Das Projekt "SubsTungs - Substitution von Wolfram in Verschleißschutzschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Fakultät 3, Lehrgebiet Fertigungstechnik durchgeführt. Bei starkem Abrasionsverschleiß, wie er im Umgang mit mineralischen Gütern häufig auftritt, haben sich auftraggeschweißte Hartverbundschichten bewährt. Deren hoher Verschleißwiderstand beruht darauf, dass harte Wolframkarbidpartikel (WC oder WC/W2C) in hohen Gehalten (bis zu 40 Vol.-Prozent) einer metallischen Matrix auf meist Ni-Basis zugegeben werden. Die keramischen Wolframkarbide stellen sich furchenden mineralischen Partikeln in den Weg und sind aufgrund ihrer hohen Härte bei gleichzeitig hoher Bruchzähigkeit für den Verschleißwiderstand und die daraus resultierende Lebensdauer von Verschleißteilen verantwortlich. Da Wolfram gemäß mehrerer Studien zu den kritischen Rohstoffen gehört, ist das Gesamtziel des vorliegenden Verbundvorhabens die Entwicklung hochverschleißbeständiger wolframfreier Auftragschweißlegierungen. Wolframkarbid soll durch andere in Europa verfügbare und zugleich kostengünstige Hartstoffe ersetzt werden. Die Materialkosten der Auftragschweißung sollen zusätzlich durch die Substitution der bisher verwendeten Ni-Matrices erzielt werden. Es werden Fe-Basis-Matrices entwickelt. Als Hartstoffe werden Karbide, wie das hoch harte Siliziumkarbid, aber auch Oxide benutzt. Um sie ausreichend sicher in die Fe-Basis-Matrices einzubetten, müssen werkstofftechnische und technologische Untersuchungen durchgeführt werden. Werkstoffiechnisch werden Transferschichten vorgesehen, die eine optimale chemisch/physikalische Bindung zu der Matrix auf Fe-Basisgarantieren. Diese Transferschichtensollen einerseits unerwünschte Reaktionen zwischen dem Hartstoff und Metallmatrix unterbinden und andererseits eine metallurgische Hartstoffeinbindung in die Metallmatrix ermöglichen. In einem ersten Schritt gilt es, geeignete Transferbeschichtungen mittels der physikalischen und chemischen Gasphasenabscheidung auf den zuvor ausgewählten Hartstoffpartikeln zu platzieren. Gleichzeitig wird eigens für diesen Zweck eine pulvermetallurgische Hartlegierung auf Fe-Basis entwickelt und diese durch Gasverdüsen hergestellt. Technologisch wird das Metalipulver in einem weiteren Prozessschritt mit den beschichteten Hartstoffen vermengt und zu einem schweißbaren Pulvergemisch sowie zu Fülldrähten weiterverarbeitet. Die hergestellten Schweißzusatzwerkstoffe mit alternativen Hartstoffen sollen zu Panzerschichten auf Baustahlsubstraten mit den Auftragstechnologien: autogenes-, Fülldraht-. PTA-, UP-Schweißen, Laserschweißen sowie mittels lnduClad verarbeitet werden. Neben der Bewertung der hergestellten Panzerschichten bezüglich der tribologischen und mechanischen Eigenschaften unter Laborbedingungen gilt es, das Potential der neu entwickelten Panzerschichten unter realen Praxisbedingungen zu prüfen. Als Demonstrator wird auf Bauteile des in einen Bild darstellten Gewinnungsgerätes; insbesondere auf Schneiden von Grabgefäßen zurückgegriffen.
Das Projekt "Innovative Materialien für Solarzellen- Design und Demonstration (INSOLCELL)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Polymerforschung durchgeführt. 1. Vorhabenziel Dye-Sensitized Solar Cells (DSSC) werden als vielversprechende Solarzellentechnologie angesehen, da sie aus kostengünstigen und umweltfreundlichen Komponenten bestehen. Vor allem Elektrodenmaterialien wie Platin und Indium-Zinnoxid (ITO) werden als Gegenelektrode in DSSCs verwendet. Der Massenfertigung stehen jedoch die hohen Kosten und das limitierte Vorkommen von Platin und Indium im Weg. In diesem Projekt stellen wir verschiedene Ansätze für die Ersetzung von teuren Elektroden durch leitfähige graphitische Nanostrukturen vor. Das dotieren von Graphen (oder porösem Kohlenstoff) mit Heteroatomen (N, B und P) oder kostengünstigen Nanopartikeln wie TiN, MoC, FeN2, MoS2 und WC soll dabei die elektrokatalytische Leistungsfähigkeit aufgrund von Synergieeffekten verbessern. 2. Arbeitsplanung Das MPI für Polymerforschung wird in erster Linie die Synthese von Graphen und porösem Kohlenstoff mit Fremdatomen durchführen um eine hohe elektrokatalytische Aktivität zu erreichen. Ziel ist die Entwicklung von 3D Strukturen mit einer Oberfläche von über 1000 m2/g und die Verwendung von höchst leitfähigen und transparenten Kohlenstofffilmen, um FTO/ITO zu ersetzen. Zusätzlich werden katalytische Nanopartikel, wie TiN, MoC, FeN2, MoS2 und WC mit Graphen bzw. porösen Kohlenstoffsubstraten hybridisiert um einen synergetischen katalytischen Effekt für die Iod-Triiodid Redoxreaktion in DSSCs zu erzielen.
