DE112018002874T5

DE112018002874T5 - Verbundwerkstoffteil und Verfahren und Werkzeug zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE112018002874T5
Application number: DE112018002874.7T
Authority: DE
Inventors: Alexandre Reikher; Sam Kassoumeh
Original assignee: Shiloh Industries Inc
Current assignee: Shiloh Industries Inc
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2018-06-06
Publication date: 2020-02-27
Also published as: US20210094094A1; CN110691661A; WO2018226831A1

Abstract

Verbundwerkstoffteile (10), Verfahren zum Herstellen derselben (400) und Werkzeugsysteme (200) zum Herstellen derselben, werden offenbart. Gemäß einem Beispiel wird ein Hochdruckform-Gussprozess genutzt zum Herstellen eines Verbundwerkstoffteils (10), das aus einem Verbundwerkstoff-Metallmaterial (12) mit einer Metallmatrixphase (20) und einer Partikelphase (22) hergestellt ist und ein Innenbereich (14) und ein Außenbereich (16) aufweist, wobei eine durchschnittliche Konzentration der Partikelphase (22) in dem Verbundwerkstoff-Metallmaterial (12) in dem Außenbereich (16) höher ist als in dem Innenbereich (14). Eine Innenoberfläche (206a, 206b) einer Gussform (206) kann mit einer Partikelphase (22) (z.B. einem keramikbasierten Material) beschichtet sein und eine geschmolzene Metallmatrixphase (20) (z.B. ein aluminiumbasiertes Material) kann dann in die Gussform (206) eingebracht werden, so dass ein Verbundwerkstoffteil (10) mit einem Außenbereich (16) oder Außenschicht ausgebildet wird, die partikelreich vergleichen mit einem Innenbereich (14) ist.

Description

Bezugnahme auf verbundene Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Provisorischen U.S.-Patentanmeldung Nr. 62/515,589 , eingereicht am 6. Juni, 2017, deren Inhalte hiermit ausdrücklich insgesamt durch Bezugnahme eingefügt sind.
Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbundwerkstoffteile, und, genauer gesagt, Verbundwerkstoffteile, die aus einem Verbundwerkstoff-Metallmaterial hergestellt sind, das eine Metallmatrixphase und eine Partikelphase aufweist, unter Nutzung eines Hochdruck-F ormgussprozesses.
Hintergrund
Metallmatrix-Verbundwerkstoffmaterialien können eine Metallmatrixphase und eine Partikelphase aufweisen. Die Partikelphase kann Partikel aufweisen, die aus Materialien hergestellt sind, die dazu ausgelegt sind, generelle Materialeigenschaften des ausgebildeten Teils zu verbessern, zum Beispiel, indem eine verbesserte Festigkeit oder Härte bereitgestellt wird. Zusätzlich können die Partikel selbst mit dem ausgebildeten Teil Materialeigenschaften bereitstellen, die vorteilhaft sind.
Partikel können direkt einem geschmolzenen Metallmatrixmaterial hinzugefügt werden und dann in ein Verbundwerkstoffteil ausgebildet werden, wie in einem Hochdruck-Formgussvorgang. Jedoch ist es allgemein schwierig, die Verteilung von Partikeln in dem ausgebildeten Teil zu steuern. Zum Beispiel, während eines Gussprozesses, können Partikel, die dem geschmolzenen Metallmatrixmaterial hinzugefügt sind, aufgrund gegenseitiger Anziehung in bestimmten Bereichen der Form, akkumulieren, wodurch unerwünschter Akkumulation von Partikeln in bestimmten Bereichen des ausgebildeten Teils bewirkt werden. Zusätzlich werden Partikel in dem Basismetallmatrixmaterial typischerweise von einer sich bewegende Fest-Flüssig-Schnittstelle gedrückt, wenn sich das geschmolzene Teil verfestigt. Da in Hochdruck-Formgussvorgängen ausgebildete Teile eine Tendenz haben, zuerst in einem Außenoberflächenbereich zu verfestigen, wobei die Fest-Flüssig-Schnittstelle sich in Richtung eines Inneren des Teils bewegt, wenn sich das Teil verfestigt, können Partikel innerhalb eines Innenabschnitts des ausgebildeten Teils akkumulieren. Als Ergebnis sind die vorteilhaften Materialeigenschaften, die den Partikeln zugeordnet sind, nicht gleichförmig in dem ausgebildeten Teil verteilt und, zumindest, ist eine Partikelanordnung in dem ausgebildeten Teil schwierig zu steuern.
Demgemäß besteht ein Bedarf an einem Verbundwerkstoffteil, insbesondere ein Metallmatrix-Verbundwerkstoffteil und ein Verfahren zum Herstellen desselben, das die voranstehenden Nachteile adressiert.
