DE2907875C2

DE2907875C2 - Verfahren zum elektrolytischen Abtragen von Wolframcarbid-Überzügen auf Werkstücken aus Titan oder Titan-Legierungen

Info

Publication number: DE2907875C2
Application number: DE2907875A
Authority: DE
Inventors: Bert Joseph Willowick Ohio Formanik
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1978-03-02
Filing date: 1979-03-01
Publication date: 1986-11-06
Also published as: GB2015575A; DE2907875A1; FR2418819A1; IT7869871A0; BE872816A; SE7812201L; SG55782G; IL56085A; IT1109648B; CA1105878A; GB2015575B; CH635872A5; NL7811891A; SE427676B; JPS54118351A; US4128463A; JPS6156320B2; FR2418819B1

Description

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch ge- während zumindest etwa 0,75 Stunden bei einer Tempckennzeichnet, daß man einen Elektrolyt verwendet, ratur von etwa 38° C. Durch das erfindungsgemäße Verder etwa 20 Gew.-% Chromsäure und 0,03 bis 0,75% fahren wird das Bauteil selbst nicht nachteilig beein-Sulfationen enthält, und be. 6 bis 9 V unter einer 35 flußt Der Wolframcarbidüberzug wird jedoch vollstän-Stromdichte von 0.43 bis 0.86 A/dm² bei einer Bad- dig entfernt. Das erfmdungsgemäße Verfahren benötiet

weniger Zeit als die bekannten Verfahren und keine Überwachung und keine zusätzliche Manipulation. Die Konzentration des Elektrolyten ann über einen weiten Bereich variieren. Die Bauteile können in den Elektrolyten vollständig oder nur teilweise eingetaucht werden, ohne daß dies die Oberfläche beeinflußt. Es kann zwar zu einer oberflächlichen Verfärbung kommen, die man leicht entfernen kann durch Eintauchen der Bauteile in

Zur Wiedergewinnung von Titan oder Titanlegierungen 45 salpetersäurehaltige Flußsäure während einiger Sekundurch Aufarbeiten von Spänen und Ausschußteilen oder den. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Vcrdergleichen oder für die Neubeschichtung an sich einwandfreier Bauteile, ist es notwendig, von den Werkstücken oder Bauteilen den Hartmetallüberzug zu entfernen. Auf Titansubstrate werden Überzüge verschie- 50
denster Art für die verschiedensten Zwecke aufgetra-

temperatur von 55 bis 60°C 60 bis 80 min elektrolysiert.

Verschiedene Bauteile im Flugzeugbau und Maschinenbau insbesondere Motorenbau bestehen aus Titan oder Titanlegierungen und sind zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit ζ. Β. mit Wolframcarbid überzogen.

gen. Dabei kann es sich um Überzüge aus Nickel oder Chrom handeln, und Anlauf- oder Oxidationsschichten handeln, die bei Behandlungen unter hoher Temperatur auftreten oder dergleichen.

Für den Abtrag von Metallschichten auf Titan oder Titan-Legierungen erwiesen sich elektrolytische Verfahren als brauchbar. Als Elektrolyt dient in diesem Fall eine wäßrige Lösung von CrO₃. Das Bauteil wird als Anode geschaltet und mit einer Stromdichte von 10,75 bis 26,9 A/dm² elektrolysiert. Die Elektrolyttemperatur soll zwischen 68 und 85°C liegen. Die Ergebnisse werden durch Zugabe von Borsäure H₂BO₃ verbessert (US-PS 23 16 579).

Titan und Titanlegierungen lassen sich von Oxidschichten in einem zweistufigen Verfahren abbeizen (US-PS 36 32 490). In zwei getrennten Vorratsbehältern werden zwei Elektrolyten vorgesehen. In dem Behälter fahrens ist darin zu sehen, daß gleichzeitig sämtliche eingetauchte Flächen gereinigt und von anderen Überzügen oder Schichten befreit werden können.

