DE2534584A1

DE2534584A1 - Verfahren zum entfernen von eindiffundierten aluminiumueberzuegen von einem bauteil

Info

Publication number: DE2534584A1
Application number: DE19752534584
Authority: DE
Inventors: Maurice Fisher; Michael Kruger; Terence Walter Maber
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1975-08-07
Filing date: 1975-08-02
Publication date: 1976-02-26
Also published as: IT1040265B; FR2281439A1; JPS5141641A; FR2281439B1; GB1498423A; JPS5430648B2; US4032359A

Description

WTa ir^r α ι,τ

DIPL. ING. K. HOLZEB SO AUGSBURG

PHIUPPIVB-WBLSBR-8TRA88B M nunv, »1*7«

R.

Augsburg, den 1. August 1975

Rolls-Royce (1971) Limited, Norfolk House, St. James's Square,

London, England

Verfahren zum Entfernen von eindiffundierten Aluminiumüberzügen

von einem Bauteil

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von eindiffundierten Aluminiumüberzügen von einem aus einer Nickelbasis- oder Kobaltbasis-Hochtemperaturlegierung hergestellten Bauteil.

Es ist bekannt, Bauteile, wie beispielsweise Turbinen-

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schaufeln für Gasturbinentriebwerke, welche aus einer hitzebeständigen Legierung auf Nickel- oder Kobaltbasis hergestellt sind, mit einem aluminiumreichen überzug zum Zwecke der Verbesserung der Oxydations- und Schwefelbeständigkeit der Legierung bei hohen Temperaturen zu versehen. Wenn diese Bauteile eine gewisse Zeit in Gebrauch waren, ist es notwendig, diesen überzug wieder zu entfernen. Beispielsweise kann der überzug beschädigt oder teilweise erodiert sein und muß vor dem Aufbringen eines neuen Überzugs entfernt werden. Es kann auch wünschenswert sein, das Substratmaterial zum Zwecke der Prüfung, beispielsweise der Peststellung von Qberflächenrissen zugänglich zu machen. Die Entfernung des Überzugs kann durch chemische Einwirkung erfolgen.

Die Beständigkeit des Aluminiums des Überzugs gegen solche chemische Einwirkungen ist klein im Vergleich zu derjenigen des Sübstratmaterials und es sind Mittel verfügbar, welche eine Schicht aus reinem Aluminium leicht von der Oberfläche einer Nickelbasis- oder Kob alt b as isle gierung entfernen können, ohne den Substratwerkstoff anzugreifen. In denjenigen Fällen jedoch, in welchen das Aluminium mittels eines Diffusionsverfahrens aufgebracht worden ist, ist es schwierig, das Aluminium zu entfernen, ohne den Substrat-

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werkstoff anzugreifen. Diese Schwierigkeit ergibt sich im wesentlichen aus der innigen gegenseitigen Durchdringung des Aluminiums und des Substratmaterials während der Diffusion. Außerdem bilden das Aluminium und gewisse Bestandteile des Substratwerkstoffes Aluminiumverbindungen, die eine verhältnismäßig hohe Beständigkeit aufweisen. Insbesondere verringert sich die Konzentration des Aluminiums in den Aluminiumverbindungen zum Inneren des betreffenden Bauteils hin und die Beständigkeit gegen die genannten chemischen Einwirkungen erhöht sich entsprechend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entfernung von eindiffundierten Aluminiumüberzügen derart zu verbessern, daß die eben genannten Schwierigkeiten verringert oder überwunden werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bauteil in eine Lösung eingetaucht wird, die folgende volumenmäßige Zusammensetzung aufweist:

Salpetersäure 50 % bis 70 %

Schwefelsäure 30 % bis 50 St.

Vorzugsweise setzt sich die Lösung volumenmäßig folgender-

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maßen zus aminen:

Salpetersäure 50 % bis 70 %

Schwefelsäure 25 % bis 35 %

Wasser Rest (falls vorhanden).

Die beschriebenen Lösungen wirken im Sinne einer Entfernung von Aluminium mit vernünftiger Schnelligkeit und die Einwirkung der Lösungen hört bei praktischen Anwendungen auf, wenn die Konzentration des diffundierten Aluminiums Werte erreicht hat, welche für gewisse Zwecke, beispielsweise die Vorbereitung des betreffenden Bauteils für einen neuen Aluminiumüberzug, unwesentlich sind.

