Untersuchungen zum Lasersintern von Wolframkarbid-Kobalt

Das Hartmetall Wolframkarbid-Kobalt (WC-Co) vereint die hohe Härte der WC-Phase mit der Zähigkeit der metallischen Bindephase Kobalt. Durch die chemische Zusammensetzung und das eingestellte Gefüge des Hartmetalls kann ein definiertes Eigenschaftsprofil erzeugt werden, das durch eine hohe Verschleißbeständigkeit sowie eine hohe chemische Stabilität bestimmt wird. Für die Herstellung von WC-Co-Produkten ist derzeit stets ein formgebendes Werkzeug oder eine kosten- und zeitintensive Bearbeitung von Halbzeugen erforderlich. Eine Verarbeitung von WC-Co durch einen generativen Fertigungsprozess wie Lasersintern ermöglicht eine künftige Einzelteil- oder Kleinserienfertigung von geometrisch komplexen Bauteilen und Werkzeugen aus Hartmetall. Anwendungen stellen beispielsweise hartmetallische Schneidwerkzeuge und Werkzeugeinsätze für abrasive Anwendungen in der Kunststoffverarbeitung dar. Lasersintern ist ein pulvermetallurgisches Verfahren, bei dem die Verfestigung des Pulvers lokal begrenzt innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums erfolgt. Durch die zyklische Wiederholung von schichtweisem Materialauftrag und lokaler Verfestigung des Werkstoffs mittels eines Laserstrahls kann die Technologie zur Fertigung komplex geformter Werkstücke eingesetzt werden. Bei einer Verarbeitung von WC-Co durch Lasersintern wird nur die niedrigschmelzende Komponente, also die metallische Bindephase Kobalt, kurzzeitig und lokal begrenzt in den schmelzflüssigen Zustand überführt. Die hochschmelzende WC-Phase wird nicht aufgeschmolzen und liegt nach Prozessende gleichmäßig in der Kobalt-Bindephase vor (Flüssigphasensintern). In dieser Veröffentlichung werden die werkstoff-, atmosphären-, laserstrahl- und prozessspezifischen Einflussgrößen auf die Verfestigung von WC-Co-Pulver unter der Einwirkung eines Laserstrahls erarbeitet. Ein Modell des Prozesses wird entwickelt, um den Pulverwerkstoff wie auch den Fertigungsprozess im Hinblick auf eine maximale Werkstoffdichte bei ausreichender Härte auszulegen. Die Erkenntnisse werden in experimentellen Untersuchungen angewandt und abschließend durch einen Wissenstransfer auf Pilotanwendungen validiert. Diese Anwendungen stellen WC-Co-Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung und Verschleißteile für den Sondermaschinenbau dar.