(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーティング除去システムであって、
電解液バスに浸漬された少なくとも一つのエアフォイルからコーティングを除去するための電解液バスストリッピング溶液が収容されるとともにこの電解液バス内に浸漬された参照電極に対して前記少なくとも一つのエアフォイルで絶対電位が制御されるストリッピングタンクを有し、
前記少なくとも一つのエアフォイルからのコーティング除去が完了した後に当該少なくとも一つのエアフォイルを洗浄するためのリンス溶液が収容されたリンスタンクを有し、
前記ストリッピングタンクからの溶解金属を含んだ電解液を受容して前記ストリッピングタンクからの電解液を純粋化し、電解液を純粋化された形態としてストリッピングタンクに戻すための蒸留ユニットを有し、
前記蒸留ユニットは、前記ストリッピングタンクからの使用済みの電解液を受容するとともに前記使用済みの電解液を蒸発させて溶解された金属が残るようにされたボイラと、前記蒸発された電解液を受容して前記電解液を凝縮して純粋な液相とするコンデンサと、を有し、および
前記純粋な電解液が前記ストリッピングタンクに重力によって戻されるように酸リターンラインが前記コンデンサと前記ストリッピングタンクとを接続するシステム。
【請求項２】
前記ストリッピングタンクは、前記ストリッピングタンクに浸漬された各エアフォイルに電流を流すための対向電極を少なくとも一つ有する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも一つの対向電極は、前記各エアフォイルに対称な電位分布を与えるようにデザインされた対向電極アレイを有し、前記対向電極アレイは、電気伝導性材料から形成され、前記参照電極は、水素参照電極アレイである、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記対向電極アレイは、フロントウォール、リアウォール、これらフロントウォールとリアウォールとを接続する２つのサイドウォール、及び前記フロントウォールとリアウォールとの間に延びる少なくとも一つのインサートを有し、
更に、前記少なくとも一つのエアフォイルを保持して当該エアフォイルを前記電解液バスストリッピング溶液に浸漬させるための固定具と、前記固定具と接触するよう前記対向電極アレイの前記ウォールの一つに固定された少なくとも一つのバスストリップとを有し、前記固定具を通じて前記バスストリップから各エアフォイルに電流が流される、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記ストリッピングタンク、前記リンスタンク、前記蒸留ユニットは、スキッド上に設けられる、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記蒸留ユニットは、更に、前記ボイラから集められた金属を排出するためのソレノイドバルブと、前記バルブを制御するための導電率計及び無電極導電率プローブと、を有する、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記リンスタンクは、前記リンスタンク内のリンス溶液の質を監視するための導電率プローブと、前記リンスタンク内に設けられて酸及び溶解された金属の洗浄水を純粋化するためのサーキュレーテイングポンプと、前記リンス溶液から、溶解された金属を除去するためのフィルタと、を有する、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
電源と、前記参照電極と前記少なくとも一つのエアフォイルとの間の電位を測定して前記電位を表す信号をコンピュータに送るための第１のデジタルマルチメータと、を有し、
前記電源は、前記参照電極と前記少なくとも一つのエアフォイルとの間のターゲット電圧を維持するための調整可能な電流出力を有し、前記コンピュータは、前記参照電極と前記少なくとも一つのエアフォイル間の電位変化の関数として電源の電流セットポイントを修正するように用いられる、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
対向電極又は前記ストリッピングタンク内の前記少なくとも一つのエアフォイルと電源とに電気的に接続されたシャントレジスタと、前記シャントレジスタにかかる電圧を測定することで前記ストリッピングタンク内の実際の電流を監視して前記監視された電流を表す信号を前記コンピュータに送る第２のデジタルマルチメータと、前記ストリッピングタンク内での抵抗が増加するにつれて前記ストリッピングタンク内の電流に対する精密な調整を可能とするための電源ショーティングレジスタと、を有する、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記ストリッピングタンク内に配置されて前記電解液バスの電気伝導率及び温度を監視する第１の導電率プローブと、前記第１の導電率プローブからデータを受けるためのデータ取得システムと、前記データ取得システムに接続されて前記ストリッピング溶液の酸濃度を決定するようにプログラムされた前記コンピュータと、前記リンスタンク内に配置されて当該リンスタンク内の前記リンス溶液の質を監視して前記リンス溶液の質を表す第２の信号を生成するための第２の導電率プローブと、を有し、
前記データ取得システムは、前記第２の信号を前記第２の導電率プローブから受けて、前記リンス溶液の質をオペレータに通知するようにされている、請求項８記載のシステム。
【請求項１１】
前記ストリッピングタンク内の前記電解液バスは、3vol%〜15vol%の酸を含み、この酸は、硝酸、塩酸のいずれかである、請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
