(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転後のガスタービン用部材に酸洗処理を施して、前記ガスタービン用部材の表面のコーティング層の少なくとも一部を剥離させる酸洗工程と、
該酸洗工程の後に、残存した前記コーティング層に対して酸を含浸させた高分子ゲルを付着させるゲル付着工程とを備えることを特徴とするガスタービン用部材のコーティング剥離方法。
【請求項２】
前記酸洗工程と前記ゲル付着工程との間に、前記ガスタービン用部材を加熱することで、前記ガスタービン用部材の表面に残存した前記コーティング層を変色させる加熱工程を備えることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン用部材のコーティング剥離方法。
【請求項３】
前記酸洗工程と前記加熱工程との間に、前記ガスタービン用部材の表面にブラスト処理を施すブラスト工程を備えることを特徴とする請求項２に記載のガスタービン用部材のコーティング剥離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン用部材の表面のコーティング層を剥離させるガスタービン用部材のコーティング剥離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは効率向上を目的として運転温度が年々高くなってきている。このような高温化に対処するために、例えばガスタービン翼や燃焼器等の高温状態に曝されるガスタービン用部材の表面には、遮熱を目的としたコーティング層（ＴＢＣ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ）が形成されている。
【０００３】
このようなコーティング層は、ガスタービン用部材の母材上に形成されて合金からなるアンダーコート層と、該アンダーコート層上に形成されてセラミックスからなるトップコート層とから構成されている。
【０００４】
ここで、運転後のガスタービン用部材の補修の際には、該ガスタービン用部材の母材上に形成されたコーティング層を剥離させた後、改めて母材上にアンダーコート層、トップコート層を形成することによりコーティング層を再生する。
例えば特許文献１には、コーティング層を剥離させる技術としてアルカリ洗浄液、水、弱酸性洗浄液に順次浸漬させた後、加熱処理を施してから強酸性洗浄液に浸漬させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／１０１６９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記のようなコーティング層の剥離方法を適用した場合であっても、コーティング層のうち特にアンダーコート層は剥離し難い。したがって、通常は上記コーティング剥離方法の後に例えばブラスト処理等の物理的方法を施すことによりアンダーコート層を除去する工程が行われる。
【０００７】
しかしながら、ブラスト処理等を施した後であってもアンダーコート層の残存が認められた場合、ガスタービン用部材に対して再度洗浄液への浸漬等の各工程を順次施す必要があり、作業が煩雑となってしまっていた。また、各工程の実施場所がそれぞれ異なる場合には、ガスタービン用部材を移動させる必要がある分だけ時間の損失が大きく、作業が非効率となってしまっていた。さらに、再度各工程をガスタービン用部材全体に施した場合、コーティング層の剥離により露出した母材に対して悪影響を与えるおそれがある。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、効率的かつ確実にガスタービン用部材からコーティング層を剥離させることが可能なガスタービン用部材のコーティング剥離方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提供している。
