Ein solches Verbundgußteil ist aus der EP 0 419 684 A1 bekannt. Darin ist ein als Friktionsele- ment einer Reibpaarung vorgesehenes Gußteil offenbart, bei dem das Einlegeteil ein dreidimensionales Gerüst aus verschleißfestem Werkstoff ist, welches mindestens in der Zone der Reibfläche angeordnet ist. Die Reibfläche weist ein regelmäßiges Mikrorelief auf, welches durch die Matrix und das über deren Oberfläche ragende Stirnende des Gerüstes gebildet ist.

Gemäß diesem Stand der Technik kann das Gerüst unter anderem in Form einer Zellenstruktur oder eines gewellten Bandes ausgebildet werden. Es ist offenbart, diese Strukturen durch Formung massiver Metallbänder herzustellen. Insbesondere bei der Zellenstruktur ist diese Vor- gehensweise, insbesondere im Falle von Zellengrößen in der Größenordnung von einigen Milli- metern, sehr aufwendig. Spröde und hochfeste Metalle bzw. Metallegierungen sind hierfür erst gar nicht geeignet.

Aus der DE 23 657 47 A1 sind Verbundgußteile bekannt, deren verschleißbeanspruchte Zonen durch Hartstoffteilchen gepanzert sind. Zur Herstellung dieser Verbundgußteile ist es offenbart, die Hartstoffteilchen in der Gußform nahe der verschleißbeanspruchten Oberfläche des Gußstük- kes mit Abstand voneinander unverschiebbar zu befestigen und mit dem Matrixwerkstoff zu um- gießen. Zur Anordnung der Hartstoffteilchen ist ein winkelförmiger Träger aus Lochblech vor- gesehen, auf dem die Hartstoffteilchen befestigt sind. Um Hartstoffteilchen anordnen zu können, ist es des weiteren bekannt, eine diese Teilchen enthaltende Schicht auf Teile der Formoberflä- che aufzutragen (DE 35 23 412 A1) oder mit einem Bindemittel zu vermischen und Konturen des Formhohlraumes damit zu bestreichen (DE 35 15 164 Al). Bei dem vorgenannten Stand der Technik unter Verwendung von Hartstoffteilchen ist es insbesondere nachteilig, daß mit vernünftigem Aufwand nur geringe und/oder ungleichmäßige Schichtdicken erreicht werden können. Zudem wird meist nur eine formschlüssige und keine stoffschlüssige Verbindung erzielt.

WO 00/32335 PCT/DE99/03886 Es sind des weiteren Verbundgußteile bekannt (DE 41 12 000 A1 und DE 42 14 522 Al), zu deren Herstellung aus Hartstoff-oder Hartmetallteilchen bestehende Bausteine paketartig zu- sammengesetzt, in der Gießform arretiert und anschließend mit verflüssigten Basiswerkstoffen umgossen werden. Aus der DE 41 07 416 Al ist ein Verbundgußteil bekannt, bei dem ein oder mehrere mit Hartstoffen und/oder Metallteilchen bewehrte Trägerkerne vorgesehen sind. Die Hartstoff-bzw. Hartmetallteilchen sind dabei durch ein Bindemittel untereinander und mit dem Trägerkern verbunden. Zur Herstellung des Verbundgußteiles, bei dem die Trägerkerne in die Gießform eingesetzt werden, sind thermisch beständige Kleber oder Bindemittel erforderlich.

Des weiteren sind Verbundgußteile bekannt (DE 42 11 199 A1), bei denen das Einlegeteil aus zwischen perforierten Blechen eingeschlossenen Hartmetallkugeln oder Hartstoffteilchen be- steht. Aus solchen Blechen kann auch durch Setzen von Schweißpunkten eine sogenannte Le- gierbox, die Hartstoffteilchen enthält, als Einlegeteil hergestellt und umgossen werden. Der Stand der Technik unter Verwendung von Bausteinen, Trägerkernen und perforierten Blechen hat insbesondere den Nachteil, daß die Kontur des Verbundgußteiles nicht oder nur aufwendig beliebig dargestellt werden kann und die Einlegeteile aus mehreren Einzelteilen aufgebaut und miteinander verbunden werden müssen.