電気化学バスを用いてエアフォイルからコーティングを除去するとともに、前記電気化学バスを再生及びリサイクルする方法であって、
前記電気化学バス内の前記エアフォイルが参照電極に対して絶対電位が制御された状態に維持された状態で、前記エアフォイルから前記コーティングが除去されるに十分な時間前記エアフォイルを前記電気化学バスに浸漬することでエアフォイルからコーティングを除去するステップと、大気蒸留によって、前記電気化学バスを再生するステップと、を有し、
前記コーティングの除去が完了した後に前記エアフォイルを前記電気化学バスから除去して、当該エアフォイルをリンスタンク内でリンス溶液に浸漬させ、リンス溶液の質を監視して前記リンス溶液の質が許容できない場合にはオペレータにそのことを通知し、
前記電気化学バス及び前記エアフォイルが収容されたストリッピングタンク内の電極アレイと前記エアフォイルに電流を流す前記電気化学バスの電流出力を調整することで前記除去するステップの間ターゲット電位を維持し、前記ストリッピングタンク内のセル電流を監視する、方法。
【請求項１３】
前記再生するステップは、溶解された金属が受容された前記バスから使用済みの電解液をボイラへと導入するステップと、前記ボイラ内に溶解された金属を残して前記使用済みの電解液を蒸発させるステップと、前記蒸発された電解液を凝縮して液相とするステップと、前記電解液を前記電気化学バスに再導入するステップと、を有する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記溶解された金属を、濃縮された状態で前記ボイラから排出するステップを有する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記セル電流を監視するステップは、シャントレジスタを配置して、前記シャントレジスタに係る電圧をデジタルマルチメータを用いて測定することを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
ショーティングレジスタを用意し、セル抵抗が増加するにつれて前記セル電流が精密に調整可能となるように前記ショーティングレジスタを用いる、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記電気化学バスの温度と伝導率とを監視し、監視された伝導率と温度とを用いて前記電気化学バス溶液の金属量を決定する、請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一体化された水管理及び酸リサイクリングシステムを有するワーク（workpiece）からコーティングを除去するシステム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機のガスタービンエンジンは、定期的に稼動ラインから外されて定期点検が行われる。エンジンのブレードやベーン（以下、これらをまとめて「エアフォイル」と記載する）の定期修理手順には、その表面から、劣化したコーティングを剥がして再コーティングすることが含まれる。これらのコーティングは、通常、アルミナイドコーティングまたはMCrAlYコーティングが用いられる。下層をなすエアフォイルのベース金属は、通常、ニッケルベース合金又はコバルトベース王金である。これらのコーティングによって、エアフォイルに対して、その稼働環境下における熱腐食に対するバリアが形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、これらのアルミナイド及びMCrAlYコーティングは、硝酸溶液（アルミナイドタイプコーティングを除去するため）または塩酸溶液の高濃度溶液に、上述のパーツを高温で６時間まで浸漬することで除去されていた。この浸漬プロセスには、いくつかの難点がある。
【０００４】
まず、上述の浸漬プロセスは、非常に労働集約的であり、不均一で予測不能な結果を生じるおそれがある。浸漬プロセスが適切になされない場合、エアフォイルが損傷または破壊されるおそれがある。更に、各エアフォイルのパーツにおいては、酸の浸漬溶液に対してセンシティブな領域を保護するために広範囲にマスキングを行う必要がある。このような領域としては、エアフォイルの内表面やルートセクションが挙げられる。これらのマスキング処理はコストが高く、修理プロセスの時間が長くなり、また、マスキング処理が適切になされない場合は、パーツの損傷及び破壊を招いてしまう。更に、これらの浸漬プロセスは、酸溶液を多量に浪費するおそれがある。この酸溶液は、サイクルタイムが長く、酸溶液の加熱に多量のエネルギーを要するだけでなく、適切に廃棄することも必要である。
【０００５】
エンジンのメンテナンス及び修理において、エアフォイルのコーティングを剥がす技術、即ちコーティングストリッピング技術を改良することが求められている。この改良されたエアフォイルのコーティングストリッピングプロセスは、サイクルタイムが短縮され、必要な労働力を削減することができ、廃棄物の毒性が低く、加熱に要するエネルギーが少なく、損傷や破壊やリサイクルが必要となるパーツが殆どなくなるようにその剥離あるいは除去結果が均一で予測可能であるものとすべきである。このような剥離あるいは除去プロセスは、１９９８年１２月１８日に出願された、「エアフォイルのフィードバック制御剥離(FEEDBACK CONTROLLED STRIPPING OF AIRFOILS)」米国特許出願０９／２１６，４６９号に開示されている。このプロセスにおいては、コーティングは、エアフォイルの表面上の参照電極に対して絶対電気ポテンシャル即ち絶対電位を制御しながら、エアフォイルからコーティングが除去されるに十分な時間だけ当該エアフォイルを電気化学的酸浴に浸漬させることで、コーティングを電気化学的にエアフォイルから剥離している。
【０００６】
上述の剥離プロセスを商用とするために、消費される剥離用溶液及び剥離溶液の洗浄により生じる排水を管理する必要がある。そのためには、従来、大規模な廃水処理プラントが必要とされていた。