即ち、本発明に係るガスタービン用部材のコーティング剥離方法は、運転後のガスタービン用部材に酸洗処理を施して、前記ガスタービン用部材の表面のコーティング層の少なくとも一部を剥離させる酸洗工程と、該酸洗工程の後に、残存した前記コーティング層に対して酸を含浸させた高分子ゲルを付着させるゲル付着工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
このような特徴のガスタービン用部材のコーティング剥離方法によれば、前工程で残存したコーティング層に対して高分子ゲルを付着させると、該高分子ゲルに含浸された酸が残存したコーティング層に作用することにより、該コーティング層を除去することができる。したがって、大掛かりな設備を要することなく、また、ガスタービン用部材を移動させることなく、コーティング層を除去することができる。
さらに、高分子ゲルを介することで酸をコーティング層に局所的に供給することができるため、ガスタービン用部材の母材に対して悪影響を与えるおそれもない。
【００１１】
また、本発明に係るガスタービン用部材のコーティング剥離方法は、前記酸洗工程と前記ゲル付着工程との間に、前記ガスタービン用部材を加熱することで、前記ガスタービン用部材の表面に残存した前記コーティング層を変色させる加熱工程を備えることが好ましい。
【００１２】
加熱によりコーティング層が変色することにより、該コーティング層の残存領域を容易に目視にて確認することができる。
また、ガスタービン用部材が加熱されることで、その後のゲル付着工程における酸とコーティング層との反応速度を大きくすることができる。即ち、ガスタービン用部材が加熱された状態において、酸を含浸した高分子ゲルを残存したコーティング層に付着させることによって、ガスタービン用部材からの熱伝達により該高分子ゲル中の酸が温められる。これにより該酸によるコーティング層の分解速度が増加するため、より効率的にコーティング層を除去することが可能となる。
【００１３】
こで仮に、酸を含浸させた高分子ゲル自体を直接的に加熱した場合、即ち、ガスタービン用部材からの熱伝導ではなく高分子ゲルを別途加熱することで酸の反応速度を高めようとした場合、当該加熱により高分子ゲルの粘性が低下することで酸の液垂れを招いてしまう。この場合、コーティング層のみならずガスタービン用部材の母材にまで酸が供給される結果、該母材に対して悪影響を与えるおそれがある。
これに対して本発明では、高分子ゲルはガスタービン用部材からの熱伝導により、該ガスタービン用部材との接触箇所、即ち、残存したコーティング層との接触箇所のみが加熱される。これによって、高分子ゲルの溶融を最小限に抑えることができるとともに、酸とコーティング層との接触箇所での該酸の反応速度を増大させることができ、効率的にコーティング層を除去することが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明のガスタービン用部材のコーティング剥離方法は、前記酸洗工程と前記加熱工程との間に、前記ガスタービン用部材の表面にブラスト処理を施すブラスト工程とを備えることが好ましい。
【００１５】
これによって、酸洗処理後に残存したコーティング層をブラスト処理により物理的に剥離させることができる。
また、ガスタービン用部材の母材の表面粗さを大きくすることができるため、コーティング層を再生する際に該コーティング際を母材に対して強固に固着させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のガスタービン用部材のコーティング剥離方法によれば、高分子ゲルに含浸された酸が残存したコーティング層に作用することにより、効率的かつ確実にガスタービン用部材からコーティング層を剥離させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るガスタービン用部材のコーティング剥離方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】ガスタービン用部材としてのガスタービン用部材の表面の断面図である。
【図３】ガスタービン用部材としてのガスタービン用部材の表面の断面図であって、酸洗工程及びブラスト工程を施した後の状態を説明する図である。