Aus der DE 39 17 033 Cl sind poröse, offenporige metallische Schwammstrukturen bekannt. Es wird offenbart, diese Strukturen zur Herstellung eines Implantates als Knochenersatz oder auch innerhalb von Filtern einzusetzen. Eine solche Struktur ist des weiteren aus der DE 28 43 316 Al bekannt, in der es offenbart ist, diese für Wärmetauscher, Mischer oder Separatoren für Flüssig- keiten und/oder Gase, Schallabsorptions-oder Isoliermaterial, Dämpfermaterial, Katalysatoren, Flammenlöschmaterialien, Dochtmaterialien für Wärmerohre, Verzierungsmaterialien etc. zu verwenden. Der Einsatz derartiger Strukturen innerhalb von Verbundgußteilen ist aus den vorge- nannten Druckschriften weder bekannt noch nahegelegt.

Des weiteren sind Verbundkörper mit metallischer Matrix und einem schwammstrukturierten Einlegeteil aus Keramik bekannt (DE 197 28 358 Al). Diese haben insbesondere den Nachteil, daß in der Regel die Ausdehnungskoeffizienten der miteinander verbundenen Materialien sehr unterschiedlich sind, was zu Problemen hinsichtlich der Stabilität der Verbundkörper führen kann. Außerdem ist die stoffliche Verbindung zwischen Einlegeteil und Matrixmaterial nicht gegeben.

Ferner sind Metallschäume bekannt (J. Banhart et al. ; Aluminium 1994 3/4 ; S. 209), die aus einer Mischung eines Metallpulvers mit einem Treibmittel hergestellt werden. Die gepreßte und in eine gewünschte Form gebrachte Mischung wird hierfür auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Metalls gebracht. Dabei setzt das Treibmittel ein Gas frei, wodurch die Schaumstruktur des Materials entsteht. Die Schaumstruktur kennzeichnet sich im Gegensatz zur Schwammstruktur durch geschlossenen Poren. Die innerhalb des Schaumkörpers befindlichen Poren können somit nicht zur Bildung eines Materialverbundes durch ein anderes Material gefüllt werden.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Aufgabe, ein Verbundgußteil der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem die vorbeschriebenen Nachteile des Standes der Technik weitgehend vermieden werden können, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung aufzuführen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verbundgußteil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das zumindest eine Einlegeteil zumindest zum Teil eine offenporige Schwammstruktur aufweist und die Poren des Einlegeteils im wesentlichen vollständig vom Material der Matrix ausgefüllt sind. Die Schwammstruktur des Einlegeteiles besteht im wesentlichen aus statistisch im Raume verteilten Stegen, die in Knotenpunkten zusammenlaufen. Insbesondere die im Verhältnis zum Volumen sehr große Oberfläche des Einlegeteils sowie der gute Wärmeübergang zwischen dem Einlegeteil und dem verflüssigten Matrixmaterial beim Umgießen des Einlegeteils ermöglichen eine intensive stoffliche Verbindung zwischen Einlegeteil und Matrix. Doch auch ohne stoffliche Verbindung kann im Falle des reinen Formschlusses aufgrund der Vielzahl der Stege und der geringen Porengröße eine stabile Verankerung des Einlegeteils in der Matrix gewährleistet werden. Der Einsatz der porösen Schwammstrukturen ermöglicht insbesondere die Verwendung hochfester Metallegierungen als Material für das Einlegeteil. Die Einlegeteile können in nahezu beliebigen Formen hergestellt werden und beschränken daher kaum die möglichen Formen der Verbundgußteile. Mit dem Einlegeteil sollen die Eigenschaften des Verbundgußteils in gewünschter Weise beeinflußt werden. Die statistische Verteilung der Stege des Einlegeteils im Raum bewirkt, daß der Einfluß des Einlegeteils unabhängig von Raumrichtungen gestaltet werden kann, also beispielsweise eine isotrope Werkstoffverstärkung erreichbar ist. Das erfindungsgemäße Verbundgußteil kann auch als Ausgangsprodukt für Gußteile mit lokal begrenzten Legierungsbereichen verwendet werden, indem die Einlage komplett in der Matrix aufgeschmolzen wird. Die offenporige Schwammstruktur des Einlegeteils gewährleistet ein

WO 00/32335 PCT/DE99/03886 weitgehend gleichmäßiges Auflegieren. Die feinverzweigte offenporige Schwammstruktur trägt wesentlich dazu bei, daß das Matrixmaterial mit ihr eine innige Verbindung eingeht, ohne daß hierfür das Einlegeteil vorgeheizt oder beschichtet werden müßte. Dieses Verhalten ist auch bei dünnwandigen zu verstärkenden Verbundgußteilen gewährleistet. Der Volumenanteil des Einlegeteils am Verbundgußteil kann von 3% bis zu 95% betragen.