【０００７】
従って、本発明は、多様なワークからのコーティングのストリッピング(剥離)あるいは除去に用いられ得る、水管理及び電解液リサイクリングシステムが統合されたフィードバック制御剥離システムを提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、上述のシステムを多様なワークからコーティングを剥離するための方法を提供することを更なる目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、本発明に係るシステム及び方法によって達成できる。
【００１０】
本発明によれば、電解液リサイクリングが統合されたフィードバック制御ストリッピングシステムが提供される。これにより、ロウ付け及びはんだ付けコンパウンドを希酸の冷間条件下で電位制御ストリッピング(controlled potential stripping)を用いたマスキングを行うことなく金属から除去することができるだけでなく、タービンブレード、ベーン、及びその他のワークから保護コーティングを除去することが可能となる。この酸蒸留に基づいたリサイクリングシステムを統合することにより、ストリッピング溶液の化学的性質を安定させる一方で、このプロセスから生成される化学廃棄物の体積を最小限に抑えることが可能となる。廃棄排水ゼロ装置を統合することで、このシステムを、中央排水処理プラントのない施設に配置することが可能となる。
【００１１】
本発明に係るコーティング除去システムは、電解液バスに浸漬された少なくとも一つのワークからコーティングを除去するための電解液バスストリッピング溶液が収容されるとともにこの電解液バス内に浸漬された参照電極に対して前記少なくとも一つのワークにおいて絶対電位が制御されたストリッピングタンクを有し；前記少なくとも一つのワークからのコーティング除去が完了した後に当該少なくとも一つのワークを洗浄するためのリンス溶液が収容されたリンスタンクを有し；かつ、前記ストリッピングタンクからの溶解金属を含んだ使用済みの電解液を受容して前記ストリッピングタンクからの電解液を浄化し、電解液を浄化された形態としてストリッピングタンクに戻すための蒸留ユニットを有する。商業的実施形態においては、上述のストリッピングタンク、リンスタンク、及び蒸留ユニットは、スキッドに設けられる。このコーティング除去システムは、システムを動作させるための制御モジュールを更に有する。
【００１２】
酸バスストリッピング溶液を用いてワークからコーティングを除去してストリッピング溶液を再生するための方法は、ワークからコーティングを除去するに十分な時間にわたってワークを電気化学酸バスに浸漬することでワークからコーティングを除去する一方で、電気化学バス内のワークに対しては参照電極に対して絶対電位が制御されて電気化学酸バスの空中への蒸留によって電気化学酸バスが再生されるようにする、コーティングのストリッピングステップを有する。
【００１３】
本発明に係るシステム及び方法のその他の詳細を、その他の目的及び利点とともに、図面を参照して以下に示す。なお、図面にては、実質同一部には同一符号を付して説明している。
【００１４】
また、本発明は、以下のように構成することも可能である。
【００１５】
コーティング除去システムであって、電解液バスに浸漬された少なくとも一つのワークからコーティングを除去するための電解液バスストリッピング溶液が収容されるとともにこの電解液バス内に浸漬された参照電極に対して前記少なくとも一つのワークで絶対電位が制御されるストリッピングタンクを有し、前記少なくとも一つのワークからのコーティング除去が完了した後に当該少なくとも一つのワークを洗浄するためのリンス溶液が収容されたリンスタンクを有し、前記ストリッピングタンクからの溶解金属を含んだ電解液を受容して前記ストリッピングタンクからの電解液を純粋化あるいは濃縮してストリッピングタンクに戻すための蒸留ユニットを有するシステム。
【００１６】
好ましくは、前記ストリッピングタンクは、前記ストリッピングタンクに浸漬された各ワークに電流を流すための対向電極を少なくとも一つ有する。
【００１７】
前記少なくとも一つの対向電極は、前記各ワークに対称な電位分布を与えるようにデザインされた対向電極アレイを有し、前記対向電極アレイは、電気伝導性材料から形成され、前記参照電極は、水素参照電極アレイとすることもできる。
【００１８】
前記対向電極アレイは、フロントウォール、リアウォール、これらフロントウォールとリアウォールとを接続する２つのサイドウォール、及び前記フロントウォールとリアウォールとの間に延びる少なくとも一つのインサートを有し、更に、前記少なくとも一つのワークを保持して当該ワークを前記電解液バスストリッピング溶液に浸漬させるための固定具と、前記固定具と接触するよう前記対向電極アレイの前記ウォールの一つに固定された少なくとも一つのバスストリップとを有し、前記固定具を通じて前記バスストリップから各ワークに電流が流されることにより電流が各ワークに流れるようにしてもよい。
【００１９】
前記ストリッピングタンク、前記リンスタンク、前記蒸留ユニットは、スキッド上に設けてもよい。スキッドとしては、台座や基体、支持台等が挙げられ、このようなスキッドにストリッピングタンク、リンスタンク、蒸留ユニットの一部またはすべてを一体化することもできる。また、その他請求項に記載された装置や手段等を併せて一体化しても良い。
【００２０】
前記蒸留ユニットは、前記ストリッピングタンクからの使用済みの電解液を受容するとともに前記使用済みの電解液を蒸発させて溶解された金属が残るようにされたボイラと、前記蒸発された電解液を受容して前記電解液を凝縮して純粋な液相とするコンデンサと、を有し、前記純粋な電解液が前記ストリッピングタンクに重力によって戻されるように酸リターンラインが前記コンデンサと前記ストリッピングタンクとを接続し、前記蒸留ユニットは、更に、前記ボイラから集められた金属を排出するためのソレノイドバルブと、前記バルブを制御するための導電率計及び無電極導電率プローブとを有するようにしてもよい。
