process for the electrolytic treatment of a component (1, 120, 130, 155), in which at least partially pulsed voltages (U) are used,
dadurch gekennzeichnet,characterized,
dass optional konstante Spannungen (16', 16'', 16''', ...) verwenden werden und dass die Höhe der Spannungen (U) der Spannungspulse (16',in that optionally constant voltages (16 ', 16' ', 16' '', ...) are used and that the magnitude of the voltages (U) of the voltage pulses (16 ',
16'', 16''', ...) oder der konstanten Spannungen (16', 16'', 16' ' ', ...) während der elektrolytischen Bearbeitung mit der16 '', 16 '' ', ...) or the constant voltages (16', 16 '', 16 '' ', ...) during the electrolytic machining with the
Zeit (t) entweder nur zu- oder nur abnehmen.Time (t) either only increasing or decreasing.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass2. The method according to claim 1, characterized in that
die Zu- oder Abnahme der Höhe der Spannungen (U) der Spannungspulse (16', 16'', 16''', ...) oder der konstanten Spannungen (16', 16'', 16''', ...) kontinuierlich erfolgt.the increase or decrease in the magnitude of the voltages (U) of the voltage pulses (16 ', 16' ', 16' '', ...) or of the constant voltages (16 ', 16' ', 16' '', .. .) continuously.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass3. The method according to claim 1, characterized in that
die Zu- oder Abnahme der Höhe der Spannungen (U) der Spannungspulse (16', 16'', 16''', ...) oder der konstanten Spannungen (16', 16'', 16''', ...) diskontinuierlich erfolgt. the increase or decrease in the magnitude of the voltages (U) of the voltage pulses (16 ', 16'',16''', ...) or of the constant voltages (16 ', 16'',16''', .. .) Discontinuously.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that
die Spannungen (U) nur gepulst werdenthe voltages (U) are only pulsed
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass5. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that
gepulste und konstante Spannungen (U) verwendet werdenpulsed and constant voltages (U) can be used
6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass6. The method according to claim 3, 4 or 5, characterized in that
zwei diskrete Spannungen für die Spannungspulse (16', 16'', 16''', ...) und/oder die konstante Spannung (16', 16'', 16''', ...) verwendet werden.two discrete voltages for the voltage pulses (16 ', 16' ', 16' '', ...) and / or the constant voltage (16 ', 16' ', 16' '', ...) can be used.
7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass7. The method of claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, characterized in that
durch die elektrolytische Bearbeitung Material von einem Bauteil (1, 120, 130, 155) oder von einem Schichtsystem (1, 120, 130, 155) abgetragen wird.by the electrolytic machining material from a component (1, 120, 130, 155) or from a layer system (1, 120, 130, 155) is removed.
8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass8. The method of claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, characterized in that
durch die elektrolytische Bearbeitung Material auf ein Bauteil (1, 120, 130, 155) oder ein Schichtsystem (1, 120, 130, 155) aufgetragen wird. by electrolytic machining material on a component (1, 120, 130, 155) or a layer system (1, 120, 130, 155) is applied.
9. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,9. The method according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8, characterized
dass ein zu entfernender Bereich (7, 13) des Bauteils (1, 120, 130, 155) oder eines Schichtsystems (1, 120, 130, 155) oder ein aufzutragender Bereich auf ein Bauteil (1, 120, 130, 155) oder auf ein Schichtsystem (1, 120, 130, 155) mehrere chemische Elemente und einen Konzentrationsgradienten (23) in der Zusammensetzung aufweist und dass Zu- oder Abnahme der Höhe der Spannungen (U) an den Konzentrationsgradienten (23) angepasst wird.a region (7, 13) of the component (1, 120, 130, 155) or a layer system (1, 120, 130, 155) to be removed or a region to be applied to a component (1, 120, 130, 155) or on a layer system (1, 120, 130, 155) has a plurality of chemical elements and a concentration gradient (23) in the composition and that the increase or decrease in the level of the voltages (U) is adapted to the concentration gradient (23).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,10. The method according to claim 9, characterized
dass die Konzentration (c) zumindest eines Elements in einer Richtung (22) des abzutragenden Bereichs (7, 13) oder aufzutragenden Bereichs ansteigt und dass die Höhe der Spannung (U) mit der Zeit (t) abnimmtin that the concentration (c) of at least one element increases in a direction (22) of the region (7, 13) or region to be ablated and in that the height of the voltage (U) decreases with time (t)
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,11. The method according to claim 9, characterized
dass die Konzentration (c) zumindest eines Elements in einer Richtung (22) eines abzutragenden Bereichs (7, 13) oder aufzutragenden Bereichs ansteigt und dass die Höhe der Spannung (U) mit der Zeit (t) zunimmt.the concentration (c) of at least one element increases in a direction (22) of a region (7, 13) or region to be ablated and in that the height of the voltage (U) increases with time (t).
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration (c) zumindest eines Elements in einer Richtung (22) des aufzutragenden oder abzutragenden Bereichs (7, 13) abnimmt und dass die Höhe der Spannung (U) mit der Zeit (t) abnimmt. 12. The method according to claim 9, characterized in that the concentration (c) of at least one element in a direction (22) of the area to be applied or ablated (7, 13) decreases and that the height of the voltage (U) with time (t ) decreases.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,13. The method according to claim 9, characterized
dass die Konzentration (c) zumindest eines Elements in einer Richtung (22) des aufzutragenden oder abzutragenden Bereichs (7, 13) abnimmt und dass die Höhe der Spannung (U) mit der Zeit (t) zunimmt.that the concentration (c) of at least one element decreases in a direction (22) of the area (7, 13) to be applied or removed, and that the height of the voltage (U) increases with time (t).
14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass14. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that
die Pulsdauern (d1, d'1, d' '',...) der Spannungspulse (16', 16'', 16''', ...) mit der Zeit (t) variieren.the pulse durations (d 1 , d ' 1 , d''', ...) of the voltage pulses (16 ', 16'',16''', ...) vary with time (t).
15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass15. The method according to one or more of the preceding claims 1 to 13, characterized in that
die Pulsdauern (d', d'', d'1', ...) der Spannungspulse (16', 16'', ...) mit der Zeit (t) konstant bleiben.the pulse durations (d ', d'',d' 1 ', ...) of the voltage pulses (16', 16 '', ...) remain constant with time (t).
16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass16. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that
die Pulspausen (p', p'', p'1') zwischen den Spannungspulsen (16', 16'', 16''', ...) mit der Zeit (t) variieren. the pulse pauses (p ', p'',p' 1 ') between the voltage pulses (16', 16 '', 16 ''', ...) vary with time (t).
17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass17. The method according to one or more of the preceding claims 1 to 15, characterized in that
die Pulspausen (p1, p'1, p'1', ...) zwischen den Spannungspulsen (16', 16'') mit der Zeit (t) konstant bleiben.the pulse pauses (p 1 , p ' 1 , p' 1 ', ...) between the voltage pulses (16', 16 '') remain constant over time (t).
18. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass18. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that
den Spannungspulsen (16', 16'', 16''', ...) eine Offset- Spannung überlagert ist.the voltage pulses (16 ', 16' ', 16' '', ...) an offset voltage is superimposed.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass19. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that
zwischen den Spannungspulsen (16', 16'', 16'"', ...) Span- nungspulse mit umgekehrtem Potential verwendet werden.between the voltage pulses (16 ', 16' ', 16' '', ...) voltage pulses are used with reverse potential.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen20. Method according to one or more of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,Claims, characterized
dass in einem Anfangszyklus gepulste Spannungen (16',that in an initial cycle pulsed voltages (16 ',
16 ' ' , 16 ' ' ' , ...) und dass in einem Endzyklus eine konstante Spannung (16'',16 '', 16 '' ', ...) and that in a final cycle a constant voltage (16' ',
16' ' ', ...) verwendet werden. 16 ''', ...) are used.
21. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet,21. The method according to one or more of the preceding claims 1 to 19, characterized
dass in einem Anfangszyklus eine konstante Spannung (16 und dass in einem Endzyklus gepulste Spannungen (16' ', 16''', ...) verwendet werden.that in an initial cycle a constant voltage (16 and that in an end cycle pulsed voltages (16 '', 16 '' ', ...) are used.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet,22. The method according to one or more of the preceding claims 1 to 19, characterized
dass in einem Anfangszyklus gepulste Spannungen (16', 16 ' ' , 16 ' ' ' , ...) und dass in einem Zwischenzyklus eine konstante Spannung (16' ' , 16' ' ' , ...) und dass in einem Endzyklus gepulste Spannungen (16 verwendet werden.that in an initial cycle pulsed voltages (16 ', 16' ', 16' '', ...) and that in an intermediate cycle a constant voltage (16 '', 16 '' ', ...) and that in an end cycle pulsed voltages (16 can be used.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet,23. The method according to one or more of the preceding claims 1 to 19, characterized
dass in einem Anfangszyklus eine konstante Spannung (16'), dass in einem Zwischenzyklus gepulste Spannungen (16'', 16' ' ', ...) verwendet werden, dass in einem Endzyklus eine konstante Spannung (16''', ...) verwendet wird.that in an initial cycle a constant voltage (16 '), that in an intermediate cycle pulsed voltages (16' ', 16' '', ...) are used, that in a final cycle a constant voltage (16 '' ', .. .) is used.
24. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass24. The method according to claim 7, characterized in that
das Verfahren zur elektrolytischen Entfernung einer MCrAlX-Schicht, insbesondere nach dem Einsatz einer MCrAlX-Schicht, verwendet wird. the process for the electrolytic removal of a MCrAlX layer, in particular after the use of a MCrAlX layer, is used.
25. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass25. The method according to one or more of claims 20 to 24, characterized in that
nach dem Anfangszyklus mit den gepulsten Spannungen (16', 16'', 16''', ...) oder der konstanten Spannung (16', 16'', 16''', ...) eine mechanisch wirkende abrasive Behandlung mit dem Bauteil (1, 120, 130, 155) durchgeführt wird.after the initial cycle with the pulsed voltages (16 ', 16' ', 16' '', ...) or the constant voltage (16 ', 16' ', 16' '', ...) a mechanically acting abrasive treatment with the component (1, 120, 130, 155) is performed.
26. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass26. The method according to one or more of claims 20 to 25, characterized in that
zwischen dem Zwischenzyklus und dem Endzyklus eine mechanisch wirkende abrasive Behandlung mit dem Bauteil (1, 120, 130, 155) durchgeführt wird.between the intermediate cycle and the end cycle, a mechanically acting abrasive treatment with the component (1, 120, 130, 155) is performed.
27. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis27. The method according to one or more of claims 20 to
26, dadurch gekennzeichnet, dass26, characterized in that
vor dem Anfangszyklus eine mechanisch wirkende abrasive Behandlung mit dem Bauteil (1, 120, 130, 155) durchgeführt wird.before the initial cycle, a mechanically acting abrasive treatment with the component (1, 120, 130, 155) is performed.
28. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis28. The method according to one or more of claims 20 to
27, dadurch gekennzeichnet, dass27, characterized in that
nach dem Endzyklus eine mechanisch wirkende abrasive Be- handlung mit dem Bauteil (1, 120, 130, 155) durchgeführt wird. after the end cycle a mechanically acting abrasive treatment with the component (1, 120, 130, 155) is carried out.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass9. The method according to one or more of claims 25 to 28, characterized in that
das Sandstrahlen als mechanisch abrasiv wirkendes Behandlungsverfahren verwendet wird. the sandblasting is used as a mechanically abrasive treatment method.
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