Kurzdarstellung
Gemäß einem Aspekt wird ein Verbundwerkstoffteil bereitgestellt, mit: einem Verbundwerkstoff-Metallmaterial, das eine Metallmatrixphase und eine Partikelphase aufweist, die in der Metallmatrixphase dispergiert ist; einem Innenbereich; und einem Außenbereich, der zumindest teilweise den Innenbereich umgibt, wobei eine durchschnittliche Konzentration der Partikelphase in dem Verbundwerkstoff-Metallmaterial in dem Außenbereich höher als in dem Innenbereich ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Werkzeugsystem zum Gießen eines Verbundwerkstoffteils bereitgestellt, mit: einer Gussform, die eine Innenoberfläche aufweist, wobei zumindest ein Abschnitt der Gussform-Innenoberfläche mit Partikeln von einer Partikelphase beschichtet ist; und einem Einspritzer, der dazu konfiguriert ist, geschmolzenes Material in die Gussform einzuspritzen, wobei das geschmolzene Material eine Metallmatrixphase aufweist; wobei die Gussform dazu konfiguriert ist, das geschmolzene Material in dem Verbundwerkstoffteil zu verfestigen und die Gussform-Innenoberfläche, die mit Partikeln von der Partikelphase beschichtet ist, dazu konfiguriert ist, die Partikel in einem Außenbereich des Verbundwerkstoffteils zu verteilen, der zumindest teilweise einen Innenbereich des Verbundwerkstoffteils umgibt.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Gießen eines Verbundwerkstoffteils in einem Werkzeugsystem bereitgestellt, das eine Gussform aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweisen kann: Beschichten zumindest eines Abschnitts einer Innenoberfläche der Gussform mit einer Partikelphase, die eine Mehrzahl von Partikeln aufweist; Einspritzen eines geschmolzenen Materials, das eine Metallmatrixphase aufweist, in die Gussform; und Verfestigen des geschmolzenen Materials innerhalb der Gussform zum Ausbilden eines Verbundwerkstoffteils, das aus einem Verbundwerkstoff-Metallmaterial hergestellt ist, das einen Außenbereich aufweist, der zumindest einen Innenbereich umgibt, wobei eine durchschnittliche Konzentration der Partikelphase in dem Verbundwerkstoff-Metallmaterial in dem Außenbereich höher ist als in dem Innenbereich.
Figurenliste

1A zeigt eine Perspektivansicht eines beispielhaften Verbundwerkstoffteils in der Form eines Bremsenrotors bzw. einer Bremsscheibe, der/die einen Innenbereich aufweist, der größtenteils aus einer Metallmatrixphase hergestellt ist und einen Außenbereich aufweist, der größtenteils aus sowohl einer Metallmatrixphase und einer Partikelphase hergestellt ist;
1B zeigt eine Querschnittsansicht des Verbundwerkstoffteils nach 1A;
1C zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des Verbundwerkstoffteils in 1A;
2A zeigt eine schematische Schnittansicht eines Werkzeugsystems, das genutzt werden kann zum Ausbilden des Verbundwerkstoffteils in 1A unter Nutzung eines Hochdruck-Formgussprozesses;
2B zeigt eine schematische Schnittansicht des Werkzeugs in 2A, wobei die Formabschnitte während eines Partikelbeaufschlagungsschritts offen sind;
2C zeigt eine schematische Schnittansicht des Werkzeugs in 2A, wobei Formabschnitte während eines geschmolzenen-Material-Eintragungsschritts geschlossen sind;
2D zeigt eine schematische Schnittansicht des Werkzeugs in 2A, wobei die Formabschnitte während einer ersten Phase eines geschmolzenen-Material-Einspritzschritts geschlossen sind;
2E zeigt eine schematische Schnittansicht des Werkzeugs in 2A, wo die Formabschnitte beim Abschluss der ersten Phase des geschmolzenen-Material-Einspritzschritts geschlossen sind;
2F zeigt eine schematische Schnittansicht des Werkzeugs in 2A, wo die Formabschnitte während einer zweiten Phase des geschmolzenen-Material-Einspritzschritts geschlossen sind;
2G zeigt eine schematische Schnittansicht des Werkzeugs in 2A, wo die Formabschnitte beim Abschluss der zweiten Phase des geschmolzenen-Material-Einspritzschritts geschlossen sind;
2H zeigt eine schematische Schnittansicht des Werkzeugs in 2A, wo die Formabschnitte während eines geschmolzenen-Material-Verfestigungsschritts geschlossen sind;
21 zeigt eine schematische Schnittansicht des Werkzeugs in 2A, wo die Formabschnitte während eines Formöffnungsschritts offen sind;
2J zeigt eine schematische Schnittansicht des Werkzeugs in 2A, wo die Formabschnitte während eines Teilentfernungsschritts offen sind;
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht, die eine Mehrzahl von Partikeln zeigt, die auf eine Innenoberfläche eines Formabschnitts beaufschlagt sind, so dass wie etwa die Formabschnitte in dem Werkzeug in 2A; und
4 zeigt ein Prozessflussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Ausbilden eines Verbundwerkstoffteils gemäß einem Hochdruck-Formgussprozess und kann in Verbindung mit dem Werkzeug in 2A genutzt werden.

Erläuterungen
Beispielhafte Darstellungen von Verbundwerkstoffteilen (auch bezeichnet als Metallmatrix-Verbundwerkstoffteile oder Metallmatrixteile) sind hier bereitgestellt, die aus Verbundwerkstoff-Metallmaterialien hergestellt werden können, sowie Verfahrenen und Werkzeuge zum Erstellen derselben. Das Verbundwerkstoff-Metallmaterial weist eine Metallmatrixphase und eine Partikelphase auf. Gemäß einem Beispiel weist die Metallmatrixphase ein aluminiumbasiertes Material auf, wo Aluminium der einzig größte Bestandteil des Materials auf einer Gewichtsbasis ist, und die Partikelphase weist ein oder mehrere keramikbasierte Materialien auf, wo ein Keramik der einzig größte Bestandteil des Materials auf einer Gewichtsbasis ist. Die Partikelphase kann in die Metallmatrixphase auf verschiedene nachstehend weiter beschriebene Wege eingeführt werden, wodurch das Verbundwerkstoff-Metallmaterial erzeugt wird und was vorteilhafte Materialeigenschaften in dem Verbundwerkstoffteil vereinfacht. Beispiele von Verfahren, die genutzt werden können, um ein Verbundwerkstoffteil, das aus einem Verbundwerkstoff-Metallmaterial hergestellt ist, das eine aluminiumbasierte Metallmatrixphase und eine keramikbasierte Partikelphase aufweist, sind verschiedene Gussverfahren, wie etwa Hochdruck-Formgießen.