【００２１】
前記リンスタンクは、前記リンスタンク内のリンス溶液の質を監視するための導電率プローブと、前記リンスタンク内に設けられて酸及び溶解された金属の洗浄水を純粋化するためのサーキュレーティングポンプと、前記リンス溶液から、溶解された金属を除去するためのフィルタと、を有するようにしてもよい。
【００２２】
また、電源と、前記参照電極と前記少なくとも一つのワークとの間の電位を測定して前記電位を表す信号をコンピュータに送るための第１のデジタルマルチメータと、を有し、前記電源は、前記参照電極と前記少なくとも一つのワークとの間のターゲット電圧を維持するための調整可能な電流出力を有し、前記コンピュータは、前記参照電極と前記少なくとも一つのワーク間の電位変化の関数として電源の電流セットポイントを修正するように用いられるようにしてもよい。
【００２３】
対向電極又は前記ストリッピングタンク内の前記少なくとも一つのワークと電源とに電気的に接続されたシャントレジスタと、前記シャントレジスタにかかる電圧を測定することで前記ストリッピングタンク内の実際の電流を監視して前記監視された電流を表す信号を前記コンピュータに送る第２のデジタルマルチメータと、前記ストリッピングタンク内での抵抗が増加するにつれて、前記ストリッピングタンク内の電流に対する精密な調整を可能とするための電源ショーティングレジスタと、を有する構成をとることもできる。
【００２４】
前記ストリッピングタンク内に配置されて前記電解液バスの電気伝導率及び温度を監視する第１の導電率プローブと、前記第１の導電率プローブからデータを受けるためのデータ取得システムと、前記データ取得システムに接続されて前記ストリッピング溶液の酸濃度を決定するようにプログラムされた前記コンピュータと、前記リンスタンク内に配置されて当該リンスタンク内の前記リンス溶液の質を監視して前記リンス溶液の質を表す第２の信号を生成するための第２の導電率プローブと、を有し、前記データ取得システムは、前記第２の信号を前記第２の導電率プローブから受けて、前記リンス溶液の質をオペレータに知らせるように構成することもできる。
【００２５】
前記ストリッピングタンク内の前記電解液バスは、約３vol%〜約１５vol%の酸を含み、この酸はリンス溶液、硝酸、塩酸のいずれかとしてもよい。
【００２６】
本発明の他の形態として、電気化学バスを用いてワークからコーティングを除去するとともに、前記電気化学バスを再生及びリサイクルする方法であって、前記電気化学バス内の前記ワークが参照電極に対して絶対電位が制御された状態に維持された状態で、前記ワークから前記コーティングが除去されるに十分な時間前記ワークを前記電気化学バスに浸漬するステップと、大気蒸留によって、前記電気化学バスを再生するステップと、を有する方法も提供される。
【００２７】
好適には、前記再生するステップは、溶解された金属が受容された前記バスから使用済みの電解液をボイラへと導入するステップと、前記ボイラ内に溶解された金属を残して前記使用済みの電解液を蒸発させるステップと、前記蒸発された電解液を液相に凝縮させるステップと、前記電解液を前記電気化学バスに再導入するステップと、を有する。
【００２８】
前記溶解された金属を、濃縮された状態で前記ボイラから排出するステップを有するようにしても良い。
【００２９】
前記コーティングの除去が完了した後に前記ワークを前記電気化学バスから除去して、当該ワークをリンスタンク内でリンス溶液に浸漬させ、リンス溶液の質を監視して前記リンス溶液の質が許容できない場合にはオペレータにそのことを通知し、前記電気化学バス及び前記ワークが収容されたタンク内の電極アレイと前記ワークに電流を流す前記電気化学バスの電流出力を調整することで前記除去するステップの間ターゲット電位を維持し、前記ワーク及び前記電気化学バスが収容された前記タンク内のセル電流を監視する、構成も提供される。
【００３０】
前記セル電流を監視するステップは、シャントレジスタを配置して、前記シャントレジスタに係る電圧をデジタルマルチメータを用いて測定することを含むようにしてもよい。
【００３１】
ショーティングレジスタを用意し、セル抵抗が増加するにつれて前記セル電流が精密に調整可能となるように前記ショーティングレジスタを用いる構成としてもよい。
【００３２】
前記電気化学バスの温度と伝導率とを監視し、監視された伝導率と温度とを用いて前記電気化学バス溶液の金属量を決定する構成も提供される。
【００３３】
【発明の実施の形態】
ここでは、「参照電極に対して制御された絶対電位」とは、電気化学酸バス内の３線式電極セットアップにおける不分極参照電極と、エアフォイル（動作電極として）と、の間で測定された電位が、エアフォイルのベースメタルからコーティングのストリッピングが適切なレートとなるように制御されることを意味する。
【００３４】
また、「エアフォイル上の制御された電流密度」は、エアフォイルの絶対電位が電気化学酸バス内に存在する不分極電極参照電極に対して監視され、一方、電流は、電気化学酸バス内のカウンタ電極即ち対向電極とエアフォイルとの間の電流として測定されることを意味する。
【００３５】
「３線式電極セットアップ」とは、エアフォイルを作動電極（working electrode)として用いる一方で少なくともひとつの対向電極と不分極化された参照電極を電気化学酸バス内に有することを意味する。
【００３６】
「コーティング」とは、エアフォイルに形成されるコーティングであって、例えば、バリアコーティング、金属パーツに用いられるはんだ付け又はロウ付けコンパウンド、鋼製のコンポーネントに形成された電気メッキ等をいう。
【００３７】