Das Projekt "Energieeffiziente Rückgewinnung von hochwertigen Rohstoffen aus Werkstoffverbunden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung durchgeführt. Werkstoffverbunde gewinnen bei der Effizienzsteigerung von Produkten zunehmend an Bedeutung. Die intelligente Kombination von Eigenschaften unterschiedlicher Materialien erlaubt eine Verbesserung der Gebrauchseigenschaften bei erhöhter Ressourceneffizienz. Jedoch können gerade Verbundwerkstoffe neue Umweltprobleme besonders in der Nachgebrauchsphase schaffen. Innerhalb der Studie soll deshalb das Potential lokale Ultraschallanregung zur gezielten und sekundenschnellen Vereinzelung von Werkstoffverbunden überprüft werden. Kern der Umsetzung ist dabei die Validierung dieses Verfahrens für Zerspanwerkzeuge wie Bohr-, Fräs- oder Sägewerkzeuge. Diese bestehen oft aus einem Hartmetall-Stahl-Verbund. Hartmetall besteht überwiegend aus Wolframcarbid, wobei die begrenzte Verfügbarkeit des Wolframgrundmaterials (Wolframit und Scheelit) wie auch der hohe Energieeinsatz für dessen Verarbeitung problematisch ist. Die Europäische Union stuft Wolfram daher als 'kritischen Rohstoff' ein. Bei einer jährlichen Anzahl von allein 200 Mio. produzierten Kreissägewerkzeugen, zeigt sich welch erhebliches Potential hier im Recycling der hochwertigen Hartmetall-Schneidstoffe steckt. Hierfür bedarf es jedoch einer wirtschaftlichen Lösung für das Auflösen der Fügeverbindung zwischen Schneide und Werkzeuggrundkörper. Eine solche wirtschaftliche Lösung ist heute nicht am Markt verfügbar, was zur Folge hat, dass solche Verbundwerkzeuge nicht sortenrein recycelt werden können und keine geschlossenen Stoffkreisläufe möglich sind.
Das Projekt "RecyTiC - Ressourcenschonende Werkstoffkonzepte für TiC-haltige Verschleißkomponenten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Institut für Werkstoffe, Lehrstuhl Werkstofftechnik durchgeführt. Das Ziel des Teilprojektes des Lehrstuhl Werkstofftechnik (LWT) ist die Entwicklung und Charakterisierung neuartiger Werkstoffe und Beschichtungen für Verschleißschutzanwendungen, die durch den Einsatz rezyklierter Hartstoffe eine hohe Ressourceneffizienz aufweisen und einen Beitrag zur Substitution von Wolframkarbid leisten. Neben werkstofftechnischen Untersuchungen, wie Gefügeuntersuchungen und der Bestimmung der mechanischen, chemischen und tribologischen Eigenschaften sowohl des gesamten Werkstoffs als auch einzelner Gefügebestandteile, ist es das Ziel neue Werkstoffkonzepte auf Basis vorliegender Rezyklate (verschlissene Bauteile, Spanmaterial) zu entwickeln und nachfolgend zu verarbeiten. Als Verdichtungstechnologien werden das Supersolidus Flüssigphasensintern und das Kurzeitsintern eingesetzt. Die dafür zu verwendenden Ausgangswerkstoffe müssen im Falle der Hartphasen (TiC) zunächst durch ein geeignetes Verfahren aus dem Spanmaterial oder verschlissenen Bauteilen herausgelöst, durch Mischen mit weiteren metallischen Pulvern zu einem Legierungskonzept aufbereitet und für die daran anschließende Verarbeitung bezüglich der Partikeleigenschaften konditioniert werden. Die optimale Pulverzusammensetzung, die maßgeblich die Gefügeausbildung und somit die Eigenschaften des verdichteten Werkstoffs bestimmt, kann zuvor über Gleichgewichtsberechnungen bestimmt werden. Auch können während des Verdichtungsprozesess ablaufende Stofftransporte an den jeweiligen Grenzflächen (TiC-Metallmatrix) durch Diffusionsberechnungen abgeschätzt und durch die Anpassung des Legierungskonzeptes in ihrer Wirkung verstärkt oder unterdrückt werden. Schließlich wird das Werkstoffverhalten unter realen Betriebsbedingungen bewertet, indem beschichtete Bauteile vorzugsweise unter verschleißender Beanspruchung im Einsatz in regelmäßigen Abständen bewertet werden.