In der Anlage ist eine erfindungsgemäß angewandt«: Elektroysezelle schematisch dargestellt während ihrer Anwendung zum erfindungsgemäßen Ablösen einer Wolframcarbidschicht vom Titan- oderTitanlegierungs-Werkstücken. Diese Werkstücke können Turbincnschaufeln sein, deren Oberflächen zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit mit Wolframcarbid überzogen sind. Diesen Überzug muß man entfernen, wenn er verschlissen oder beschädigt ist und das Werkstück neu belegl werden soll.

Wolframcarbidüberzüge können auf die verschiedenste Art und Weise aufgetragen werden, beispielsweise durch Plasmaspritzen. Sie haben eine Stärke von etwa 0,254 bis 0,381 mm und ergeben harte Oberflächen, die aufgrund ihres guten Verschleißverhallens lange Betriebszeiten gestatten. Ist die Beschichtung fehlerhaft — ζ. B. unvollständig — oder verschlissen, so muß sic erneuert werden und dazu muß der alle Überzug entfernt werden. Dabei darf jedoch der Grundkörper aus Titan

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oder Titan-Legierung nicht angegriffen werden. Obwohl reines Titan für Turbinenschaufel oder dergleichen in Strahltriebwerken angewandt werden kann, bestehen derartige Bauteile doch meistens aus einer Legierung z. B. einer Titanaluminiumvanadium-Legierung Ti-6A1-4V (AMS 4928).

Bei einem Turbinenflügel, wie er in der Zeichnung angedeutet ist, werden die (midspan) Flächen 12 und 14 an den Außenbereichen 16 mit Wolframcarbid belegt Diese Schichten führen zu einer harten Oberfläche mit ausgezeichnetem Verschleißverhalten und diese Schichten müssen vor einer Wiederverwertung, Ausbesserung oder dergleichen entfernt werden.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist das Bauteil 10 aus Titan oder Titan-Legierung in der Elektrolysezelle 11 fixiert und über das Tragglied 13 anodisch in einem Stromkreis geschaltet. Die Kahtode kann aus einem beliebigen leitenden Material bestehen, welches dem Elektrolyten zu widerstehen vermag, z. B. Blei, Kohle, Titan oder dergleichen.

Der Elektrolyt ist eine wäßrige Lösung von Chromsäure CrOi oder einer anderen Chroniationen in Lösung liefernden Substanz. Zur Herstellung des Elektrolyten kann man also neben Chromsäure auch lösliche Chromate und Bichromate in der stöchiometrisch entsprechenden Menge anwenden. Der im folgenden angewandte Begriff »Chromsäureäquivalent« bezieht sich daher auf Chromsäure CrÜ3 oder die Äquivalentgewichte von löslichen Chromaten und Bichromates Handelsübliche Chromsäure enthält geringe Anteile an SuI-faten, die sich zwar bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als vorteilhaft erwiesen, jedoch nicht notwendig sind.

Die Zusammensetzung des Elektrolyten kann über weite Bereiche schwanken. Im allgemeinen wird ausgegangen von Leitungswasser, in einer Menge in dem Chromsäure oder eine äquivalente Menge von chromatliefernden Substanzen — z. B. Natriumbichromat — von etwa 4 bis 40 Gew.-% Chromat (CrO₃) gelöst werden. Anstelle von Leitungswasser kann man natürlich auch destiir ;rtes Wasser anwenden. Bevorzugt wird ein Elektrolyt enthaltend etwa 0,03 bis 1 Gew.-% Sulfationen (zugesetzt als Schwefelsäure). Wie oben bereits darauf hingewiesen, enthält handelsübliche Chromsäure im allgemeinen einen geringen Anteil an Sulfationen.

In der folgenden Tabelle sind Beispiele für erfindungsgemäß anwendbare Elektroden (Gewichtsteile) zusammengestellt.

