Neue Möglichkeiten für die Fertigung von Hartmetall mit verbesserten mechanischen Eigenschaften
Wolframkarbid ist ein leistungsstarkes Material aus Kohlenstoff und dem seltenen Metall Wolfram. Es wird eingesetzt, um Hartmetalle wie Wolframkarbid-Cobalt herzustellen, deren Härte nur von Diamant übertroffen wird. Wolframkarbid ist in seiner Grundform ein feines graues Puder, kann jedoch in viele Formen gepresst und geformt werden und mit anderen Metallen vereint oder verbunden werden. Das vielseitige Puder wird verwendet, um Hartmetallwerkzeuge herzustellen, die bei vielen verschiedenen Anwendungen und in unterschiedlichen Industriebereichen benötigt werden, unter anderem der Fertigung für die Automobilbranche sowie Luft- und Raumfahrt, dem Bauwesen, dem Tage- und Untertagebau, der Öl- und Gasförderung sowie in der Produktion. Hartmetallprodukte sind bekannt für geringe Porosität, sehr hohe Härte und beachtliche Festigkeit.
Die Grenzen ausreizen
Wolframkarbid wird mit einer chemischen Reaktion erzeugt, bei der Wolfram mit Kohlenstoff bei sehr hohen Temperaturen von zwischen 1 450 °C bis vormals 2 200 °C reagieren. Dieser Prozess wird Karbonisieren genannt. Die zuverlässige Erzielung solch hoher Temperaturen in den verwendeten Thermoprozessanlagen stellt eine Herausforderung für den Anlagenbau dar. Im EU-finanzierten Projekt CARBIDE2500(öffnet in neuem Fenster) wurde die Möglichkeit dieser innovativen Ofentechnologie vorgeführt, beim Karbonisieren eine maximale Verfahrenstemperatur von 2 500 °C zu erreichen. Dies ist eine Erhöhung der bisherigen maximalen Verfahrenstemperatur um 300 °C auf einen neuen Höchstwert von 2 500 °C. Die neue Technologie ermöglicht die Herstellung von Wolframkarbid-Pulver mit einer größeren Vielfalt an Eigenschaften und für eine breitere Palette an Endprodukten. „Die neue Ofentechnologie sollte die Verfügbarkeit von Hochtemperatur-Wolframkarbid-Pulver erhöhen, was wiederum die Forschung und Entwicklung bezüglich der Auswirkungen von Prozessparametern, wie die der Temperatur, auf Pulvereigenschaften voranbringt“, erklärt Koordinator Reinhard Schummers. „Es ist die erste industrielle Ofenanlage mit Atmosphärendruck seiner Art, die bei 2 500 °C betrieben werden kann, 300 °C heißer als moderne industrielle Hochtemperatur-Ofenanlagen.“
Erweiterung der verfügbaren Wolframkarbid-Pulver-Mikrostrukturen für die Produktentwicklung mit Hartmetall
Zusätzlich zum Erreichen der Prozesstemperatur von 2 500 °C in der CARBIDE2500 Ofenanlage haben die Projektpartner Materialtests durchgeführt, um die Eigenschaften der Wolframkarbid-Pulver zu vergleichen, die aus den gleichen Materialien bei 1 600 °C, 2 200 °C und 2 500 °C hergestellt wurden. Diese Vorführungen führten zu zahlreichen nützlichen Erkenntnissen hinsichtlich des Potenzials zukünftiger Forschung zu den Auswirkungen der relevanten Prozessparameter. „Dank der Bereitstellung einer kleineren Ofenanlage, in der dieselben Bedingungen wie in einer industriellen Anlage herrschen, könnte sich die Produktentwicklung hinsichtlich der Karbonisierung von Wolfram einfacher gestalten“, merkt Schummers an. Die während des Projekts in der CARBIDE2500 Ofenanlage erzeugten Wolframkarbid-Pulver wurden umfassend analysiert. „Das bei 2 500 °C erzeugte Wolframkarbid-Pulver hat nicht nur eine entsprechend gröbere Körnung aufgrund der merklich erhöhten Kornbildung aufgewiesen“, fügt Schummers hinzu. „Auch die Mikrostruktur des Pulvers war einzigartig.“ Die Ofentechnologie wird zu mehr Flexibilität in Bezug auf die Prozessparameter während dem Karbonisierungsverfahren führen. „Das könnte dazu führen, dass Wolframkarbid-Pulver mit einem breiteren Spektrum an Materialeigenschaften auf dem Markt erhältlich sein werden“, fasst er zusammen.
Schlüsselbegriffe
CARBIDE2500, Wolframkarbid Pulver, Ofenanlage, Wolfram, Hartmetall, Karbonisieren