【図４】ガスタービン用部材としてのガスタービン用部材の表面の断面図であって、ゲル付着工程を説明する図である。
【図５】変形例に係るガスタービン用部材のコーティング剥離方法におけるゲル付着工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るガスタービン用部材のコーティング剥離方法の実施形態について、図１から図５を参照して詳細に説明する。
本実施形態のコーティング剥離方法は例えばガスタービン翼（ガスタービン動翼、ガスタービン静翼）や燃焼器等のガスタービン用部材１０の表面に形成されたコーティング層２０（図２参照）を剥離する方法である。
【００１９】
上記ガスタービン用部材１０は高温環境に曝されるため、その母材１１の表面に遮熱を目的としたコーティング層（ＴＢＣ）２０が形成されている。このコーティング層２０は、ガスタービン用部材１０の母材１１上に形成されて合金からなるアンダーコート層２１と、該アンダーコート層２１上に形成されてセラミックスからなるトップコート層２２とから構成されている。
【００２０】
そして、所定時間にわたってガスタービンの運転を行った後、上記ガスタービン用部材１０を補修する際には、該ガスタービン用部材１０からコーティング層２０を剥離させた後、改めて母材１１表面にコーティング層２０を再生する。本実施形態のコーティング剥離方法は、このような補修の際にガスタービン用部材１０の表面からコーティング層２０を剥離させるために用いられる。
【００２１】
このような目的で行われるコーティング剥離方法では、図１に示すように、第一湯洗処理Ｓ１、第一水洗処理Ｓ２、酸洗工程Ｓ３、ブラスト工程Ｓ８、加熱工程Ｓ９、残存確認工程Ｓ１０、ゲル付着工程Ｓ１１を、運転後のガスタービン用部材１０に対して順次施すことで実施される。
【００２２】
本実施形態に係るコーティング剥離方法を実行するに当たっては、ガスタービン翼や燃焼器等のガスタービン用部材１０を実運転時間が例えば５０００時間から４００００時間経過した後、ガスタービンから取り外す。そして、その後、該ガスタービン用部材１０に対して第一湯洗処理Ｓ１を施す。
【００２３】
第一湯洗処理Ｓ１では、ガスタービン用部材１０を図示しない支持手段により移動させることで湯に浸漬する。この第一湯洗処理Ｓ１を行うことにより、ガスタービンの運転中にガスタービン用部材１０に付着したスケールのうち油分及び水溶性のものをある程度取り除くことができる。なお、第一湯洗処理Ｓ１での湯温は、例えば５０℃以上８０℃以下、好ましくは６５℃前後とする。
【００２４】
この第一湯洗処理Ｓ１の後に第一水洗処理Ｓ２を行う。この第一水洗処理Ｓ２では、ガスタービン用部材１０を水で洗浄する。これによってガスタービン用部材１０が急冷されることで、スケールをガスタービン用部材１０から剥離し易くなる。この第一水洗処理Ｓ２は、水を洗浄液として使う工程であり、本実施形態においては、ガスタービン用部材１０を水に浸漬することによって行われる。また、第一水洗処理Ｓ２は、加圧水流による洗浄や、水を媒体にした超音波洗浄により行ってもよい。
【００２５】
なお、ガスタービン用部材１０を水に浸漬する場合、浸漬の途中でガスタービン用部材１０を水から引き上げ、該ガスタービン用部材１０の内部空間（例えばガスタービン翼の内部冷却媒体通路、燃焼器の筒体内部）の水が排出されてから、再び水に浸漬するという操作を数回繰り返すことが好ましい。これにより、ガスタービン用部材１０の内部空間の水を強制的に入れ替えることができる。また、この第一水洗処理Ｓ２は、撹拌手段によって水を撹拌させながら行うことが好ましい。
【００２６】
次に酸洗工程Ｓ３を行う。この酸洗工程Ｓ３は、ガスタービン用部材１０に主として酸洗処理を施すことで、ガスタービン用部材１０の表面のコーティング層２０の少なくとも一部を剥離させる工程である。本実施形態の酸洗工程Ｓ３は、コーティング除去処理Ｓ４、中和洗浄処理Ｓ５、第二水洗処理Ｓ６、第二湯洗処理Ｓ７を順次施すことにより行われる。
【００２７】
コーティング除去処理Ｓ４は、ガスタービン用部材１０を強酸性洗浄液に浸漬することによって施される。このように強酸性洗浄液でガスタービン用部材１０を洗浄することにより、ガスタービン用部材１０のコーティング層２０の少なくとも一部を除去する。