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55

60

Beste Ergebnisse erhält man nach Beispiel 4 mit einer Elektrolyttemperatur von 54 bis 60°C und einer Elektrolysezeit von 60 bis 80 Minuten bei einer Stromdichte von 0.43 bis 0,86 A/dm². Die Zelle ist ein Glasgefäß und die Kathode ein Bleistab. Damit gelingt die vollständige Entfernung des Woiframcarbidüberzugs an den angegebenen Flächen der Turbinenschaufel aus Titanlegierung,

Beispiel	H₂O	CrO₃	H₂SO₄
			(ges.SO4²-)
1	128	6
2	128	17	0,045
3	128	28	1,5
4	128	33	1,0
5	128	40	0,3
6	128	50	1,8
7	128	80	0,045

wie in der Zeichnung angedeutet

Während des Betriebs sinkt die Konzentration an Chromationen allmählich ab aufgrund der Reaktion mit dem Wolframcarbid. Es scheidet sich am Boden der Zolle ein Niederschlag ab, der von Zeit zu Zeit gegebenenfalls abgezogen werden kann. Unter diesen Bedingungen werden die Elektrolysezeiten entsprechend langer. Bei geringeren Chromat-Konzentrationen steigt somii die Verweilzeit der Gegenstände innerhalb der Zelle. Die Sulfationen scheinen den Abtrag des Wolframcarbidüberzugs von den Bauteilen zu katalysieren. Es wurde auch festgestellt daß mit größerer Schichtstärke des Wolframcarbids eine längere Elektrolysezeit erforderlich ist Nach vollständiger Entfernung des Wolframcarbids führt auch eine zusätzliche Zeit im Elektrolyten nicht zu einer Beschädigung des Grundkörpers. Demzufolge besteht keine obere Grenze für die Elektrolysezeit

Die Temperatur des Elektrolyten während des Betriebs soll vorzugsweise zwischen etwa 38 und 83° C liegen, w&bei zweckmäßigerweise ein Temperaturbereich zwischen 49 und 6O⁰C einge:,ilten wird. Höhere Temperaturen verkürzen die Elektrolyjezeit die Elektrolysespannung kann über weite Bereiche schwanken: im allgemeinen geht der Abtrag der Schicht mit höherer Spannung schneller und eine Spannung von 6 bis 40 Volt hat sich in den meisten Fällen als geeignet erwiesen.

Die angewandten Stromdichten sind relativ nieder und liegen im allgemeinen zwischen 0,387 und 11,61 A/dm², vorzugsweise zwischen 0,43 und 43 A/dm². Bei einer Spannung von 6 bis 9 V und einer Stromstärke von 25 bis 50 A kann man eine Fläche von etwa 0,557 m² behandeln. Die Verweilzeit im Elektrolyt hängt von der Schichtstärke und den Bedingungen ab. Bei frischem Elektrolyt und einer Schichtstärke von 0,2 bis 0,254 mm gelingt die Entfernung der Schicht bei 6 bis 9 V und einer Stromdichte von 0,387 bis 1,075 A/dm² in 60 bis 80 Minuten. Während des Abtrags der Woiframcarbidschicht kann Spannung und Stromstärke variieren. Badbewegung verbessert die Abtragungsgeschwindigkeit Es ist daher zweckmäßig, den Elektrolyt heftig zu rührer?. Die Elektrolyttemperatur wird in dem gewünschten Bereich durch Heizschlangen oder elektrische Widerstandsbeheizung aufrechterhalten. Bei höherer Arbeitsspannung benötigt man geringere Elektroiysezeiten. So genügen z. B. 30 Minuten bei einer Spannung von 40 Volt.

