Hartmetalle gehören aufgrund ihrer herausragenden 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.
Die hervorragenden Eigenschaften von Wolframcarbid-Cobalt 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. Ihre Gewinnung und Verarbeitung sind zudem stark auf wenige Förder- und Verarbeitungsregionen fernab von Deutschland konzentriert, wodurch Abhängigkeiten in den Lieferketten entstehen.
Vor diesem Hintergrund suchten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik (Leitung: Prof. Dr. Thomas Lampke) der Technischen Universität Chemnitz und des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS, Dresden, nach einer Alternative zu etablierten WC-Co-Hartmetallen.
Das 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; das Projekt wurde unter dem Dach der AIF-Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS durchgeführt. 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 Prof. 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 global konzentrierter Lieferketten und damit verbundene Preis- und Versorgungsrisiken. Unsere beschichteten Demonstratorbauteile, 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.
Auswahl IGF-Projekt des Jahres
Aus den jährlich rund 500 abgeschlossenen IGF-Projekten können die beteiligten Forschungsvereinigungen jeweils ein Projekt für den Wettbewerb um das IGF-Projekt des Jahres nominieren. Für das Projekt NbC-basierte Hartmetallzusammensetzungen als strategischer Ersatz für WC-Co in der Oberflächentechnik übernahm dies in diesem Jahr die Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS. Aus den etwa 20 eingereichten Projekten wurden durch ein Auswahlgremium der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) drei Finalisten ausgewählt. Auf dem IGF-Kongress im September 2026 in Berlin stellten die Finalisten ihre Projekte in Pitches vor. Anschließend entschied das Publikum über den Sieger. Die Auszeichnung IGF-Projekt des Jahres ging dabei an das gemeinsame Forschungsprojekt der TU Chemnitz und des Fraunhofer IKTS.
Mario Steinebach
Kontakt
Prof. Dr. Thomas Lampke,
E-Mail: thomas.lampke@mb.tu-chemnitz.de
Maximilian Grimm,
E-Mail: maximilian.grimm@mb.tu-chemnitz.de
- www.tu-chemnitz.de
Text zum Titelbild: Die am Projekt Beteiligten des IKTS und der TU Chemnitz nahmen die Auszeichnung IGF-Preis des Jahres 2026 am 29. September in Berlin entgegen (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: AIF)
