VERFAHREN ZUM ENTFERNEN EINER SCHICHT VON EINER OBERFLÄCHE EINES KÖRPERS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer Schicht aus wenigstens einem ersten Material von einer Oberfläche eines Körpers aus wenigstens einem zweiten Material gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie in der Druckschrift EP 0 492 323 A1 beschrieben. Beispiele für solche Körper sind Bauteile von Maschinen oder Geräten, deren Oberfläche häufig mit einer Beschichtung aus einem anderen Material, wie beispielsweise aus einem Lack oder einer ähnlichen Schutzschicht, versehen sind. Eine besonders bevorzugte Verwendung betrifft Bauteile von Flugzeugtriebwerken, insbesondere Komponenten, etwa umströmte Profile wie zum Beispiel Lauf- oder Leitschaufeln bzw. -gitter. Beispiele für solche Schichten sind insbesondere Wärmedämmschichten bzw. Keramikschichten, beispielsweise Beschichtungen, die ZrO₂ oder Al₂O₃ enthalten, insbesondere fehlerhafte Beschichtungen, auf neu hergestellten oder zu reparierenden Bauteilen.

[0002] Üblicherweise werden hierzu bisher Schleifverfahren verwendet, bei denen Schleifmittel manuell oder mit Hilfe von Schleifmaschinen zur Bearbeitung der Oberfläche verwendet werden. Bei anderen Verfahren kommen chemische Reinigungs- oder Ätzmittel zum Einsatz, mit deren Hilfe die abzutragende Schicht angegriffen und abgelöst wird. Insbesondere Wärmedämmschichten bzw. Keramikschichten werden häufig mittels Hochdruckwasserstrahlen, insbesondere auch in Kombination mit KOH-Lauge entfernt. Derartige Verfahren sind häufig recht aufwendig, mit dem Einsatz kostspieliger Geräte oder mit einer unerwünschten Veränderung der Haftschicht verbunden.

[0003] Aus der DE 10 2008 014 726 A1 ist ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Kugelstrahlbehandlung integral beschaufelter Rotoren bekannt. Dabei kann es jedoch zu einer Schädigung der Haftschicht, also der Oberflächenschicht, auf der die zu entfernende Schicht haftet, oder des Körpers aus dem zweiten Material, dem Grundwerkstoff, kommen.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Entfernen einer Schicht von einer Oberfläche eines Körpers zu verbessern.

[0005] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0006] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Körper, dessen Oberfläche von einer Schicht befreit werden soll, einem Druckstrahl aus wenigstens einem Strahlmittel aus, insbesondere sphärischen, Partikeln auszusetzen, wobei der Druckstrahl während der gesamten Beaufschlagungszeit oder wenigstens in einem Teil dieser Zeit eine Almenintensität aufweist, die höchstens 0,35 mm Almen A, vorzugsweise höchstens 0,3 mm Almen A und besonders bevorzugt höchstens 0,25 mm Almen A aufweist. Der Druckstrahl enthält neben einem Strahlmittel aus Partikeln, die vorzugsweise aus einem chemisch wenig reaktiven Material bestehen, wenigstens zeitweise noch wenigstens eine weitere Substanz enthält, die mit wenigstens einer Materialkomponente der zu entfernenden Schicht chemisch reagiert. Bei diesen chemisch reaktionsfähigen Materialien handelt es sich vorzugsweise um Laugen aus einem Alkalihydroxid, beispielsweise Kaliumhydroxid (KOH).

[0007] Erfindungsgemäß wird somit gegenüber dem bekannten Stand der Technik ein Niedrigenergie-Ermüdungsstrahlen, insbesondere zum Entfernen von Wärmedämm- und/oder Keramikschichten, für Komponenten eines Flugzeugtriebwerks wie Leit- oder Laufgitter, insbesondere einer Turbine oder Turbinenstufe, vorgeschlagen. Das Verfahren kann gleichermaßen zur Reparatur solcher Komponenten als auch zur Entfernung von Beschichtungen, bei der Neuherstellung verwendet werden.

[0008] Vorzugsweise beträgt die Almenintensität des Druckstrahls während der gesamten Beaufschlagungszeit oder wenigstens in einem Teil dieser Zeit wenigstens 0,005 mm Almen N, vorzugsweise wenigstens 0,01 mm Almen N und besonders bevorzugt wenigstens 0,05 mm Almen N.