本発明において、タービンブレードやベーン及びその他の金属オブジェクト等のワークからのコーティングのストリッピングを行うため、及び/または、金属ワークからのロウ付けやはんだ付けコンパウンドの除去に用いられる技術は、ワークに対して外部からアノード電流（external anodic current）を流し、これによりワークの電位を上昇させることに基づいている。従って、従来の浸漬プロセスよりも低い酸濃度、低い動作温度、及び/または短時間の少なくともいずれかを達成したうえで、酸ストリッピングプロセスのレートを、大きく上昇させることができる。このように従来よりも穏やかな溶液、低温、又は短い反応時間あるいはこれらの組み合わせを用いることにより、従来よりも低コストでかつ複雑でないマスキング材を用いることが可能となっている。更に、コーティング材が除去される際には、電気化学電流を自動的に停止又は反転させることで、所望のストリッピング効果を、過度のストリッピング及び/またはそれによるワークの破壊や損傷を招くことなく達成することも可能である。
【００３８】
本発明は、絶対電位が制御されたストリッピングを行うことで達成される。このプロセスにより除去可能なコーティングとしては、１つあるいは複数のアルミナイド−タイプコーティング又は１つあるいは複数のMCrAlYタイプコーティングあるいはこれらの混合物が挙げられる。MCrAlYタイプコーティングの一例としては、NiCoCrAlY、NiCrAlY及び/またはCoCrAlYが挙げられる。本発明の技術は、ロウ付けやはんだ付けコンパウンドを金属コンポーネントから除去するのにも用いることができる。
【００３９】
電位が制御されたストリッピングにおいては、好適には、酸バス内のワークに対して一定の絶対電位がかけられる。一定値の電圧をかけることで、コーティング／ロウ付け／はんだ付け材質を溶解させるための活性化エネルギーが得られ、かつ、コーティング／ロウ付け／はんだ付け材料とワークのベース材との間の固有腐食電流密度に差が生じる。これに代えて、状況によっては、参照電極に対して絶対電位を可変とすることが望まれる場合も生じる。ワークの絶対電位を制御することで、コーティング除去レートは、時間と共に変化する（即ち、除去が進むにつれてレートが小さくなる）。この形態においては、コーティング／ロウ付け／はんだ付けの除去に対して良好な選択性が得られるが、電源の電位を一定とする、つまりポテンシオスタットな状態とするという複雑な処理が必要となる。従って、選択制が主に問題となるときは、制御された絶対電位ストリッピングが好適である。
【００４０】
この電気化学反応を進行させるにあたっては、最適な電位を選択することが望ましい。この最適レベルは、ワーク金属からのコーティングされた材質、ロウ付けされた材質、はんだ付けされた材質のストリッピングが選択的に行われる最適ポイントが見つかるように、コーティングされストリッピングされているワークの電流密度を測定することによって知ることができる。
【００４１】
好適には、電気化学的タンクは、標準的な酸耐性材質のいずれでもよい。ワークに対して、外部アニオニック電流（external anionic current)を流してもよく、このワークは、タンク内の酸性電解質に完全あるいは部分的に浸漬することが可能である。このバスでは、ワークそのものが作動電極となる。一つ以上の対向電極(好適には、標準的なグラファイト電極)がバス内に設けられることとなる。バス内には、参照電極(Ag/AgCl又は水素参照電極)もまた設けられる。特に、ワークを最初に適切にマスクして(従来の浸漬プロセス即ちソーキングプロセスにおいて要求されたマスクよりも小さくできる)、酸にセンシティブな領域がカバーされるようにしてもよい。好適には、ワークは、ワークのルート部またはベース部に固定された絶縁取付具に固定される。上記ルートまたはベースセクションは、バスに浸漬させなくともよく、このことから、従来の浸漬ストリッピングプロセスとは異なり、マスキングは不要である。この一つ以上のワークを保持するための絶縁取付具は、好適には、チタン又はその他の貴金属よりなる。他の形態では、ワークのルート部またはベース部、及びその他の酸にセンシティブな部位をマスキングした後に、ワークを完全に浸漬させる。
【００４２】
動作においては、ワークのコーティングされた／ロウ付け、はんだ付けされたワークのルート又はベース部は、好適には、チタン固定具またはその他のタイプの絶縁固定具に固定、あるいはクランプされる。その後、ワークを部分的又は完全に酸溶液に浸漬させる。そして、ワークの絶対電位が制御された状態として電流が流される。バス内のワークの電位を測定あるいは監視するために、参照電極が用いられる。電位が制御されたストリッピングにおいては、参照電極は、ポテンシオスタット／ガルバノスタットに接続され、これによって、ストリッピングの程度が監視される。
【００４３】
電気化学的ストリッピングバスには、適切な酸溶液のいずれかが入れられる。好適には、酸は、硝酸又は塩酸である。酸の濃度は、濃縮溶液までのどの濃度でもよい。約３vol%〜５vol%のテクニカルグレード(technical grade)の酸水溶液(最も好適には硝酸またはＨＣｌ水溶液)とすることが好適である。酸溶液がより濃縮されると、より選択性が高くなるからである。
【００４４】
本発明を実効するために用いられる電気化学的オペレーションは、ワークのベース金属を害することなくコーティング／はんだ／ロウをワークから除去することのできる適切な時間及び温度を用いて実行される。好適には、これらのストリッピングオペレーションは、室温において約１５分から３００分実効されるこれらの条件は、従来の浸漬プロセスよりも低温かつ短時間なものとなっている。
【００４５】
ストリッピングプロセスの終点は、通常の終点検出技術によって予測することができる。これらの終点検出技術としては、電流／時間のカーブを電流がゼロとなるのに対応した時間にまで直線外挿、初期電流から測定された電流への所定の比、所定の交流電流(ＡＣ)または電圧測定、プロセスが停止あるいは逆反応が開始される所定の絶対定量終点の電流値を用いることが挙げられる。