Gemäß einem Beispiel wird ein Hochdruck-Formgussverfahren offenbart, das dazu ausgelegt ist, die Partikelphase in die Metallmatrixphase auf solch eine Weise einzuführen, dass die Partikel eine Tendenz dazu haben, sich in einem Außenbereich des Verbundwerkstoffteils zu konzentrieren, im Gegensatz zu einem Innenbereich des Teils. Indem Partikel von der Partikelphase in dem Außenbereich oder Außenschicht des Verbundwerkstoffteils konzentriert werden, kann das Teil besser dazu in der Lage sein, einige der Materialeigenschaften, die durch die Partikel bereitgestellt werden, aufzuweisen, wie verbesserte Abnutzungsbeständigkeit, elektrische Leitfähigkeit, thermische Leitfähigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Festigkeit usw. Im Vergleich, in dem Hochdruck-Formgussprozess der voranstehend genannt wurde, haben Partikel, die direkt in ein geschmolzenes Basismetall hinzugefügt wurden, bevor sie in eine Formgusshöhle eingeführt wurden, hatten eine Tendenz sich in Innenbereichen des Verbundwerkstoffteils aufgrund der Tendenz zu akkumulieren, das während der Teileverfestigung das geschmolzene Basismetall zuerst entlang des äußeren des Teils abkühlt, wo das geschmolzene Material die Oberfläche der Gussform berührt. In diesem Szenario werden Partikel oft in das Innere des Teils durch Bewegen der Fest-Flüssig-Grenze in Richtung des Teileinneren getragen. Diese Bewegung der Partikel kann in einer unverhältnismäßigen Agglomeration oder Konzentration von Partikeln auf Korngrenzen innerhalb des Inneren des Teils resultieren, wodurch die Basismetallstruktur geschwächt wird. Des Weiteren minimieren verringerte Partikelkonzentrationen in dem Außenbereich oder Außenschicht des Verbundwerkstoffteils typischerweise den Einfluss der Materialeigenschaften der Partikel.
In den verschiedenen hierin bereitgestellten Beispielen werden Partikel von der Partikelphase in das Verbundwerkstoff-Metallmaterial auf eine Weise eingeführt, das bewirkt, dass sie sich unverhältnismäßig in dem Außenbereich oder Außenschicht des Verbundwerkstoffteils konzentrieren, entgegengesetzt zu dem Innenbereich des Teils. Es werden auch Beispiele bereitgestellt, wo Partikel von der Partikelphase direkt oder spezifische auf bestimmte Abschnitte oder Bereiche des Außenbereichs beaufschlagt werden, wie etwa ein Hochlastbereich des Verbundwerkstoffteils. Daher kann die Partikelphase gleichmäßig über den Außenbereich des Verbundwerkstoffteils verteilt werden oder sie kann nicht gleichförmig verteilt werden, so dass eine Konzentration von Partikel selektiv in lokalen Bereichen des Verbundwerkstoffteils angeordnet ist, wo bestimmte Partikelmaterialeigenschaften benötigt werden (z.B. Partikelkonzentrationen in Bereichen, wo eine erhöhte Abnutzung oder Korrosionsbeständigkeit für das Verbundwerkstoffteil benötigt wird).
Gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel ist ein Weg zum Konzentrieren von Partikeln von der Partikelphase in dem Außenbereich des Verbundwerkstoffteils unter Nutzung eines Hochdruck-Formgussverfahrens es zuerst eine Innenoberfläche einer Gussform mit den Partikeln zu beschichten und dann die geschmolzene Metallmatrixphase in die beschichtete Gussform einzuspritzen. Wenn die geschmolzene Metallmatrixphase innerhalb der beschichteten Gussform oder Formhöhle sich verfestigt, wird ein Außenbereich oder eine Außenschicht ausgebildet, die partikelreich ist verglichen mit einem Innenbereich des Verbundwerkstoffteils. In dieser Ausführungsform weist der Außenbereich eine höhere Konzentration von Partikeln auf als der Innenbereich. Einige Beispiele des Beschichtens der Innenoberfläche der Gussform sind Sprühen der Partikel, Rollen der Partikeln oder Beaufschlagen der Partikel in situ durch die Nutzung eines dünnen Blatts von partikelbeladenem Material, um einige Möglichkeiten zu nennen. Andere Partikelbeaufschlagungstechniken können stattdessen genutzt werden.
Beispiele von Werkzeugen, die benutzt werden können zum Herstellen der Verbundwerkstoffteile wie etwa die hier beschriebenen sind Hochdruck-Formgusswerkzeuge, die einen Einspritzer und eine Gussform aufweisen mit mindestens einem Abschnitt einer Inngengussformoberfläche, die mit Partikeln beschichtet ist. Der Einspritzer ist allgemein dazu ausgelegt, die geschmolzene Metallmatrixphase in die Gussform einzuspritzen oder auf andere Weise einzuführen, wohingegen die Gussform oder Formhöhle dazu ausgelegt ist, das Verbundwerkstoffteil in eine gewünschte Form zu verfestigen. Wie voranstehend erläutert, wirkt das Beschichten der Innenoberfläche der Gussform mit Partikeln, dass die Partikelphase sich unverhältnismäßig konzentriert oder zusammenkommt in dem Außenbereich des Verbundwerkstoffteils im Gegensatz zu dem Innenbereich, wodurch bestimmte gewünschte Materialeigenschaften dem Teil auferlegt werden.