Auch in wirtschaftlich untragbar langen Elektrolysezeiten bei oder in der Nähe von Randbedingurjen — 5%iger Elektrolyt bei 35°C und 40 Volt und 0,54 A/dm² ohne Badbewegung — führt auch in 3 χ 50 Minuten nicht zu einer vollständigen Entfernung des Wolframcarbidüberzugs von den angegebenen Bereichen der Turbinenschaufel. Ein Abtrag in einem gewissen Außmaß wurde jedoch festgestellt Wird eine oder mehrere der obigen Arbeitsbedingungen angehoben, z. B. die Chromaikonzentration. Temperatur und/oder Stromdichte, so kommt manzuannehmbarenElektroiysezeiten.

Eine nach dieser Elektrolyse feststellbare leichte oberflächliche Verfärbung läßt sich leicht entfernen, in dem man die Bauteile einige Sekunden in eine salpetersäurehaltige Flußsäure taucht. Die erhaltenen Bauteile sind vollständig rein und dies sogar an FIp.chen, die nicht mit Wolframcarbid beschichtet waren aufgrund der reinigenden Wirkung während der Elektrolyse.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

10 Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektrolytischen Abtragung von Wolframcarbidschichten auf Bauteilen und Gegenständen aus Titan oder Titan-Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß man die anodisch geschalteten Bauteile oder Werkstücke in einer wäßrigen Lösung von Chromsäure oder einer Chromationen liefernden Verbindung mit einer Spannung von 6 bis 50 V und einer Stromdichte von 0387 bis 11,61 A/dm² zumindest 30 Minuten bei einer Elektrolyttemperatur von zumindest 38°C und einer Chromationenkonzentration von 4 bis 40 Gew.-% elektrolysiert _!5

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Elektrolyt enthaltend eine geringe Menge an Sulfationen verwendet

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß man einen Elektrolyt mit 0,03 bis ! Gew.-^ Sulfationen verwendet

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Elektrolyt mit einer Chromsäurekonzentration von 5 bis 40 Gew.-% verwendet

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man 60 "bis 80 Minuten elektrolysiert

wird das Bauteil als Kathode geschaltet und in dem zweiten Behälter als Anode. In diesem Fall ist der Elektrolyt eine Lösung vom Natriumbichromat und Flußsäure. Die Elektrolyttemperatur beträgt etwa 85° C und die Spannung 6 bis 17 Volt bei 20 Ampere. Im allgemeinen arbeitet man mit einer Kaihodenstromdichte von 10,75 bis 1074 A/dm² und einer Anodenstromdichte von 0,86 bis 107,5 A/dm². Man rechnet mit eiaer Elektrolysczeit von etwa 5 Minuten bei 21,5 A/dm².

Nach der US-PS 37 93 172 elektrolysiert man Gegenstände aus Nickellegierungen zur Entfernung von Kupfer-Nickel-Chrom-Schichten mit Hilfe einer wäßrigen Lösung von Fluoborsäure, Phosphorsäure und Wasser. Die Stromdichte soli etwa 2,48 A/dm² bei einer Gleichspannung von 73 Volt betragen. Im allgemeinen reicht eine Elektrolysezeit von weniger als etwa 3 Minuten.

Die bekannten Verfahren beruhten auf dem Abheben oder mechanischen Lockern des Oberzugs niit Hilfe von elektrolytisch entwickeltem Wasserstoff an dem Werkstück als eine der Elektroden in einem bestimmt zusammengesetzten Elektrolyten. Bei diesem entfernten Überzügen handelt es sich um Metalle. Im Gegensalz dazu richtet sich die Erfindung auf die Entfernung von Wolframcarbidüberzügen auf Werkstücken oder Bauteilen aus Titan oder Titan-Legierungen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Bauteile als Anode geschaltet und ein Elektrolyt angewandt der eine wäßrige Lösung von Chromsäure, vorzugsweise enthaltend zusätzlich Sulfationen, ist Die

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß man eine Elektrolyttemperatur 30 normale Arbeitsspannung liegt zwischen 6 und 9 Volt zwischen 55 und 6O⁰C einhält. bei einer Stromdichte von etwa 0,43 bis 0,9675 A/dm²,