【００４６】
以下の試験例を通じて、本発明を更に説明する。
【００４７】
試験例１−４
試験例１アルミナイドコーティングの電位が制御されたストリッピング
アルミナイドコーティングがなされた(約０．００１''厚)６つのエアフォイル(PW4000 2nd ステージ ブレード、単結晶ニッケル−ベース超合金ベース金属)を用意し、そのルートセクションをチタン固定具にクランプした。これらのコーティングされたエアフォイルは、５０００時間〜１１０００時間エンジンで用いられたものである。これらの６つのエアフォイルは、室温で５vol%の塩酸水溶液が収容されたタンクに、チップ−ダウン(tip-down)方向で、即ちエアフォイルの先端が下方を向くようにして浸漬された。エアフォイルのブレードのプラットフォームレベルまでが浸漬されるようにして、コーティングの除去が必要な領域に酸溶液が接触する一方で、ルートセクションには酸溶液が接触しないようにした。
【００４８】
上述の酸タンクは、対向電極として機能する、３つのグラファイトプレートを備えたインサートをも有する。また、このタンクは、銀／塩化銀参照電極(例えば、GMC Corrosion社(Ontario, CA)製のモデルA6-4-PT)も備える。
【００４９】
回路が開放状態においては、ブレードは、Ag/AgClに対して-350mVの電位を示した。Ag/AgCl参照電極に対するブレードの電位は、外部電源によって、＋200mV(この値は、コーティング除去に対しての-350mV〜＋500mVにおける選択性が最も高くなるように、実験的に定められた値である)に調整された。ブレードと対向電極アセンブリの間の電流を監視(電流／時間の波形の微分に基づく外挿ゼロ点アルゴリズムによって)して、アルミナイドコーティングが完全に除去される時点を決定した。４５分後に、コーティングは完全にストリップされ、電流が止められ、エアフォイルがストリッピングバスから引き上げられた。
【００５０】
コーティング除去が完全であることは、非破壊にて、６つのエアフォイルのうちの一つを１０５０°Fにおける空気中での加熱着色によって特徴的な青が発色することで確認された。加えて、他のエアフォイルを切断し、メタログラフによって、コーティングの除去及びベース金属の損傷がないことも確認された。
試験例２
MCrAlYコーティングの電位が制御されたストリッピング
NiCoCrAlYコーティングがなされた(約０．００４''厚)６つのエアフォイル(PW4000 １st ステージ ブレード、単結晶ニッケル−ベース超合金ベース金属)を用意し、そのルートセクションをチタン固定具にクランプした。これらのコーティングされたエアフォイルは、５０００時間〜１１０００時間エンジンで用いられたものである。これらの６つのエアフォイルは、室温で５vol%の塩酸水溶液が収容されたタンクに、チップ−ダウン(tip-down)方向で、即ちエアフォイルの先端が下方を向くようにして浸漬された。エアフォイルのブレードのプラットフォームレベルまでが浸漬されるようにして、コーティングの除去が必要な領域に酸溶液が接触する一方で、ルートセクションには酸溶液が接触しないようにした。
【００５１】
上述の酸タンクは、対向電極として機能する、３つのグラファイトプレートを備えたインサートをも有する。また、このタンクは、試験例１にて用いられた銀／塩化銀参照電極をも備える。
【００５２】
回路が開放状態においては、ブレードは、Ag/AgClに対して-350mVの電位を示した。Ag/AgCl参照電極に対するブレードの電位は、外部電源によって、＋105mV(この値は、コーティング除去に対しての-350mV〜＋500mVにおける選択性が最も高くなるように、実験的に定められた値である)に調整された。ブレードと対向電極アセンブリの間の電流を監視(電流／時間の波形の微分に基づく外挿ゼロ点アルゴリズムによって)して、アルミナイドコーティングが完全に除去される時点を決定した。コーティングが完全にストリップされた後に、電流が止められ、エアフォイルがストリッピングバスから引き上げられた。
【００５３】
コーティング除去が完全であることは、非破壊にて、６つのエアフォイルのうちの一つを１０５０°Fにおける空気中での加熱着色によって特徴的な青が発色することで確認された。加えて、他のエアフォイルを切断し、メタログラフによって、コーティングの除去及びベース金属の損傷がないことも確認された。
【００５４】
以上、ストリッピングプロセスについて述べたが、次に、このプロセスを商用に適用することを主眼として説明する。図１に、本発明に係る商用システム１０を示す。この商用システムには、酸電解液バスストリッピング溶液を収容したストリッピングタンク１２と、リンス溶液、ここでは水、を収容したゼロディスチャージリンスタンク１４と、ストリッピング溶液のリサイクル及び再生を行うための蒸留ユニット１６が、コンテインメントスキッド１８に一体化されている。
【００５５】
ストリッピングタンク１２は、酸バスストリッピング溶液(図示せず)、参照電極２０、ストリッピング溶液の質を監視するための無電極導電率プローブ２４、例えば導電率計を備える。好適実施形態にては、参照電極２０は、実際には、水素参照電極アレイとする。このストリッピングタンクは、ストリッピング溶液にその全部または一部が浸漬された各ワーク３３に対して対称な溶液電位分布が得られるように設けられた対向電極アレイ３２、例えば図３に示されるもの、を備える。この対向電極アレイ３２は、グラファイトまたはその他の適切な電気伝導性材質から形成された４つのウォール６０，６２，６４，６６と、これもまたグラファイトあるいはその他の適切な電気伝導性材質から形成された一対のインサート７０，７２を有する。これらのインサート７０，７２は、コーナーピース７４またはその他の従来知られた適切な手段によってウォール６０，６２に固定されている。対向電極アレイ３２は、コーティング除去されるワーク３３が対称的に包まれるようにデザインされている。ここでは対向電極アレイ３２を一対のインサートとして示したが、このアレイは、インサート一つだけ、あるいは２つよりも多いインサートを用いてもよい。