Diese Lösungen weisen folglich eine annehmbar schnelle Wirkung und einen ausgeprägten Einwirkungsendpunkt auf. Dies ist vom Gesichtspunkt der praktischen Verfahrenssteuerung her sehr wünschenswert. Sollte es vorkommen, daß das Bauteil länger als notwendig in der Lösung belassen wird, so findet kein Angriff auf das Substrat statt und es wird kein Schaden angerichtet.

Jedoch verhindert der sehr kleine Anteil von Aluminiumverbindungen, die zurückgeblieben sein können, den Zugang zum

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reinen Substratwerkstoff, der für eine metallurgische Prüfung erforderlich sein kann. Falls derartige Prüfungen erforderlich sind, ist gemäß der Erfindung der weitere Verfahrensschritt des Eintauchens des Bauteils in eine Lösung vorgesehen, welche sich volumenmäßig im wesentlichen folgendermaßen zusammensetzt:

Eisenchloridlösung 75 % bis 90 %

Schwefelsäure 5 ? bis 20 ί

Fluorwasserstoffsäure 3 % bis 7 %

Die gemäß diesem weiteren Verfahrensschritt verwendeten Lösungen sind in der Lage, das Substratmaterial anzugreifen, jedoch braucht diese Lösung nur während eines kurzen Zeitraums, beispielsweise 10 Minuten bis 15 Minuten, in Vergleich zur Einwirkungsdauer von etwa einer Stunde für den erstgenannten Verfahrensschritt einzuwirken, und die Steuerung ist entsprechend leichter.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachstehend näher beschrieben.

Bei dem betreffenden Bauteil handelt es sich um eine Turbinenschaufel eines Gasturbinentriebwerks, welche aus einer Ni cke Ib as is Ie gierung hergestellt ist, die sich in

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Gewichtsprozenten im wesentlichen folgendermaßen zusammensetzt:

Kobalt 14,5 % bis 16 %

Molybdän 2,7 % bis 3,5 %

Aluminium 5,0 % bis 5,9 Ü

Titan 4,7 % bis 5,6 %

Chrom 9,5 Jt bis 10,5 *

Nickel Rest

Dieses Bauteil weist einen aluminiumreichen überzug auf, d.h. einen überzug, dessen Aluminiumgehalt beträchtlich höher als derjenige der Bas is legierung ist. Der überzug wird mittels eines Öberflächendiffusionsverfahrens aufgebracht, welches das Einsetzen des Bauteils in ein Pulvergemisch mit 85 % Aluminiumoxyd, 14 % Aluminium und 1 % Ammoniumbromid und das Erwärmen dieser Anordnung auf eine Temperatur von 95O°C bis 1000⁰C während einer bestimmten Zeitspanne enthält, um einen Überzug zu erzeugen, der bis zu 30 % Aluminium hauptsächlich in Form einer Nickel-Aluminium-Verbindung enthält. Dieses überzugsverfahren ist aus der GB-PS 1 003 222 bekannt. Die Dicke des Überzugs wächst beim nachfolgenden Betrieb des Bauteils in einem Gasturbinentriebwerk bei Temperaturen von 800⁰C bis 900⁰C und liegt

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gewöhnlich im Bereich von 0,025 mm bis 0,063 mm.

Nach einer gewissen Gebrauchszeit muß der überzug entfernt werden, beispielsweise zum Zwecke der Erneuerung des Überzugs, der ganz oder teilweise erodiert ist, oder zum Zwecke der Prüfung des Bauteils auf Oberflächenrisse des Substratwerkstoffs.

Zur Entfernung des Überzugs wird das Bauteil in eine Lösung eingetaucht, welche sich volumenmäßig folgendermaßen zusammensetzt:

Salpetersäure 57 % (spezifisches Gewicht 1,42)

Schwefelsäure 29 % (spezifisches Gewicht 1,84)

Wasser 14 %

Die Lösung wird auf einer Temperatur von 85⁰C +^ 5°C gehalten.

Die notwendige Eintauchdauer zur Entfernung eines etwa 0,063 nun dicken Überzugs beträgt eine Stunde. Da der Aluminiumgehalt an der Oberfläche des Überzugs am höchsten und an der Grenzfläche mit dem Substratwerkstoff am geringsten

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ist, nimmt die Lösungsgeschwindigkeit mit zunehmender Auflösung des Überzugs ab. Bei Erreichen des Substratwerkstoffes wird die Lösungsgeschwindigkeit für praktische Zwecke gleich Null. Versuche haben gezeigt, daß die Geschwindigkeit, mit welcher die reine Basislegierung durch die beispielsweise genannte Lösung aufgelöst wird, im Bereich von 0,002 mm pro Stunde liegt. Polglich tritt keine wesentliche Beschädigung ein, wenn die Zeitdauer von einer Stunde zufällig überschritten wird oder wenn die Lösung mit einem nicht überzogenen Oberflächenbereich des Bauteils in Berührung kommt. Das Verfahren ist jedoch temperaturempfindlich und oberhalb von etwa 95°C tritt ein bemerkenswerter Angriff auf das Substrat und außerdem eine Zersetzung der Säuren ein.

