Neue Wege zur Optimierung der Eigenschaftsprofile von Hartmetallen über sogenannte Multielementlegierungsbinder

Abstract

Die Suche nach alternativen Bindern für Hartmetalle auf WC-Basis ist seit ihrer Einführung als technischer Werkstoff ein Thema von Interesse. In letzter Zeit haben neue Vorschriften, ökologische Bedenken und wirtschaftlicher Druck dazu geführt, dass erneut nach praktikablen Alternativen zu Co gesucht wird. In dieser Studie wird die Verwendung von Multielementlegierungen, auch bekannt als Hochentropie-Legierungen, als Binderlegierung untersucht. Dieses neuere Legierungskonzept muss angepasst werden, um den Einschränkungen Rechnung zu tragen, die sich aus der Wechselwirkung mit WC im Verbundwerkstoff ergeben. Der Hauptfokus dieser Arbeit bestand darin, solche Wechselwirkungen und den Einfluss der Binderlegierung auf die Hartmetalleigenschaften zu untersuchen. Die Kandidaten von mit WC kompatiblen Legierungszusammensetzungen wurden durch thermodynamische Berechnungen bewertet. Diese bieten die Möglichkeit die Phasenbildung und Löslichkeiten verschiedener Elemente zu bewerten. Die experimentelle Validierung der Berechnungen bildet die Grundlage für die Herstellung von Hartmetallen mit Multielement-Bindern und verschiedenen WC-Korngrößen und Binderanteilen. Zusätzlich wurden die Verarbeitungsparameter für die Herstellung der Hartmetalle untersucht und optimiert. Abschließend wurden die mechanischen und sonstigen Eigenschaften der verschiedenen Bindersysteme verglichen.

The search for alternative binders in WC-based hardmetals has been a focal point since their inception as an engineering material. Recently, new regulations, ecological concerns, and economic pressures have prompted a renewed push to identify viable alternatives to Co. This study explores the utilization of multi-element alloys, also known as high entropy alloys, as a binder. This recent alloying concept needs to be adjusted to accommodate the constraints posed by the interaction with WC in the composite material. The main objective was to investigate such interactions and the influence of the binder alloy on the hardmetal properties. Therefore, compatible alloy compositions with WC were identified using thermodynamic calculations to evaluate phase formation and solubilities. The experimental validation of these calculations forms the basis to produce hardmetals that incorporate multi-element binders and features various WC grainsizes and bindercontents. Additionally, the investigation and optimization of processing parameters for producing the hardmetals were conducted. Finally, a comparison is made between the various binder systems' mechanical and other properties.