また、コーティング除去処理Ｓ４は、例えば、気泡、プロペラ等の撹拌手段によって、強酸性洗浄液を撹拌しながら行うことが好ましい。これにより、ガスタービン用部材１０のコーティング除去ムラを抑制できる。撹拌手段は、特に、強酸性洗浄液に気泡を導入する手法を用いることが好ましい。気泡を導入することによって、強酸性洗浄液によるコーティング除去を補助するという効果が得られる。また、強酸性洗浄液の使用量を減少させることができ、即ち、洗浄廃液を減少させることもできる。
【００２８】
強酸性洗浄液としては、コーティング層２０の種類に応じた強酸性水溶液を用いることができるが、本実施形態では例えば塩酸又フッ化水素を用いる。また、強酸性洗浄液には、適当な添加剤を加えてもよい。
【００２９】
コーティング除去処理Ｓ４の後、中和洗浄処理Ｓ５を行う。この中和洗浄処理Ｓ５は、ガスタービン用部材１０をアルカリ水溶液に浸漬する工程であって、これによってガスタービン用部材１０に残留する強酸性洗浄液を中和することができる。なお、アルカリ水溶液としては、例えばＮａ２ＣＯ３水溶液を用いることができる。
【００３０】
この中和洗浄処理Ｓ５の後に第二水洗処理Ｓ６を行う。この第二水洗処理Ｓ６では、第一水洗処理Ｓ２同様、ガスタービン用部材１０を水で洗浄する。これにより、酸性成分やアルカリ成分がガスタービン用部材１０に残留することを回避できるという効果が得られる。
【００３１】
次いで、第二水洗処理Ｓ６の後に第二湯洗処理Ｓ７を行う。この第二湯洗処理Ｓ７は、第一湯洗処理Ｓ１と同様、ガスタービン用部材１０を湯に浸漬させる。これにより、ガスタービン用部材１０が加熱されることで、該ガスタービン用部材１０を早期に乾燥できるという効果が得られる。
【００３２】
以上の４つの処理を施すことで酸洗処理が終了する。この酸洗処理によってガスタービン用部材１０のコーティング層２０が全て剥離されることが好ましいが、現実的には一部のコーティング層２０がガスタービン用部材１０の表面に残存する。
【００３３】
このような酸洗処理の後にブラスト工程Ｓ８が行われる。このブラスト工程Ｓ８は、投射材としての流体をガスタービン用部材１０の表面に衝突させることによって行われる。具体的には、投射材として砂を用い、該砂を圧縮空気によりガスタービンの表面に向かって噴射する（サンドブラスト）。これによって、ガスタービン用部材１０の表面に残存したコーティング層２０を剥離させることができる。また、酸洗処理によって既にコーティング層２０が剥離して母材１１が露出している部分に対して投射材が噴射されることで、該母材１１の表面粗さを大きくすることができる。
【００３４】
なお、ブラスト工程Ｓ８における投射材の種類としては、金属系の粉粒体やセラミック系の粉粒体等、適宜用いることができる。また、投射材として例えば研磨剤等を噴射するいわゆるウェットブラストを採用してもよい。
また、投射材の投射速度は母材１１の表面を必要以上に傷付けることのないよう、適切な速度に設定されることが好ましい。
【００３５】
このようなブラスト工程Ｓ８の後に加熱工程Ｓ９が行われる。この加熱工程Ｓ９では、ガスタービン用部材１０の全体を例えばヒーター等によって加熱する。これによって、ガスタービン用部材１０自体の温度が上昇するとともに、母材１１表面にコーティング層２０が残存している場合には、該コーティング層２０が変色する。即ち、この加熱工程Ｓ９は、該コーティング層２０が変色する温度までガスタービン用部材１０を加熱することが好ましい。
【００３６】
次いで、加熱工程Ｓ９の後に残存確認工程Ｓ１０が行われる。この残存確認工程Ｓ１０は作業者の目視によって、ガスタービン用部材１０の表面にコーティング層２０が残存しているか否かが確認される。コーティング層２０の残存箇所が存在する場合、上記加熱工程Ｓ９によってコーティング層２０が変色しているため、母材１１とコーティング層２０との見分けを容易に行うことができる。
【００３７】