Das erfindungsgemäße Verbundgußteil kann vorteilhaft fUr die Herstellung von Roststäben, Schredderhämmern, Mahlplatten, Gleitbuchsen, Lagerschalen, Maschinenführungen und der- gleichen verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verbundgußteil kann auch so ausgebildet sein, daß es im Bereich der offenporigen Schwammstruktur des Einlegeteils zu 3Vol% bis 15Vol% aus dem Material des Einlegeteils und zu 85Vol% bis 97Vol% aus dem die Poren ausfüllenden Material der Matrix zusammengesetzt ist.

Das erfindungsgemäße Verbundgußteil kann auch so ausgebildet sein, daß das zumindest eine Einlegeteil zumindest in Teilbereichen die Oberfläche des Verbundgußteils durchsetzt. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn vornehmlich die Oberfläche des Verbundgußteils einer erhöhten Beanspruchung ausgesetzt ist.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verbundgußteil so ausgebildet sein, daß das zumindest eine Einlegeteil zumindest in Teilbereichen oberflächennah angeordnet ist, wobei die darüberlie- gende Oberfläche allein vom Material der Matrix gebildet ist. Durch die Abdeckung mittels des Matrixmaterials kann das Material des Einlegeteils beispielsweise gegen schädliche Einflüsse der Umgebung, zum Beispiel Korrosion, geschützt werden. Es kann sinnvoll sein, durch das Einlegeteil allein die oberflächennahen Bereiche in ihren Eigenschaften zu beeinflussen, zum Beispiel die Steifigkeit des Materials zu erhöhen, wenn an der Oberfläche selbst die Eigenschaf- ten des Matrixmaterials benötigt werden.

Es kann auch vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Verbundgußteil so auszubilden, daß das zumindest eine Einlegeteil aus einem verschleißfesten Metall oder einer verschleißfesten Metal- legierung und die Matrix aus einer gegenüber dem zumindest einen Einlegeteil duktilen Metall oder einer duktilen Metallegierung besteht. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß das Ver- bundgußteil zum einen noch eine gewisse Duktilität aufweist, zum anderen aber die Strukturen

des Einlegeteils eine hohe Verschleißfestigkeit der Verbundgußteiloberfläche, zum Beispiel bei abrasiver Beanspruchung oder beim Einsatz unter hohen Temperaturen oder starken Temperaturwechseln, gewährleisten.

Je nach Bedarf können auch nahezu beliebige andere Eigenschaftskombinationen ausgewählt werden, zum Beispiel ein Einlegeteil aus einem weichen Metall, wie beispielsweise Nickel oder Kupfer, und die Matrix aus einem harten Material, zum Beispiel verschleißbeständigem Stahl.

Ein Einlegeteil aus einem harten Metall, zum Beispiel Stellit, kann auch mit einer harten Matrix, zum Beispiel aus verschleißbeständigem oder hitzebeständigem Stahl, kombiniert werden. Die Wahl artverwandter Materialien für das Einlegeteil und die Matrix kann für das Umgießen der Schwammstruktur sehr vorteilhaft sein.