Verbundwerkstoffteil
Nun mit Bezug auf die 1A-1C ist ein Beispiel eines Verbundwerkstoffteils 10 in der Form eines Fahrzeugbremsenrotors bzw. einer Fahrzeugbremsscheibe dargestellt und nachstehend im weiteren Detail diskutiert. Es soll erkannt werden, dass während ein Bremsenrotor bzw. Bremsenscheibe hier als Beispiel eines Verbundwerkstoffteils genutzt wird, das Verbundwerkstoffteil der vorliegenden Anmeldung nicht auf dieses bestimmte Beispiel beschränkt ist. Zum Beispiel kann das Verbundwerkstoffteil der vorliegenden Anmeldung jede Art von geeignetem Automobil- oder Nicht-Automobil-Verbundwerkstoffteil sein, wo bestimmte Materialeigenschaften benötigt werden. Einige nicht-einschränkende Beispiele von Verbundwerkstoffteilen sind Fahrzeuggehäuse und Aufhängungskomponenten wie etwa Radnaben, Bremssattel, Achsschenkel genauso wie Fahrzeugleistungsübertragungskomponenten wie etwa Kupplungsgehäuse oder Planetenradträger, um einige zu nennen.
Der Bremsenrotor oder das Verbundwerkstoffteil 10 kann in einem Hochdruck-Formgussvorgang ausgebildet werden, wie etwa der nachstehend beschriebene, und weist einen zentralen Nabenabschnitt 50 und einen ringförmigen Rotorabschnitt 52 auf. Der ringförmige Rotorabschnitt 52 ist allgemein ringförmig und eben und ist dazu konfiguriert, gegriffen oder auf andere Weise im Reibschluss beaufschlagt zu werden mit einem Bremssattel (nicht dargestellt), um einem Fahrzeug eine Bremskraft bereitzustellen, was allgemein bekannt ist. Der ringförmige Rotorabschnitt 52 weist einen Innenbereich 14 und einen Außenbereich bzw. Außenschicht 16 mit einer Außenoberfläche 24 des Verbundwerkstoffteils 10 auf.
Mit Bezug auf 1C ist ein vergrößerter Querschnitt eines Abschnitts des Verbundwerkstoffteils 10 dargestellt. Obwohl die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit einem Bremsenrotor (siehe 1C Angabe im unteren rechten Abschnitt der 1B) bereitgestellt ist, kann der Querschnitt auf jegliche Anzahl von anderen Verbundwerkstoffteilen anwendbar sein und ist nicht auf die spezifische Anwendung beschränkt. Das Verbundwerkstoffteil 10 ist aus einem Verbundwerkstoff-Metallmaterial 12 hergestellt und kann einen Innenbereich 14, einen Außenbereich 16 und einen Grenz- oder Schnittstellenbereich 18 aufweisen, der zwischen dem Innenbereich 14 und dem Außenbereich 16 angeordnet ist. Das Verbundwerkstoff-Metallmaterial 12 weist sowohl eine Metallmatrixphase 20 (z.B. eine mit einem aluminiumbasierten Material) und eine Partikelphase 22 (z.B. eine mit einem keramikbasierten Material) auf. Wie voranstehend erwähnt, ist es bevorzugt, dass Partikel von der Partikelphase 22 in dem Außenbereich 16 des Teils konzentriert oder unverhältnismäßig verteilt sind, im Gegensatz zu dem Innenbereich 14. Während der dargestellte Innenbereich 14 einige Partikel 22 aufweist, kann in einigen Beispielen des Innenbereichs der Innenbereich 14 im Wesentlichen frei von Partikeln von der Partikelphase 22 sein, wo dieses nicht notwendig ist. Jedenfalls ist das Verbundwerkstoffteil 10 aus einem Verbundwerkstoff-Metallmaterial 12 hergestellt und weist einen Innenbereich 14 und einen Außenbereich 16 auf.
Die Metallmatrixphase 20, die auch als das Basismetall bezeichnet wird, weist typischerweise einen Großteil des Verbundwerkstoff-Metallmaterials 12 auf einer Gewichtsbasis auf (d.h. typischerweise stellt sie mehr als 50 Gew.-% des Verbundwerkstoff-Metallmaterials), und kann ein aluminiumbasiertes Material, ein magnesiumbasiertes Material, ein zink-basiertes Material oder jegliches anderes Metall oder Metalllegierung geeignet zum Gießen aufweisen. In einem Beispiel des Verbundwerkstoff-Metallmaterials 12, sind ungefähr 85-99,9 Gew.-% des gesamten Materials aus der Metallmatrixphase 20 hergestellt, wobei der übrige Teil des Materials die Partikelphase 22 und/oder andere Bestandteile aufweist. In anderen Beispielen können ungefähr 95-99,9 Gew.-% oder sogar 95-99,5 Gew.-% des gesamten Materials aus der Metallmatrixphase 20 hergestellt sein, wobei das Übrige die Partikelphase und/oder andere Bestandteile aufweist. Einige nicht-beschränkende Metallmatrixphase-Materialien sind binäre Legierungen, ternäre Legierungen, quaternäre Legierungen, Aluminiumlegierungen (z.B. Al-Si) und Magnesiumlegierungen (z.B. Mg-Al). In einem bestimmten Beispiel macht die Metallmatrixphase 20 ein Großteil des Verbundwerkstoff-Metallmaterials 12 auf einer Gewichtsbasis aus und ist primär aus einem aluminiumbasierten Material hergestellt, das 0-25 Gew.-% Silizium (Al-Si (0-25 Gew.-%)). Wie hier benutzt wird, meint der Begriff „aluminiumbasiertes Material“ breit jegliches Material, wo Aluminium der einzige größte Bestandteil pro Gewicht ist und kann pures Aluminium genauso wie Aluminiumlegierungen aufweisen. Lediglich als Beispiel sind mögliche aluminiumbasierte Materialien mit der Metallmatrixphase 20 genutzt werden können A380-Legierung, A360-Legierung, Aural-2-Legierung oder ADC12-Legierung, um einige Möglichkeiten zu nennen.
