Cobalt-equivalent alternative binder in hard metal products
- Reference number
- SM23-0041
- Project leader
- Vitos, Levente
- Start and end dates
- 240101-251231
- Amount granted
- 1 487 204 SEK
- Administrative organization
- AB Sandvik Coromant
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Although emission directives have been sharpened over the last decades, environment pollution due to hard metal technologies remains a health threatening factor. Hard metals are essential parts of the mass production in automotive, aerospace and consumer product sectors. Today a large amount of carcinogen cobalt (Co) particles are emitted upon manufacturing and usage of hard metals based on cemented carbides. Cemented carbides are composite materials consisting primarily of tungsten carbide as hard phase and Co as binder phase. Many attempts to replace the Co have been made over the years, but so far no alternative binder phase has been able to provide equally good properties. Together with the engineers at Sandvik Coromant AB, we will employ a multi-principal-element-alloy strategy, supported by industrial synthesis and characterization efforts, to put forward a consistent road for identifying alternative binders which avoid all harmful elements but maintain the outstanding mechanical and specific magnetic properties crucial for the quality control. The activities will include large scale computer simulations, theory demonstrations via seminars and tutorials, and verifications by contrasting the theoretical predictions with the observations. The mobility program is expected to result in an enhanced academic and practical knowledge of the factors controlling the behavior of alternative binders. Besides the long-term collaboration joint PhD programs are also envisaged.
Popular science description
Genom världshistorien har materialutvecklingen varit en klar vattendelare. Våra tidsåldrar är döpta efter de material som revolutionerat samhället. Med de globala miljö- och energiproblemen som vi står inför idag, är behovet av utvecklingen av nya material som reducerar miljöförstöring och koldioxidutsläpp enormt för alla industriländer. På senare tid har utvecklingen av traditionella material saktat ner och forskare letar nu efter alternativa lösningar som kan omvälva strategiska områden. Koncentrerade flera principer-element-legeringa (FLEG) är en ny klass innovativa material som uppvisar extraordinära inneboende egenskaper. De representerar en ny strategi inom materialdesign med potential att leda till utvecklandet av unika material med överlägsna egenskaper. FLEG är de mest lovande kandidaterna som kan leda till verkliga genombrott inom en rad industriella sektorer. Exempel på användningsområden är inom utvecklingen av magnetiska värmepumpar och permanentmagneter där vi kan utforma FLEG som optimala magnetiska material; de är utmärkta kandidater inom transport- och konstruktionssektorerna, och som bindematerial i hårdmetalltillämpningar, där hög styrka, höga temperaturer, låg densitet och specifika magnetiska egenskaper behövs. Cementerade karbider är kommersiellt en av de äldsta och mest framgångsrika pulvermetallurgiprodukter. Dessa sammansättningar är väsentligen aggregat av partiklar av volframkarbid, bundna med klistrande kobolt. Eftersom koboltdamm nyligen har omklassificerats som cancerframkallande finns det nu en kapplöpning om att finna alternativ bindefas för hårdmetaller. FLEG är en spännande ny grupp av funktionella material som utlovar stora möjligheter inom tillämpningar av hårdmetaller. Målet med forskningsprogrammet är att etablera en enhetlig teori som förklarar de mångfacetterade strukturella, magnetiska och mekaniska egenskaperna hos FLEG. Detta kommer genomföras genom en världsledande kvantmekanisk modellering och stödjas med experimentell syntes och karakterisering. Vi kommer att utveckla en förutsägande teori så att vi kan utforma och modellera FLEG för specifika magnetiska, strukturella och mekaniska egenskaper för att sedan tillverka, undersöka och utmärka de mest lovande kandidaterna. Genom detta forskningsprogram vill vi bana vägen för framtida design, tillverkning och användning av optimala material för energi-, transport-, och konstruktionssektorn.