そして、残存確認工程Ｓ１０を行った結果、ガスタービン用部材１０の表面にコーティング層２０が残存していないことが判明した場合には剥離作業が終了する。その後、ガスタービン用部材１０の表面にコーティング層２０の再生処理が行われる。
【００３８】
一方、残存確認工程Ｓ１０を行った結果、ガスタービン用部材１０の表面にコーティング層２０が残存していることが判明した場合、ゲル付着工程Ｓ１１が実施される。
即ち、酸洗工程Ｓ３、ブラスト工程Ｓ８を行うことによりガスタービン用部材１０の表面からコーティング層２０が完全に剥離されることが好ましいものの、コーティング層２０におけるアンダーコート層２１は剥離し難い。したがって、例えば図３に示すように、ガスタービン用部材１０の母材１１表面の一部にアンダーコート層２１が残存してしまうことが多い。このように残存したアンダーコート層２１、即ち、コーティング層２０は、ゲル付着工程Ｓ１１によって除去される。
【００３９】
ゲル付着工程Ｓ１１は、酸を含浸させた高分子ゲル３０を母材１１表面に残存したコーティング層２０に付着させる工程である。この高分子ゲル３０としては、例えばポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸ポリマー等の高吸水性高分子、あるいは水分を吸収可能なシリコン系のゲルを用いることができる。このような高分子ゲル３０に例えば塩酸やフッ化水素等の酸を含浸させる。即ち、高分子ゲル３０を塩酸溶液、フッ化水素溶液に浸漬することでこれら塩酸溶液、フッ化水素溶液を高分子ゲル３０に吸収させる。
なお、高分子ゲル３０は酸を含浸した後であってもその粘着性がある程度保持されることが好ましい。
【００４０】
このように酸を含浸した高分子ゲル３０は、図４に示すように、ガスタービン用部材１０の表面におけるコーティング層２０の残存領域にのみ付着される。この際、高分子ゲル３０は自らの粘着性によってコーティング層２０に付着するため、該コーティング層２０から落下等により外れてしまうことはない。また、コーティング層２０がその高吸水性によって酸を保持することができるため、酸が液垂れを起こしてしまうことはない。
【００４１】
そして、このように高分子ゲル３０がコーティング層２０に付着されることで、これら高分子ゲル３０とコーティング層２０との界面を介して高分子ゲル３０中の酸がコーティング層２０に対して作用する。これによりコーティング層２０が酸によって徐々に溶解されていき、結果的に母材１１表面から残存したコーティング層２０を除去することができる。また、この際、加熱工程Ｓ９によりガスタービン用部材１０は高温状態となっているため、酸の反応速度を向上し、より速やかにコーティング層２０を除去することができる。即ち、このゲル付着工程Ｓ１１は、加熱工程Ｓ９の後、ガスタービン用部材１０が加熱工程Ｓ９前よりも高温となっている際に施すことが好ましい。
【００４２】
そして、ゲル付着工程Ｓ１１の後、再び残存確認工程Ｓ１０を行い、ガスタービン用部材１０の表面にコーティング層２０が残存しているか否かを確認する。ここで、コーティング層２０の残存が確認された際には、当該残存箇所に対して再びゲル付着工程Ｓ１１が行われる。一方、コーティング層２０の残存が確認されない場合には、作業を終了し、その後、コーティング層２０の再生工程が行われる。
【００４３】
以上のようなコーティング剥離方法によれば、酸洗工程Ｓ３やブラスト工程Ｓ８で残存したコーティング層２０に対して高分子ゲル３０を付着させると、該高分子ゲル３０に含浸された酸が残存したコーティング層２０に作用することにより、該コーティング層２０を除去することができる。したがって、大掛かりな設備を要することなく、また、ガスタービン用部材１０を移動させることなく、コーティング層２０を除去することができる。
即ち、コーティング層２０の残存が確認された際に、再度酸洗工程Ｓ３を行っては、ガスタービン用部材１０を強酸性水溶液やアルカリ性水溶液に順次移動させる必要がある分、時間の損失が発生し、また作業が煩雑となる。これに対して本実施形態のゲル付着処理は場所を選ばずにガスタービン用部材１０に対して施すことができるため、より円滑にコーティング層２０を除去することができる。
【００４４】