[0009] Die Almenintensität ist ein quantitatives Maß für Strahlprozesse, insbesondere Kugelstrahlprozesse. Hierzu wird die Verformung, die der Strahlprozess in einer Probe, insbesondere einem Streifen aus SAE1070 Federstahl ("Almenstreifen") bei Bestrahlung aus 90 mm, hervorruft, insbesondere die Durchbiegung infolge der durch den Strahlprozess in der einseitig bestrahlten Probe eingeprägten Druckeigenspannungen, insbesondere die (maximale) Bogenhöhe des Almenstreifens, bestimmt. Dabei kann die Probe für eine definierte Zeit oder bis der Sättigungspunkt erreicht ist bestrahlt werden. Dieser ist definiert als die Durchbiegung, welche bei Verdopplung der Strahldauer nur noch um 10% zunimmt. Die Verformung kann auf die Wandstärke des verwendeten Almenstreifens bezogen werden. Diese beträgt bei N etwa 0,79 mm (0,031") und bei A etwa 1,29 mm (0,051").

[0010] Das erste Material kann auch mit dem zweiten Material ganz oder teilweise, insbesondere chemisch oder physikalisch, identisch sein. Die Partikel sind vorzugsweise sphärisch, müssen diesbezüglich jedoch nicht exakt kegelförmig sein; es genügt auch eine annähernd sphärische Form der Partikel.

[0011] Vorzugsweise wird dabei der Körper dem Druckstrahl nur solange ausgesetzt, bis die zu entfernende Schicht zu einem gewünschten Grad abgetragen ist. Bei einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung wird der Körper dem Druckstrahl auch dann noch ausgesetzt, wenn die zu entfernende Schicht mit dem gewünschten Grad abgetragen ist, und zwar solange, bis die Oberfläche des Körpers an Stellen, an denen sie dem Druckstrahl ausgesetzt wurde, einen gewünschten, vorgegebenen Festigkeitsgrad erreicht hat. Diese Ausföhrungsform der Erfindung ist mit dem Vorteil verbunden, dass das Reinigen einer Oberfläche oder das Abtragen einer Schicht von einer Oberfläche mit einer verfestigenden Behandlung der Oberfläche in einem Arbeitsgang kombiniert werden kann. Bei der Bestrahlung einer Oberfläche mit Kugelstrahlen ist nämlich die Einbringung von Druckeigenspannungen in die Oberfläche möglich, wodurch die Dauerfestigkeit des Oberflächenwerkstoffs verbessert wird. Auf diese Weise lässt sich die Rissbildung, z.B. durch Korrosionsermüdung in der Oberfläche, entscheidend reduzieren.

[0012] Vorzugsweise bestehen die, insbesondere sphärischen, Partikel - während der Dauer der Bestrahlung wenigstens zeitweise - aus einem chemisch wenig reaktiven ("inerten") Material. Zusätzlich oder alternativ kann sich die Größe der Partikel, die Materialzusammensetzung und/oder die innere Struktur der Partikel mit der Dauer der Bestrahlung ändern. Insbesondere bei dem Übergang von der reinigenden, die Beschichtung abtragenden Wirkung der Bestrahlung zur härtenden Wirkung der Bestrahlung, kann sich eine Änderung der Größe der Partikel, ihrer Materialzusammensetzung oder ihrer inneren Struktur vorteilhaft auf das Ergebnis der Bestrahlung auswirken.

[0013] Vorzugsweise werden dabei wenigstens zeitweise Partikel eingesetzt, die einen konzentrisch mit einem ersten Material ummantelten, insbesondere sphärischen, Kern aus einem zweiten Material enthalten.

[0014] Untersuchungen haben ergeben, dass Glasperlen oder mit Glas ummantelte Partikel besonders geeignete Strahlmittel sind. Zusätzlich oder alternativ können einige oder alle Partikel auch Zirkonium (Zr), Keramik und/oder Kunststoff aufweisen, insbesondere hieraus bestehen.

[0015] Es hat sich gezeigt, dass Partikel, deren maximale oder mittlere Abmessung, insbesondere deren Durchmesser, wenigstens 5µm, vorzugsweise wenigstens 10µm und besonderes bevorzugt wenigstens 15µm und/oder höchstens 550µm, vorzugsweise höchstens 50µm und besonderes bevorzugt höchstens 450µm beträgt, bei wenigstens zeitweiser Verwendung zu vorteilhaften Ergebnissen der Oberflächenbeschaffenheit führen.