Die Partikelphase 22 ist dispergiert oder verteilt in der Metallmatrixphase 20 und stellt typischerweise einen geringeren Teil des Verbundwerkstoff-Metallmaterials 12 auf einer Gewichtsbasis dar (d.h. stellt weniger als 50 Gew.-% des Verbundwerkstoff-Metallmaterials dar), und kann ein keramikbasiertes Material oder jegliches andere geeignete Teilchen aufweisen. In einem Beispiel des Verbundwerkstoff-Metallmaterials 12 sind ungefähr 0,1-15 Gew.-% des Gesamtmaterials aus der Partikelphase 22 hergestellt, wobei das Übrige die Metallmatrixphase 20 und/oder andere Bestandteile aufweist. In anderen Beispielen sind ungefähr 0,1-5 Gew.-% oder sogar 0,5-5 Gew.-% des Gesamtmaterials aus der Partikelphase 22 hergestellt, wobei das Übrige die Metallmatrixphase und/oder andere Bestandteile aufweist. Natürlich, in bestimmten dünnwandigen Teilen, wie etwa Fahrzeugaufhängungs-Stoßmasten, kann die gesamte Konzentration der Partikelphase 22 relativ höher sein, als ein Ergebnis davon, dass der Außenbereich 16 einen größeren Gesamtprozentsatz des Verbundwerkstoffteils 10 ausmacht. Falls Konzentration der Partikelphase 22 wesentlich 5,0 Gew.-% des Gesamtmaterials überschreiten, kann der Effekt nicht vorteilhaft sein. Einige nicht einschränkende Beispiele von geeigneten Partikelphasenmaterialien sind keramikbasierte Materialien wie etwa Oxide, Karbide, Boride, Nitride, Silikate und Grafite. Wie benutzt meint der Begriff „keramikbasiertes Material“ breit jegliches Material „breit jegliches Material, in dem ein Keramik der einzelne größte Bestandteil pro Gewicht ist und kann ein Keramik selbst oder ein Keramik und einige andere Bestandteile aufweisen. Lediglich als Beispiel kann die Partikelphase 22 ein oder mehrere der folgenden keramikbasierten Materialien aufweisen: ein Oxid (z.B. Yttriumoxid (Y₂O₃), Magnesiumoxid (MgO), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliziumoxid (SiO₂), Titanoxid (TiO₂), Zinkoxid (ZnO2), Zirconiumoxid (ZrO₂), Magnesiumaluminiumoxid (MgAl₂O₄)); ein Karbid (z.B. Titankarbid (TiC), Siliziumkarbid (SiC), Tungstenkarbid (WC)); ein Borid (z.B. Titanborid (TiB₂)); ein Nitrid (z.B. Siliziumnitrid (Si₃N₄), Aluminiumnitrid (AlN), Bornitrid (BN)); ein Silikat, usw. Die Partikelphase 22 kann auch ein oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: ein Hydrid (z.B. Titanhydrid (TiH2)); ein Metall (z.B. Chrom (Cr 526), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Zink (Zn), Silber (Ag), Gold (Au), Titan (Ti)); Diamant; Grafit, Ruß oder Kohlenstoffnanoröhrchen; Fulleren; oder einige Arten von intermetallischen Zusammensetzungen wie etwa NiAl oder Al₃Ti. Die vorstehenden Beispiele repräsentieren nur einige der Möglichkeiten. Die Partikel der Partikelphase 22 können jegliche Größe aufweisen, die für ihre Anmeldung geeignet ist, aber, gemäß einem Beispiel, haben sie eine durchschnittliche Größe von zwischen 11µm und 100µm, einschließlich, und in einem noch detaillierteren Beispiel haben sie eine durchschnittliche Größe zwischen 20µm und 50µm, einschließlich. Andere Partikelgrößen sind möglich.
Der Fachmann erkennt, dass eine Anzahl von Kriterien oder Eigenschaften in Betracht gezogen werden können, wenn eine Zusammensetzung für die Partikelphase 22 gewählt wird, einschließlich der Eigenschaft der Partikel in Abnutzung und einem Brechen zu widerstehen, das Teil zu stärken, elektrische und/oder thermische Leitfähigkeit zu verbessern, Korrosionsbeständigkeit bereitzustellen oder eine Schutzbeschichtung bereitzustellen, magnetische Eigenschaften aufzuweisen, usw. Zum Beispiel kann das Verbundwerkstoffteil 10 aus einem Verbundwerkstoff-Metallmaterial 12 ausgebildet sein, das eine Metallmatrixphase 20 mit einem aluminiumbasierten Material und eine Partikelphase 22 mit Aluminiumtitan-(Al₃Ti)-Partikeln aufweist. Mischen und Verfestigen der Metallmatrix und Partikelphasen 20, 22 kann in einem Aluminiumtitan-basierten Nano- oder Mikro-Verbundwerkstoffmaterial (z.B. Al-Al₃Ti) mit verbesserten mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen resultieren. In einem anderen Beispiel kann die Partikelphase 22 Titan-basierte Partikel wie etwa TiAl, Nickel-basierte Partikel wie etwa NiAl und/oder Metallmatrix-Nanoverbundwerkstoff-(MMNC)-Materialien aufweisen, welche verringerte Bruchfestigkeit und relativ höhere Härte als typische aluminiumbasierte metallische Materialien aufweisen. Es ist auch möglich, dass die Partikelphase 22 magnetische Partikel aufweist, wie etwa magnetische Kobalt-Nanopartikel, die innerhalb von Kupferkörnern bereitgestellt sind, um gewaltig magnetoresistive (GMR)-Materialien zu erlangen.