【００５６】
対向電極アレイ３２のリアウォール６２は、そのトップに沿って設けられたバスストリップ３６を有する。このバスストリップ３６は、好適には、グレード２チタンプレートまたはその他の適切な電気導電性材料である。
【００５７】
図４に、ストリッピング溶液に入れられるワーク３３が固定具３４に、ワークホルダ３５を用いてクランプされた状態を示す。ワークホルダ３５は、従来知られた任意の適切な手段を用いることができる。固定具３４を通じて、バスストリップ３６から各ワークへと電流が流れる。固定具３４は、従来知られた任意の手段、例えばトラックに沿って移動可能なクレーンやホイスト(図示せず)を用いて、ストリッピングタンク１２に近づく方向、離れる方向に移動可能である。固定具３４は、また、ストリッピングオペレーションが終了した後に、ワーク３３をリンスタンク１４へと移動させるのにも用いることができる。リンスタンク１４では、ワークが洗浄され、残留ストリッピング溶液あるいは金属が除去される。
【００５８】
リンスタンク１４は、タンク内の洗浄水の質を監視するための導電率プローブ２６を有する。また、リンスタンク１４は、フィルタ２８、例えば混合樹脂イオン交換フィルタ、と、酸及び溶解された金属の洗浄水を純粋化するためのサーキュレーティングポンプ３０をも有する。フィルタ２８は、好適には、常に稼働される。導電率プローブ２６で測定されるリンスタンク１４内の洗浄水の導電率が所定の値を超えると、修正動作が必要であること、つまり、フィルタ２８の交換が必要であることが、オペレータに伝えられる。フィルタ２８が交換されるまでシステムをロックあるいはインターロック(interlock)するようにしても良い。
【００５９】
図６に、蒸留ユニット１６内の使用済みのストリッピング溶液を空中に蒸留させることにより、酸リカバリー及び酸再生が、ストリッピング用途のための低コスト酸蒸留システムを用いて達成されている状態を示す。この蒸留システムにおいては、使用済みの酸溶液は、重力によってストリッピングタンク１２からライン９１を通じて蒸留ユニット１６のボイラ９０へと供給され、酸が蒸発されて溶解された金属が使用済み酸溶液がボイラ９０に残される。このように生成された酸の上記は、コンデンサ９２へと送られて液相に戻される。ここで、純粋化、または濃縮された酸は、ストリッピングタンク１２へと重力によってライン９３を通じて戻る。ボイラ９０内に集められた溶解された金属は、１リットルあたり総金属が約１００グラムに、効果的に濃縮され、通常のストリッピングオペレーションに比較して排水が１０％削減された。濃縮された溶解された金属は、周期的に、ボイラ９０から除去される。このパージングは、無電極導電率プローブ９６と導電率メータ９８によって制御されて、ソレノイドバルブ９４によってなされる。
【００６０】
図２に示されるように、システム１０は、コンピュータ４２、データ取得ユニット４４、及びプログラマブル電源４６を備えたモジュール４０によって制御される。コンピュータ４２は、従来知られた、任意の言語でにて上述の機能を実行するようにプログラムされた任意の適切なものを用いることができる。オペレータインターフェース４７は、キーボード４８、マウス(図示せず)、ＣＲＴ５２、プッシュボタンコントローラ(図示せず)、及びクリスマスツリー５６がモジュール内に設けられている。モジュール４０は、コンテインメントスキッド１８に設けてもあるいは、コンテインメントスキッド１８とは独立に分離して設けてもよい。図５に、本発明に係るシステム１０にて用いられているデータ取得及び制御システムを示す。デジタルマルチメータ８０が設けられて、参照電極２０と、コーティングがストリップされる／されつつある状態でのワーク３３との間の電圧を測定するようにされている。ストリッピングプロセスでは、ＤＣ電源４６の電流出力を調整する、好適には一定電流モードとすることで、所定のターゲット電圧が維持される。
【００６１】
ターゲット電圧を維持するために必要な調整値は、コンピュータ４２を使用して決定され、好適には、セルの電流と、参照電極２０とワーク３３との間の電位変化と、の変化に追随するプログラムにて決定される。電源４６の動作モードは、このように監視され、無効な調整がなされないようになっている。電源４６がその電圧出力リミットに近づくと、自動的に一定電圧モードとなる。電圧出力が減少して電源４６が一定電圧モードに戻るまでは、この状況下では、電源調整は行われない。ストリッピングサイクルの終点は、コンピュータ４２によって、好適には、経過した時間とセル電流との重回帰分析によって、決定される。
【００６２】
ストリッピングタンク１２の実際のセル電流は、シャントレジスタ８４(shuntresistor)に係る電圧を、第２のデジタルマルチメータ８６を用いて測定することで監視される。シャントレジスタ８４は、対向電極又はストリッピングタンク１２内のワーク及び電源４６に電気的に接続されている。電源ショーティングレジスタ８８が制御システムに配置され、ストリッピング溶液内に溶解された金属の存在量が上昇するにつれてセル抵抗が上昇するにつれて、セル電流に対するより精密な調整が可能となっている。ストリッピングタンク１２内の導電率プローブ２４は、ストリッピング溶液の導電性及び温度の測定に用いられ、これらの特性を表す第１の信号をデータ取得システム４４に送る。ストリッピング溶液の金属量[メタルローディング(metal loading)]は、従来知られている任意の手法で、例えば溶液温度と導電率の直線回帰分析によって、コンピュータ４２によって決定される。ストリッピング溶液の酸濃縮は、溶液導電率に基づいたアルゴリズムを用いてコンピュータ４２によって決定可能である。