[0016] Der Überdeckungsgrad liegt bei einer Bestrahlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise zwischen 3 und 100.

[0017] Einige oder alle Partikel weisen wenigstens zeitweise vorzugsweise eine Härte zwischen 280 und 550 Härtegraden nach Vickers (HV) bei einer Prüfkraft von 0,3 Kilopond auf. Zusätzlich oder alternativ beträgt ihre Bruchdehnung ε vorzugsweise höchstens 0,3%, bevorzugt höchstens 0,2% und besonders bevorzugt höchstens 0,1 %. Die mittlere Geschwindigkeit der Partikel im Druckstrahl beträgt vorzugsweise wenigstens 0,5 m/s, bevorzugt wenigstens 1 m/s und besonders bevorzugt wenigstens 20 m/s, und/oder höchstens 80 m/s.

Ansprüche

1. Verfahren zum Entfernen einer Schicht aus wenigstens einem ersten Material von einer Oberfläche eines Körpers aus wenigstens einem zweiten Material, bei dem der Körper einem Druckstrahl, der wenigstens ein Strahlmittel aus, insbesondere sphärischen, Partikeln enthält, ausgesetzt wird, wobei der Druckstrahl wenigstens zeitweise eine Almenintensität von höchstens 0,35 mm Almen A, vorzugsweise höchstens 0,3 mm Almen A und besonders bevorzugt höchstens 0,25 mm Almen A aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckstrahl neben einem Strahlmittel aus Partikeln, insbesondere aus einem chemisch wenig reaktiven Material, wenigstens zeitweise noch wenigstens eine Alkalihydroxid-Lauge enthält, die mit wenigstens einem Material der zu entfernenden Schicht chemisch reagiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Almenintensität des Druckstrahls wenigstens zeitweise wenigstens 0,005 mm Almen N, vorzugsweise wenigstens 0,01 mm Almen N und besonders bevorzugt wenigstens 0,05 mm Almen N beträgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, bei dem der Körper dem Druckstrahl nur solange ausgesetzt wird, bis die zu entfernende Schicht zu einem gewünschten Grad abgetragen ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, bei dem der Körper dem Druckstrahl auch dann noch ausgesetzt wird, wenn die zu entfernende Schicht mit dem gewünschten Grad abgetragen ist, solange, bis die Oberfläche des Körpers an den Stellen, an denen sie dem Druckstrahl ausgesetzt wurde, einen gewünschten vorgegebenen Festigkeitsgrad erreicht hat.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem einige oder alle Partikel Glas, Zirkonium, Keramik und/oder Kunststoff aufweisen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Partikel wenigstens zeitweise einen konzentrisch mit einem ersten Material ummantelten Kern aus einem zweiten Material enthalten.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Partikel wenigstens zeitweise eine maximale oder mittlere Außenabmessung, insbesondere einen Durchmesser, aufweisen, die wenigstens 5µm, vorzugsweise wenigstens 10µm und besonderes bevorzugt wenigstens 15µm und/oder höchstens 550µm, vorzugsweise höchstens 500µm und besonderes bevorzugt höchstens 450µm beträgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bestrahlung mit einem Überdeckungsgrad zwischen 3 und 100 erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Partikel wenigstens zeitweise eine Härte zwischen 280 und 550 Härtegraden nach Vickers (HV) aufweisen.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Bruchdehnung von Partikeln höchstens 0,3%, bevorzugt höchstens 0,2% und besonders bevorzugt höchstens 0,1 % beträgt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine mittlere Geschwindigkeit von Partikel im Druckstrahl vorzugsweise wenigstens 0,5 m/s, bevorzugt wenigstens 1 m/s und besonders bevorzugt wenigstens 20 m/s, und/oder höchstens 80 m/s, beträgt.

Claims

1. A method for removing a layer of at least one first material from a surface of a body made from at least one second material, in which the body is subjected to a pressure jet that contains at least one blasting medium of particles, which in particular are spherical, wherein the pressure jet has at least intermittently an Almen intensity of at most 0.35 mm Almen A, preferably at most 0.3 mm Almen A and particularly preferably at most 0.25 mm Almen A, characterised in that the pressure jet contains in addition to a blasting medium of particles, in particular of a material that is not particularly reactive chemically, at least intermittently further at least one alkali hydroxide lye that reacts chemically with at least one material of the layer that is to be removed.