In einem besonders nützlichen Beispiel kann die Partikelphase 22 Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Aluminiummikro-Partikel aufweisen, welche eine Partikelausgestaltung und vergrößerte Härte, Zugfestigkeit und Abnutzungsbeständigkeit von aluminiumbasierten Metallmatrix-Legierungen verbessern kann, die als die Metallmatrixphase 20 eingesetzt werden. Titanoxide oder -karbide können ähnlich vorteilhaft sein, wenn sie als Partikelphase 22 in einer Metallmatrixphase 20 verwendet werden.
Die Partikelphase 22 kann Materialcharakteristiken oder -eigenschaften bereitstellen, die unterschiedlich und verschieden von der Metallmatrixphase 20 sind oder sie kann welche bereitstellen, die mit der Metallmatrixphase auf eine komplementäre oder synergetische Weise interagieren. Lediglich als ein Beispiel kann eine korrosionsbeständige Partikelphase 22 mit einer kompatiblen Metallmatrixphase 20 interagieren, um eine Korrosionsbeständigkeit des ausgebildeten Verbundwerkstoffteils 10 zu verbessern oder zumindest einen Bereich des ausgebildeten Teils zu verbessern, wo die Partikel vorhanden oder konzentriert sind. In einem weiteren Beispiel kann eine elektrisch leitende Partikelphase 22 mit einer kompatiblen Metallmatrixphase 20 interagieren, um die elektrische Leitfähigkeit des ausgebildeten Teils zu verbessern. Auf ähnliche Weise kann eine magnetische Partikelphase 22 mit einer geeigneten Metallmatrixphase 20 kooperieren, um den Magnetismus des metallischen Teils zu erhöhen, speziell, wo die Metallmatrixphase oder das Basismetall 20 größtenteils nicht mehr magnetisch ist, wie etwa mit aluminiumbasierten Materialien. Andere kooperative oder synergetische Verhältnisse zwischen der Metallmatrixphase 20 und der Partikelphase 22 sind gewiss möglich.
In den in den 1A-1C dargestellten Beispielen, wo ein Bremsenrotor des Verbundwerkstoffteils 10 ist, kann die Partikelphase 22 eine verbesserte Abnutzungsbeständigkeit dem Teil 10 bereitstellen. Genauer gesagt, indem eine unverhältnismäßige hohe Konzentration von Partikeln der Partikelphase 22 in dem Außenbereich 16 des ringförmigen Rotorabschnitts 52 bereitgestellt ist, welcher ein Abschnitt des Bremsenrotors ist, der reibschlüssig durch einen Bremssattel kontaktiert wird, kann die Oberfläche 24 eine verbesserte Abnutzungsbeständigkeit aufzeigen, verglichen mit einem ähnlichen Bremsenrotor, der derartige Partikelkonzentrationen in diesem Bereich nicht aufweist. In dem vorstehenden Beispiel können die Abnutzungsbeständigen Partikeln 22 keramikbasierte Materialien aufweisen, wie etwa die voranstehend beschriebenen.
Der Innenbereich 14 des Verbundwerkstoffteils 10 gilt allgemein als der Kern oder die strukturelle Basis des Teils und des zumindest teilweise Umgeben durch den Außenbereich 16 und/oder den Grenzbereich 18. Die Kornstruktur des Verbundwerkstoff-Metallmaterial 12 in dem Innenbereich 14 kann typischerweise verschieden von einer Kornstruktur in dem Außenbereich 16 sein. Zum Beispiel, wo das Teil in einem Hochdruck-Formgussvorgang ausgebildet wird, tendieren die Körner allgemein dazu kleiner in der Größe in dem Außenbereich 16 zu sein, was zu einigen größeren mechanischen Eigenschaften in diesem Bereich führt, wie etwa der Festigkeit. Zum Gegensatz sind die Kornstrukturen in dem Innenbereich 14 etwas größer als die des Außenbereichs 16, als Ergebnis der Tendenz des Teils 10 zunächst entlang der Außenoberfläche abzukühlen, wobei der Innenbereich 14 im Allgemeinen weniger schnell abkühlt. Die spezifischen Materialeigenschaften des Innenbereichs 14, wie die Kornstruktur oder Dichte, können variieren, abhängig von der Zusammensetzung des Verbundwerkstoff-Metallmaterials 12 und/oder des Herstellungsprozesses, der genutzt wird zum Gießen oder das Teil auf andere Weise auszubilden. Der Innenbereich 14 kann fest oder hohl sein; er kann um eine separate strukturelle Einfügung innerhalb des Teils oder nicht ausgebildet sein; er kann ein im Wesentlichen gleichförmige oder homogene Kornstruktur oder nicht aufweisen; oder er kann jegliche Anzahl von verschiedenen Materialeigenschaften aufweisen, um nur einige Möglichkeiten zu nennen. Gemäß einer Ausführungsform weist der Innenbereich 14 ein Verbundwerkstoff-Metallmaterial 12, das in diesem Bereich, im Wesentlichen eine Metallmatrixphase 20 aufweist, die aus einem aluminiumbasierten Material hergestellt ist und weist nicht viele Partikel von der Partikelphase 22 auf. In einem Beispiel ist der Innenbereich 14 „im Wesentlichen partikelfrei“, was bedeutet, dass weniger als ungefähr 0,5 Gew.-% des gesamten Verbundwerkstoff-Metallmaterials in dem Innenbereich 14 die Partikelphase 22 ist, nachdem das Teil 10 ausgebildet ist. Wie voranstehend beschrieben, kann die exakte Zusammensetzung und/oder metallurgische Struktur des Innenbereichs 14 und/oder Außenbereichs 16 von den voranstehend gegebenen Beispielen abweichen.