【００６３】
上述したように、リンスタンク１４内の導電率プローブ２６は、オペレータに対して、リンス溶液が許容限界を超えたかどうかを知らせる。図５に示されるように、導電率プローブ２６は、リンス溶液が許容範囲にあるかの状態を表す第２の信号を、データ取得システム４４に送る。リンス溶液が許容範囲になければ、フィルタ２８が交換され、洗浄液が許容可能な状態に戻るまで動作される。
【００６４】
オペレータインターフェース４７は、ストリッピングサイクルのパラメータ選定のためのインタラクティブスクリーンのセット、及び種々のその他のコントロールフィーチャを提供するためのフロントパネルプッシュボタン／セレクタスイッチからのデジタル入力を含む。例えば、オペレータインターフェース４７には、ストリッピングサイクルを開始させるための「サイクルスタート」プッシュボタンが含まれ、また、不正使用に対するセキュリティを与えるためのキー操作による「実行／停止」セレクタスイッチ、及びすべてのサブシステムを実行させるための「コントロールオン」プッシュボタンが配置される。２つの「緊急停止」のラッチングマッシュルームボタンボタンが配置されており、一つはオペレータコンソールに、他方はストリッピングタンク１２に設けられ、電源４６をシャットダウンできるようになっている。クリスマスツリー５６は、システム状況を視覚的に表示する。緑のライトは、セルのセットアップが進行している(一部ローディング中等)ことを示す。黄色のライトは、ストリッピングサイクルが進行していることを示す。赤のライトは、システムがアイドル状態にあることを示す。
【００６５】
上記は、参照電極配置[溶液IR補正(solution IR correction)が避けられるようにワークの近傍にAg/AgCl参照電極が設けられている]を用いるタイプのシステムを説明した。参照電極は、使用を簡単にするために、上述のＩＲ効果が補正された電位を用いて、ワークから離間した位置に設けるようにしてもよい。プラチナ又は水素参照電極のアレイを用いることもでき、それぞれ、ワークに近接して設けられ、より詳細な監視及び一度にストリッピングされるパーツの数を多くしての制御が可能となっている。これら２つのアレンジメントは、水素で溶液が飽和するに要する時間が減少されるように、一度に用いられてもよい。Ｐｔアレイ電極にスイッチするに十分な量の水素が生成されるまで、電位を監視及び制御するためのリモートAg/AgCl電極とＩＲ補正の制御方法を、本発明に用いることも可能である。
【００６６】
本発明のシステムは、多様なコーティングの除去に、多様な環境下で用いることも可能である。例えば、システム１０は、タービンブレード及びベーン及びその他のエアフォイルから熱バリアコーティング、アルミナイドコーティング、及びMCrAlYコーティングを除去するのに用いることができる。このシステムは、更に、金属ワークからのはんだやロウ付け接合コンパウンドの除去にも用いることができる。更に、本発明に係るシステムは、スチール部材からの電気メッキコーティングの除去にも用いることができる。
【００６７】
特定の機能及び分析のために、種々の数学的手法を説明したが、当業者で有れば、これらの機能及び分析に、その他の数学的手法を用いることもできる。
【００６８】
本発明は、その趣旨及び本質的特徴を逸脱することなく上述した形態とは異なる形態でも実施可能である。従って、上述の実施形態は、単に例示的なものと解すべきものであり、本発明の特許請求の範囲に記載された範囲を何ら制限するものではない。等価とみなされる範囲内の変更は、すべて特許請求の範囲に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水管理及び電解質リサイクリングシステムを備えたフィードバック制御ストリッピングシステムの概略説明図。
【図２】オペレータによるシステム制御用のモジュールの概略説明図。
【図３】図１のシステムにおけるストリッピングタンク内で使用されるカウンター電極アレイの説明図。
【図４】処理されるワークピースを保持する固定具の説明図。
【図５】図１のシステムを用いたデータ取得及び制御システムの説明図。
【図６】酸ストリッピング溶液をリサイクルするための図１に係るシステムを用いた蒸留ユニットの説明図。
【符号の説明】
１０      商用システム
１２      ストリッピングタンク
１４      リンスタンク
１６      蒸留ユニット
１８      コンテインメントスキッド
２０      参照電極
２４、２６  導電率プローブ
２８      フィルタ
３２      対向電極アレイ
３３      ワーク
３４      固定具
３５      ワークホルダ
３６      バスストリップ
４０      モジュール
４２      コンピュータ
４４      データ取得システム
４６      電源
４７      オペレータインターフェース
４８      キーボード
６０，６２，６４，６６  ウォール
７０      インサート
８０      デジタルマルチメータ
８４      シャントレジスタ
８６      デジタルマルチメータ
８８      電源ショーティングレジスタ
９０      ボイラ
９１      ライン
９２      コンデンサ
９３      ライン
９４      ソレノイドバルブ
９６      無電極導電率プローブ
９８      導電率メータ
【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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【図６】
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