Das Problem der Vermeidung eines chemischen Angriffs auf das Basismetall gilt auch für irgendwelche Lötverbindungen, die bei dem Bauteil vorhanden sein können. Beim vorliegenden Beispiel konnte bei Verwendung der obigen Lösung und Eintauchdauer und bei Verwendung eines Nickelbasis-Lötmaterials für die Lötverbindungen bei einer nachfolgenden met al Io grafischen Prüfung kein wesentlicher Angriff auf die Lötverbindungen festgestellt werden. Das Nickelbasis-

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Lötmaterial kann in Gewichtsprozent im wesentlichen folgendermaßen zusammengesetzt sein:

Bor 3,0 %

Silizium 4,5 %

Kohlenstoff maximal 0,006 %

Nickel Rest.

Eine alternative Zusammensetzung eines für den vorliegenden Zweck geeigneten Lötmaterials weist im wesentlichen in Gewichtsprozent folgende Bestandteile auf:

Bor	2,5 %
Silizium	3,5 %
Kohlenstoff	0,006 %
Chrom	10 %
Wolfram	12 %
Eisen	3,5 %
Nickel	Rest.

Nach der genannten einstündigen Eintauchdauer des Bauteils wird das Bauteil abgespült, mit einer weichen Bürste gebürstet und an der Luft getrocknet. Schließlich

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wird das Bauteil, falls erforderlich, geätzt, um die Kornstruktur des Substratwerkstoffes, beispielsweise für eine metallurgische Prüfung, freizulegen. Die Ätzlösung, welche in der Lage ist, Reste des Überzugs, d.h. nickelreiche Aluminiumverbindungen, aufzulösen, kann sich volumenmäßig folgendermaßen zusammensetzen:

Eisenchloridlösung 85 % (spezifisches Gewicht 1,3) Schwefelsäure 10 % (spezifisches Gewicht 1,84)

Fluorwasserstoffsäure 5 % (60 % W/W)

Die Ätzlösung weist Raumtemperatur auf und die Eintauchdauer beträgt bis zu 15 Minuten. Lötverbindungen werden durch eine Schutzmaske geschützt.

Das obige Beispiel ist in gleicher Weise bei einer Kobaltb as is Ie gierung anwendbar, die sich in Gewichtsprozent im wesentlichen folgendermaßen zusammensetzt:

Kohlenstoff 0,4 % bis 0,5 %

Chrom 20 % bis 25 %

Nickel 8 % bis 12 %

Wolfram 6 % bis 8 %

Eisen 1 % bis 2 %

Kobalt Rest.

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Claims

Patentansprüche

!.,Verfahren zum Entfernen von eindiffundierten Aluminiumüberzügen von einem aus einer Nickelbasis- oder Kobaltbasis-Hochtemperaturlegierung hergestellten Bauteil, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil in eine Lösung eingetaucht wird, die folgende volumenmäßige Zusammensetzung aufweist:

Salpetersäure 50 % bis 70 %

Schwefelsäure 30 % bis 50 %,
2. Verfahren zum Entfernen von eindiffundierten Aluminiumüberzügen von einem aus einer Nickelbasis- oder Kobaltbasis-Hochtemperaturlegierung hergestellten Bauteil, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil in eine Lösung eingetaucht wird, die folgende volumenmäßige Zusammensetzung aufweist:

Salpetersäure 50 % bis 70 %

Schwefelsäure 25 % bis 50 %

Wasser Rest (falls vorhanden).

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2 5 3 4 5 β
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung einen Schwefelsäuregehalt von 25 % bis 35 % aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Lösung volumenmäßig im wesentlichen folgendermaßen zusammensetzt:

Salpetersäure 50 % bis 60 %

Schwefelsäure 25 % bis 30 %

Wasser Rest.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil nach einer bestimmten Einwirkungszeit aus der genannten Lösung herausgenommen und in einem weiteren Verfahrensschritt in eine weitere Lösung eingetaucht wird, die sich volumenmäßig im wesentlichen folgendermaßen zusammensetzt:

EisenehloridlÖBung 75 % bis 90 %

Schwefelsäure 5 % bis 20 %

Fluorwasserstoffsäure 3 % bis 7 %.

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