Der Außenbereich 16 umgibt zumindest teilweise den Innenbereich 14 und/oder Grenzbereich 18 und dient als eine Außenschicht des Verbundwerkstoffteils 10. Durch Bereitstellen eines partikelreichen Außenbereichs 16 kann das Verbundwerkstoffteil 10 mit bestimmten gewünschten Eigenschaften oder Attributen versehen werden, die das Teil speziell gut geeignet für bestimmte Anwendungen oder Nutzungen macht. Die Dicke oder relative Dicke des Außenbereichs 16 kann zwischen Teilen variieren oder sogar innerhalb eines einzelnen Verbundwerkstoffteils variieren, aber gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel weist der Außenbereich 16 eine Dicke von ungefähr 0,01-1,0 mm, einschließlich, auf. Der Außenbereich 16 kann eine allgemein gleichförmige Dicke oder variierende Dicke aufweisen; er kann eine im Wesentlichen gleiche oder homogene Kornstruktur oder eine variierende Kornstruktur aufweisen; er kann eine allgemein gleiche oder homogene Verteilung oder Konzentration von Partikeln oder eine variierende Verteilung aufweisen; und er kann jegliche Anzahl von verschiedenen Materialeigenschaften aufweisen, um wenige Möglichkeiten zu nennen. Gemäß einer Ausführungsform weist der Außenbereich 16 ein Verbundwerkstoff-Metallmaterial 12 auf, der, in diesem Bereich, im Wesentlichen eine Metallmatrixphase 20 aufweist, die aus einem aluminiumbasierten Material hergestellt ist und weist eine unverhältnismäßige Menge von Partikeln von der Partikelphase 22 auf. In einem Beispiel ist der Außenbereich 16 „partikelreich“, was bedeutet, dass mehr als ungefähr 5 Gew.-% des gesamten Verbundwerkstoff-Metallmaterials in dem Außenbereich 16 die Partikelphase 22 ist, nach der Ausbildung des Teils 10. Gemäß einer Ausführungsform weist der Außenbereich 16 ein Verbundwerkstoff-Metallmaterial 12 auf, das, in diesem Bereich, primär eine Metallmatrixphase 20 aufweist, die aus einem aluminiumbasierten Material hergestellt ist (z.B. ungefähr 75-95 Gew.-% des gesamten Verbundwerkstoff-Metallmaterials 12 in dem Außenbereich 16 ist die Metallmatrixphase 20), aber weist eine relativ hohe Konzentration von Partikeln von einer Partikelphase 22 auf (z.B. ungefähr 5-25 Gew.-% des gesamten Verbundwerkstoff-Metallmaterials 12 in dem Außenbereich 16 ist die Partikelphase 22). In anderen Beispielen eines partikelreichen Bereichs kann sogar eine noch höhere Konzentration der Partikelphase 22 vorliegen. Lediglich als Beispiel, in einigen Beispielen nähert sie sich über 90 Gew.-% des gesamten Verbundwerkstoff-Metallmaterials in dem Außenbereich 16 ist die Partikelphase 22 und in einigen Beispielen nahezu 100 Gew.-% des gesamten Metallmaterials in dem Außenbereich 16 ist die Partikelphase. Die Konzentration von Partikeln innerhalb des Außenbereichs 16 kann einer Verteilung vom Gradiententyp folgen, wo die Konzentration am höchsten in Richtung der Außenoberfläche des Verbundwerkstoffteils 10 ist und in Richtung der Mitte und tieferen Abschnitten des Verbundwerkstoffteils abnimmt. In einem Beispiel sind zumindest 75% der totalen Menge von Partikeln von der Partikelphase 22 in dem Außenbereich 16 des Verbundwerkstoffteils 10 angeordnet; in anderen Beispielen mit zumindest 90% der Gesamtmenge von Partikeln in dem Außenbereich angeordnet.
Der Grenzbereich 18 ist zumindest teilweise zwischen dem Innenbereich 14 und dem Außenbereich 16 angeordnet und kann als eine an Schnittstelle oder Verbindung von Arten zwischen diesen zwei Bereichen dienen. Gemäß einem Beispiel ist der Grenzbereich 18 zwischen einem Außenbereich 16, der zumindest 50% mehr Partikel von einer Partikelphase 22, im Durchschnitt, ein entsprechender Innenbereich 14 aufweist, angeordnet. Die Dicke des Grenzbereichs 18 kann variieren, abhängig von einer ganzen Menge von Faktoren, aber gemäß einem Beispiel weist eine Dicke von ungefähr 0,001-0,1 mm, einschließlich, auf und ist größtenteils zusammengesetzt aus einem intermetallischen Material, das Bestandteile von sowohl dem Innenbereich 14 als auch dem Außenbereich 16 aufweist. In dem Falle einer Metallmatrixphase 20, die primär aus einem aluminiumbasierten Material hergestellt ist, und einer Partikelphase 22, die primär keramikbasierte Teilchen aufweist, wird der Grenzbereich 18 im Wesentlichen aus dem aluminiumbasierten Material hergestellt sein. Während die Korngröße des Grenzbereichs 18 verschieden von der des Innenbereichs 14 und des Außenbereichs 16 sein kann, kann die chemische Zusammensetzung des Grenzbereichs 18 nur wenig in Bezug auf den Innenbereich 14 variieren.
