Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

NbC-basierte Hartmetallzusammensetzungen als strategischer Werkstoffersatz für WC-Co in der Oberflächentechnik

Die Dominanz von WC-Co sowohl in der Beschichtungstechnik und in der Metallbearbeitung basiert auf der nahezu perfekten Wechselwirkung von WC und Co und somit auf rein wissenschaftlich-technischen Gründen. In den letzten Jahren häufen sich bei den in der Oberflächentechnik tätigen KMU die Anfragen nach hoch verschleißfesten, Co-freien Schichten. Dies resultiert aus der Klassifizierung von Co als krebserregender Stoff im europäischen REACH Programm und den Einstufungen von Co und W als kritische Rohstoffe. Folglich muss langfristig ein leistungsfähiger Ersatz für die den Verschleißschutz dominierenden WC-Co und WC-CoCr Schichten gefunden werden.

Ziel des Vorhabens ist die strategische Substitution von WC-Co durch NbC(N) als Hartstoff und die Verwendung Fe-basierter Binder mit einem Anteil < 30 vol.-% bei gleichzeitiger Verbesserung der Schichteigenschaften. Zur Optimierung von Hartmetallmikrostruktur und -eigenschaften erfolgt eine Vorentwicklung mit gesinterten Hartmetallen. Dafür werden maßgeschneiderte Nb(C,N)-Hartstoffe synthetisiert und mit Fe-basierten Bindermetallen kombiniert.

Auf der Grundlage werden vielversprechende Hartstoff-Binder-Zusammensetzungen für die Herstellung experimenteller Beschichtungspulver abgeleitet und hergestellt. Der Verarbeitungsprozess (HVOF mit K2 und DJH, HVAF, Laserauftragschweißen) wird auf die Herstellung dichter Schichten mit hohem Auftragswirkungsgrad bei einem Minimum an Veränderung der chemischen und Phasenzusammensetzung hin optimiert. Zur Verifizierung und Einordnung des Substitutions- und Anwendungspotenzials der NbC-basierten Hartmetallschichten erfolgt ein Benchmarking mit etablierten WC-Co(Cr)-, Cr3C2-NiCr-, sowie (Ti,Mo)(C,N)-Schichten hinsichtlich ihres mechanischen, tribologischen und korrosiven Eigenschaftsprofils und ihrer Oxidationsbeständigkeit. Die KMU profitieren durch die Vermeidung kritischer Elemente und die wirtschaftlichen Vorteile der entwickelten Lösungen auf Grund einer wesentlich niedrigeren Dichte.