Das erfindungsgemäße Verbundgußteil kann vorteilhaft auch so ausgebildet sein, daß das zu- mindest eine Einlegeteil allein in bestimmten Bereichen des Verbundgußteils positioniert ist. Der Materialverbund kann sich allein auf besonders beanspruchte Bereiche des Verbundgußteils be- schränken, zum Beispiel auf einen Bereich mit einer Reibfläche. Hierdurch können Kosten-und Verfahrensaufwand reduziert werden.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verbundgußteil so ausgebildet sein, daß die Übergänge zwischen dem zumindest einen Einlegeteil und der Matrix gradiert sind. Diverse Kombinationen von Metallen oder Metallegierungen erlauben einen im wesentlichen stetigen Übergang vom Matrixmaterial zum Material des Einlegeteils, d. h. von einem Steg des Einlegeteils ausgehend schließt sich zunächst eine Legierung von Einlegeteilmaterial und Matrixmaterial an, bei der mit zunehmender Entfernung zum Steg die Konzentration des Matrixmaterials steigt, bis letzteres in weitgehend reiner Form vorliegt. Dies kann sich bei geeigneter Temperatur und Menge des einzugießenden Materials bereits allein durch den Eingießvorgang ergeben. Alternativ könnte eine Gradierung der Übergänge zum Beispiel durch ein kurzzeitiges Aufschmelzen der Ein- legeteiloberfläche beim Eingießen des Matrixmaterials erreicht werden. Die Stärke des gradier- ten Übergangs kann über ein Temperieren des Einlegeteils und/oder eine Steuerung der Abküh- lung des frisch gegossenen Verbundgußteils beeinflußt werden. Ein gradierter Matrixübergang gewährleistet zusammen mit gegebenenfalls geringen Porengrößen von wenigen Millimetern oder kleiner, daß Spannungen zum Beispiel aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungs- koeffizienten minimiert werden.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verbundgußteil auch so ausgebildet sein, daß das Einle- geteil zum Teil massiv ist.

Das erfindungsgemäße Verbundgußteil kann auch so ausgebildet sein, daß mindestens ein von einem Teilbereich des Einlegeteils gebildeter Bereich erhöhter Verschleißbeständigkeit vor- gesehen ist, in dem im Einlegeteil die Porengröße im Durchschnitt kleiner und/oder die Steg- dicke im Durchschnitt größer ist als im übrigen Teilbereich des Einlegeteils. Durch die räumli- che Variation der Porengröße und/oder der Stegdicke können lokale Unterschiede in der Bean- spruchung des Verbundgußteils berücksichtigt werden. Die Porengröße und/oder die Stegdicke kann dabei gradiert variieren.

Schließlich kann das erfindungsgemäße Verbundgußteil auch so ausgebildet sein, daß die Schmelztemperatur des Matrixmaterials die Schmelztemperatur des Materials des Einlegeteils übersteigt. Es ist ein überraschender Effekt, daß selbst bei einem Anteil des Matrixmaterials bis 95Vol% im Bereich der Schwammstruktur und bei Schmelztemperaturunterschieden bis 200°C das Einlegeteil nicht beim Umgießen mit dem Matrixmaterial aufgeschmolzen wird.

Möglicherweise bilden sich beim Umgießen des Einlegeteils aufgrund der hohen Temperaturunterschiede durch Abschreckung schützende Schalen aus dem Matrixmaterial um die Stege herum. Jedenfalls zeigen mikroskopische Schliffanalysen den Bestand der Stege im fertigen Verbundgußteil auch bei den oben erwähnten Material-und Mengenkombinationen.

Das erfindungsgemäße Verbundgußteil kann dadurch hergestellt werden, daß das Material der Matrix durch Gießen in das Einlegeteil eingebracht wird. Dabei können z. B. die an sich bekannten Feingieß-, Schwerkraftgieß-, Niederdruckgieß-und Druckgießverfahren genutzt werden.

Im folgenden werden vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verbundgußteils so- wie die Möglichkeit seiner Herstellung anhand von Figuren dargestellt.

Es zeigt schematisch Fig. 1 : ein Verbundgußteil im Schnitt sowie in Schrägaufsicht, Fig. 2 : ein Einlegeteil aus einem schwammstrukturierten und einem massiven Teil,

Fig. 3 : die offenporige Schwammstruktur eines Einlegeteils, Fig. 4 : ein Verbundgußteil ähnlich zu Figur 1 mit einer gitterstrukturierten Oberfläche des Einle- geteils und Fig. 5 : ein Verbundgußteil ähnlich zu Figur 1 mit einer massiven Oberfläche des Einlegeteils.

Figur 1 zeigt ein Verbundgußteil 1, das teils im Schnitt, teils in der schrägen Aufsicht dargestellt ist. Dieses Verbundgußteil 1 enthält in einem begrenzten Bereich ein Einlegeteil 2, dessen Struktur die Oberfläche 3 des Verbundgußteiles 1 durchsetzt. Diese Oberfläche 3 ist im Einsatz des Verbundgußteiles 1 einer erhöhten Beanspruchung, zum Beispiel durch Reibung, ausgesetzt. Das Einlegeteil 2 besteht aus einem harten Kobaltstellit, der die Abrasivbeständigkeit der Ober- fläche 3 erhöht. Die Matrix 4 des Verbundgußteiles 1 besteht aus einem Austenit, so daß das Verbundgußteil auch nach seiner Fertigung noch eine Duktilität aufweist, die für gegebenenfalls erforderliche Umformungen hinreichend ist.