2. A method according to claim 1, characterised in that the Almen intensity of the pressure jet is at least intermittently at least 0.005 mm Almen N, preferably at least 0.01 mm Almen N and particularly preferably at least 0.05 mm Almen N.

3. A method according to one of the preceding claims 1 to 2, in which the body is subjected to the pressure jet only for so long until the layer that is to be removed has been taken off to a desired degree.

4. A method according to one of the preceding claims 1 to 2, in which the body is also further subjected to the pressure jet, when the layer that is to be removed has been taken off to the desired degree, for so long until the surface of the body at the points at which it has been subjected to the pressure jet has obtained a desired predetermined degree of strength.

5. A method according to one of the preceding claims, in which some or all of the particles have glass, zirconium, ceramic and/or plastics material.

6. A method according to one of the preceding claims, in which particles contain at least intermittently a core concentrically encased with a first material and consisting of a second material.

7. A method according to one of the preceding claims, in which particles have at least intermittently a maximum or average external dimension, in particular a diameter, that is at least 5 µm, preferably at least 10 µm and particularly preferably at least 15 µm and/or at most 550 µm, preferably at most 500 µm and particularly preferably at most 450 µm.

8. A method according to one of the preceding claims, in which the blasting is effected with a degree of coverage between 3 and 100.

9. A method according to one of the preceding claims, in which particles have at least intermittently a hardness between 280 and 550 degrees of hardness according to Vickers (HV).

10. A method according to one of the preceding claims, in which a breaking elongation of particles is at most 0.3%, preferably at most 0.2% and particularly preferably at most 0.1%.

11. A method according to one of the preceding claims, in which an average speed of particles in the pressure jet is preferably at least 0.5 m/s, preferably at least 1 m/s and particularly preferably at least 20 m/s, and/or at most 80 m/s.

Revendications

1. Procédé de suppression d'une couche, constituée d'au moins un premier matériau, d'une surface d'un corps constitué d'au moins un deuxième matériau, dans lequel le corps est exposé à un jet sous pression contenant des particules notamment sphériques d'au moins un agent abrasif, le jet sous pression présentant au moins temporairement une intensité Almen d'au plus 0,35 mm Almen A, avantageusement d'au plus 0,3 mm Almen A et préférentiellement d'au plus 0,25 mm Almen A, caractérisé en ce que le jet sous pression contient au moins temporairement, outre un agent abrasif composé de particules, notamment d'un matériau peu réactif chimiquement, une lessive d'hydroxyde alcalin réagissant chimiquement avec au moins un matériau de la couche à supprimer.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intensité Almen du jet sous pression est au moins temporairement d'au moins 0,005 mm, Almen N, avantageusement d'au moins 0,01 mm Almen N et préférentiellement d'au moins 0,05 mm Almen N.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le corps n'est exposé au jet sous pression que jusqu'à ce que la couche à supprimer soit érodée à un degré souhaité.

4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le corps reste exposé au jet sous pression quand la couche à supprimer est érodée au degré souhaité, jusqu'à ce que la surface du corps atteigne un degré de résistance défini souhaité aux emplacements où elle a été exposée au jet sous pression.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel quelques-unes des particules ou toutes les particules comprennent du verre, du zirconium, une céramique et/ou une matière synthétique.

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les particules contiennent au moins temporairement un noyau constitué d'un deuxième matériau enveloppé concentriquement par un premier matériau.

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les particules présentent au moins temporairement des dimensions extérieures maximales ou moyennes, en particulier un diamètre d'au moins 5 µm, avantageusement d'au moins 10 µm et préférentiellement d'au moins 15 µm et/ou d'au plus 550 µm, avantageusement d'au plus 500 µm et préférentiellement d'au plus 450 µm.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le grenaillage est effectué avec un degré de recouvrement compris entre 3 et 100.

9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les particules présentent au moins temporairement un indice de dureté Vickers (HV) compris entre 280 et 550.

10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un allongement à la rupture des particules est d'au plus 0,3 %, avantageusement d'au plus 0,2 % et préférentiellement d'au plus 0,1 %.

11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une vitesse moyenne des particules dans le jet sous pression est avantageusement d'au moins 0,5 m/s, préférentiellement d'au moins 1 m/s et tout particulièrement d'au moins 20 m/s, et/ou d'au plus 80 m/s.