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Metall Forscher entwickeln Alternative zu Wolframcarbid-Cobalt

Von TU Chemnitz 2 min Lesedauer

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Wissenschaftler der Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik der Technischen Universität Chemnitz und des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) haben mit Niobcarbid und Eisen eine rohstoffstrategische Alternative zu Wolframcarbid-Cobalt entwickelt.

Die am Projekt Beteiligten des IKTS und der TU Chemnitz wurden mit dem Award „IGF-Preis des Jahres 2026“ ausgezeichnet (v. l. n. r.): Jens Jerzembeck, Geschäftsführer der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS, Dr. Lutz-Michael Berger (IKTS), Maximilian Grimm (TU Chemnitz), Lukas Tegelkamp (TU Chemnitz), Dr. Susan Conze (IKTS) und Prof. Dr. Thomas Lampke (TU Chemnitz).(Bild: TU Chemnitz)
Die am Projekt Beteiligten des IKTS und der TU Chemnitz wurden mit dem Award „IGF-Preis des Jahres 2026“ ausgezeichnet (v. l. n. r.): Jens Jerzembeck, Geschäftsführer der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS, Dr. Lutz-Michael Berger (IKTS), Maximilian Grimm (TU Chemnitz), Lukas Tegelkamp (TU Chemnitz), Dr. Susan Conze (IKTS) und Prof. Dr. Thomas Lampke (TU Chemnitz).
(Bild: TU Chemnitz)

Hartmetalle gehören aufgrund ihrer Verschleißeigenschaften zu den bedeutendsten Verbundwerkstoffen für den Einsatz unter hoher mechanischer und tribologischer Belastung. Ihre Leistungsfähigkeit ergibt sich aus der Kombination eines sehr harten Hartstoffs, meist eines Karbids, mit einer verformbaren metallischen Bindermatrix. Mit Abstand am weitesten verbreitet ist das Hartmetall Wolframcarbid-Cobalt (WC-Co), das unter anderem für verschleißbeanspruchte Werkzeuge und Bauteile sowie als Werkstoff für thermisch gespritzte Verschleißschutzschichten eingesetzt wird.
Diese Eigenschaften von WC-Co gehen jedoch mit Herausforderungen bei der Rohstoffversorgung und beim Arbeitsschutz einher. Sowohl Wolfram als Bestandteil des Hartstoffs als auch Cobalt als Bindermetall zählen in der Europäischen Union zu den sogenannten „kritischen Rohstoffen“. Diese Rohstoffe können zudem auf wenige Förder- und Verarbeitungsregionen fernab von Deutschland gewonnen und verarbeitet werden, wodurch Abhängigkeiten in den Lieferketten entstehen.

Niob und Eisen als Alternative zu Wolfram und Cobalt

Deshalb haben Wissenschaftler der Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik unter der Leitung von Prof. Dr. Thomas Lampke der Technischen Universität Chemnitz und des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) in Dresden nach einer Alternative zu den etablierten WC-Co-Hartmetallen gesucht. Unter dem Dach der AIF-Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS durchgeführte Forschungsprojekt „NbC-basierte Hartmetallzusammensetzungen als strategischer Werkstoffersatz für WC-Co in der Oberflächentechnik“ setzt auf einen alternativen Werkstoff auf Basis von Niobcarbid (NbC) und eisenhaltigen Bindern. Die entwickelten Beschichtungen weisen eine hohe Verschleißbeständigkeit auf und können mit etablierter Anlagentechnik verarbeitet werden. „Mit NbC-Fe ist es uns gelungen, einen Werkstoff zu entwickeln, der eine leistungsfähige Alternative zu WC-Co darstellt und gleichzeitig das Potenzial bietet, die Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen zu verringern“, sagt Lampke.
Der entscheidende Vorteil des neuen Werkstoffsystems liegt dabei in der Kombination dieser technischen Eigenschaften mit einer veränderten Rohstoffbasis: Der Ersatz von Wolfram durch Niob und der Verzicht auf Cobalt als Bindermetall reduzieren die Abhängigkeit von global konzentrierten Lieferketten und damit verbundene Preis- und Versorgungsrisiken. „Unsere beschichteten Demonstrator-Bauteile – darunter auch Bremsscheiben – zeigen das Potenzial für weitreichende industrielle Anwendungen“, so Lampke. Das Vorhaben wurde im Rahmen der vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) geförderten Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) umgesetzt.

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