また、再度酸洗処理を施した場合には、コーティング層２０の剥離により露出した母材１１に対して強酸性水溶液やアルカリ性水溶液が作用することにより母材１１に対して悪影響を与えてしまうおそれがある。この点、本実施形態では、残存したコーティング層２０に高分子ゲル３０を介して酸を接触させることで、該コーティング層２０に局所的に酸を供給することができる。したがって、露出した母材１１に影響を与えることもない。
【００４５】
さらに、本実施形態では、加熱工程Ｓ９によりコーティング層２０が変色することにより、該コーティング層２０の残存領域を容易に目視にて確認することができる。
また、このようにガスタービン用部材１０が加熱されることで、その後のゲル付着工程Ｓ１１における酸とコーティング層２０との反応速度を大きくすることができる。即ち、ガスタービン用部材１０が加熱された状態において、酸を含浸した高分子ゲル３０を残存したコーティング層２０に付着させることによって、ガスタービン用部材１０からの熱伝達により該高分子ゲル３０中の酸が温められる。これにより該酸によるコーティング層２０の分解速度が増加するため、より効率的にコーティング層２０を除去することが可能となる。
【００４６】
ここで仮に、酸を含浸させた高分子ゲル３０自体を直接的に加熱した場合、即ち、ガスタービン用部材１０からの熱伝導ではなく高分子ゲル３０を加熱することで酸の反応速度を高めようとした場合、当該加熱により高分子ゲル３０の粘性が低下してしまう。このように高分子ゲル３０の粘性が低下すると、該高分子ゲル３０が付着箇所から外れ易くなるばかりでなく、高分子ゲル３０の吸水性が低下して酸の液垂れを招いてしまう。この場合、コーティング層２０のみならずガスタービン用部材１０の母材１１にまで酸が供給される結果、該母材１１に対して悪影響を与えるおそれがある。
【００４７】
これに対して本実施形態では、高分子ゲル３０はガスタービン用部材１０からの熱伝導により、該ガスタービン用部材１０との接触箇所、即ち、残存したコーティング層２０との接触箇所のみが加熱される。これによって、高分子ゲル３０の溶融を最小限に抑えることができるとともに、酸とコーティング層２０との接触箇所での該酸の反応速度を増大させることができる。したがって、効率的にコーティング層２０を除去することが可能となる。
【００４８】
また、本実施形態ではブラスト処理が行われるため、酸洗処理後に残存したコーティング層２０をブラスト処理により物理的に剥離させることができる。また、ガスタービン用部材１０の母材１１の表面粗さを大きくすることができるため、コーティング層２０を再生する際に該コーティング際を母材１１に対して強固に固着させることが可能となる。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば変形例として、図５に示すように、ゲル付着工程Ｓ１１の際に、残存したコーティング層２０以外の部分、即ち、外部に露出する母材１１表面にポリテトラフルオロエチレンテープ等のマスキング４０を施してもよい。これにより、高分子ゲル３０中の酸が母材１１に接触することをより確実に回避することができる。
【００５０】
また、高分子ゲル３０に含浸させる酸に腐食抑制剤（インヒビター）を添加してもよい。これによって、酸による母材１１の腐食を防止することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０  ガスタービン用部材
１１  母材
２０  コーティング層
２１  アンダーコート層
２２  トップコート層
３０  高分子ゲル
４０  マスキング
Ｓ１  第一湯洗処理
Ｓ２  第一水洗処理
Ｓ３  酸洗工程
Ｓ４  コーティング除去処理
Ｓ５  中和洗浄処理
Ｓ６  第二水洗処理
Ｓ７  第二湯洗処理
Ｓ８  ブラスト工程
Ｓ９  加熱工程
Ｓ１０       残存確認工程
Ｓ１１       ゲル付着工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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