Figur 2 zeigt ein Einlegeteil 2, das aus einem massiven Teil 5 und aus einem schwammstruktu- rierten Teil 6 zusammengesetzt ist.

Figur 3 zeigt den Aufbau der offenporigen Schwammstruktur des metallischen Einlegeteiles 2.

Eine Vielzahl im Raume statistisch verteilter Stege 7 treffen sich in Knotenpunkten 8. Die Of- fenporigkeit der Struktur gewährleistet, daß eingegossenes Metall das Einlegeteil 2 gut durch- dringen kann. Bei gradierten Übergängen zwischen dem Einlegeteil 2 und dem Material der Ma- trix 4 (Fig. 1) erfolgt eine wechselseitige Legierung. Es können auch unstetige Übergänge er- reicht werden. Auch in diesem Falle ist die Verbindung zwischen Matrix 4 und Einlegeteil 2 sta- bil, da die Vielzahl der Stege 7 und gegebenenfalls auch die Schärfe der Stegkanten einen guten Formschluß gewähren können.

Die Figur 4 zeigt ausschnittsweise ein Verbundgußteil 9 mit einem Einlegeteil 10, bei dem eine Oberfläche 11 eine regelmäßige Gitterstruktur aufweist. Diese Oberfläche 11 bildet gleichzeitig einen Teilbereich der Oberfläche 12 des Verbundgußteiles 9. Der übrige Teil des Einlegeteils weist die bereits oben beschriebene offenporige Schwammstruktur auf.

Figur 5 zeigt ein Verbundgußteil 13, in dem ein zu Figur 4 in entsprechender Weise positionier- tes Einlegeteil 14 angeordnet ist. Dieses Einlegeteil 14 weist jedoch anstatt der gitterstrukturier- ten Oberfläche 11 (Figur 4) eine massive Oberfläche 15 aus dem Material des Einlegeteils 14 auf.

Einlegeteile mit metallischer, offenporiger Schwammstruktur können ohne weiteres auch für hochtemperaturfeste Materialien, wie Kobaltstellit, hergestellt werden. Als Ausgangsmaterial dient dabei ein Polyurethan-Schaum mit gesprengten Zellmembranen, das heißt mit einer offen- porigen Schwammstruktur. Dieser Schaum kann bei Bedarf durch Wachs oder einen zweikom- ponentigen Kunstharz aufgedickt werden. Das Modell aus Polyurethan wird mit einem kerami- schen Formstoff, zum Beispiel einem silikatgebundenen keramischen Schlicker, oder fertigen Formmassen auf Phosphatbasis, umgeben. Nach dem Abbinden des Formstoffes wird der Poly- urethan-Schaum ausgebrannt und anschließend durch Brennen der Keramikform die nötige Fe- stigkeit verliehen. Die Keramikform kann dann mit dem metallischen Hochtemperaturwerkstoff abgegossen werden. Hierfür können Differenzdruck-oder Schleudergußverfahren eingesetzt werden. Die Keramikform kann mechanisch durch Wasserstrahl, Sandstrahl oder Ultraschall entfernt oder durch chemischen Angriff beseitigt werden. Zur Herstellung des Verbundgußteiles wird die Schwammstruktur des Einlegeteils mit dem Matrixmaterial umgossen. Zum Gießen können insbesondere Feingieß-, Schwerkraft-, Niederdruck-und Druckgießverfahren genutzt werden.

Bezugszeichenliste 1. Verbundgußteil 2. Einlegeteil 3. Oberfläche 4. Matrix 5. massiver Teil des Einlegeteils 6. schwammstrukturierter Teil des Einlegeteils 7. Steg 8. Knotenpunkt 9. Verbundgußteil 10. Einlegeteil 11. Oberfläche des Einlegeteils 12. Oberfläche des Verbundgußteils 13. Verbundgußteil 14. Einlegeteil 15. Oberfläche des Einlegeteils