Eine Partikelkonzentration in dem Außenbereich 16 kann ermöglichen, bestimmte Eigenschaften zu verstärken oder zu erhöhen für bestimmte Bereiche des Verbundwerkstoffteils 10. Die folgenden Beispiele repräsentieren einige der möglichen Materialeigenschaften und/oder andere Vorteile, die von einem Verbundwerkstoffteil 10 resultieren können, das einen Innenbereich 14 aufweist, der zumindest teilweise von einem partikelreichen Außenbereich 16 umgeben wird:

• verbesserte Härte, mechanische Festigkeit, Abnutzungsbeständigkeit, Kriechverhalten und Dämpfungseigenschaften, zum Beispiel kann es nützlich für ein Verbundwerkstoffteil 10 sein, das hohe Abnutzung oder hohe Reiboberflächen aufweist, wie etwa den Bremsenrotor bzw. die Bremsscheibe, die hier beschrieben wird, oder ein Planetenradträger, lediglich als Beispiele;
• verbesserte Lastübertragung oder lasttragende Eigenschaften;
• Diskrepanz der Eigenschaften des thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) und des Elastizitätsmoduls (EM) zwischen der Metallmatrix und der Partikelphase können die Erzeugung von Verlagerungsnetzwerken um die Partikel erleichtern;
• erhöhtes Orowan-Stärken, Zener-Pinning, usw. aufgrund der Möglichkeit von Nanopartikeln als Hindernisse einer Verlagerungsbewegung zu agieren;
• erhöhtes Kalthärten oder Kaltverfestigen oder Kaltbearbeitungseffekte (z.B. plastische Deformation des metallischen Materials kann zur Verlagerungsmultiplikation und der Entwicklung von Verlagerungssubstrukturen führen);
• erhöhtes Mischkristallhärten (z.B. die Art, die erlangt werden kann durch Hinzufügen von Zwischengitter- oder Substitutionsatomen in das Kristallgitter, die verantwortlich sind für die Deformation des Gitters selbst und für die Ausbildung von internen Spannungen);
• verbessertes Ausscheidungshärten oder Alterungshärten (z.B. die Art, die auf Änderungen in der festen Lösbarkeit mit der Temperatur arbeiten, um feine Ausscheidungen zu erzeugen, die die Bewegung von Verlagerungen behindern oder Defekte in einem Kristallgitter erzeugen; Verlagerungen können die Partikel kreuzen, indem sie sich schneiden oder sie können sich um sie herum beugen durch den Orowan-Mechanismus)
• erhöhtes Hall-Petch oder Korngrenzenverfestigen, was auf die Korngröße der Metallmatrixphase bezogen ist (z.B. kann die Nutzung von Nanopartikeln eine Matrixkornausgestaltung verbessern).

Die beispielhaften Teile, Werkzeuge, Verfahren, usw., die hierin beschrieben sind, können eine bessere Partikelverteilung in dem Außenbereich 16 oder, genauer gesagt, in der Außenoberfläche des gegossenen Teils ermöglichen. Wenn das Verbundwerkstoff-Metallmaterial 12 sich entlang der Außenbereiche verfestigt, die benachbart zu der Formhöhle oder der Formoberfläche sind, wobei die Flüssig-Fest-Grenze nach innen in das Teileinnere wandert, wenn sich das Teil abkühlt und verfestigt, weisen Partikel eine größere Tendenz auf, in dem Außenbereich zu verbleiben oder an der Außenoberfläche zu verbleiben aufgrund der Konzentration von Partikeln anfangs entlang der Formoberfläche. Wenn die Metallmatrixphase oder das Basismetall 20 sich verfestigt, ist eine viskose Zugkraft erhöht, was die Fluchtgeschwindigkeit der Partikelphase 22 verringert und den gegenseitigen Partikelkräften entgegenwirkt. Während die Partikelphase 22 während der Verfestigung der Metallmatrixphase 20 nach innen gezwungen werden kann, ist die Bewegung der Partikel nach innen geeignet beschränkt oder eingegrenzt, so dass viele der Partikel in dem Außenbereich 16 konzentriert verbleiben; dies trifft insbesondere zu unter Berücksichtigung, dass im Grunde alle der Partikel in dem Außenbereich starten. Anders wie in dem Voranstehenden kann dabei helfen, zur Formation von ein oder mehreren partikelreichen äußeren Bereichen zu führen.
Werkzeugsystem -
Die Verbundwerkstoffteile, die hier beschrieben werden, können in einem Gussprozess ausgebildet werden, wie etwa einem Hochdruck-Formgussprozess, wobei die Partikelphase 22 auf eine Innenoberfläche einer Form beaufschlagt wird, bevor die Metallmatrixphase 20 in geschmolzener Form in die Form eingeführt wird. Nun mit Bezug auf die 2A-2J, wird ein Beispiel eines Werkzeugsystems 200 zur Nutzung in einem Hochdruck-Formgussprozess dargestellt. Gemäß einer möglichen Ausführungsform weist das Werkzeug 200 Formabschnitte 202, 204 auf, die eine Formhöhle oder Gusshöhle 206, eine Hülse 208, einen Kolben 212, ein Angussverteiler 214, Auswurfstift(e) 216, einen Formbesprüher 218, sowie jegliches andere bekannte Equipment, das für solche Gussvorgänge benötigt wird, aufweist.
Die Formabschnitte 202, 204 (hier Seite an Seite dargestellt, obwohl andere Anordnungen möglich sind) definieren ein Forminnenraum oder Formhöhle 206, die in ihrer Größe und Form des gewünschten Teils ist. Eine oder beide der Formabschnitte 202, 204 kann bewegbar sein, z.B. um eine relative Bewegung zwischen den Formabschnitten zu bewirken, um ein Entfernen von Teilen, die innerhalb des Werkzeugs ausgebildet sind, zu vereinfachen, zum Warten/Reparieren des Werkzeugs usw. Zum Beispiel kann der Formabschnitt 202 bewegbar in Bezug auf den anderen Formabschnitt 204 sein, der stationär sein kann. Alternativ können beide Formabschnitte 202, 204 bewegbar sein. Die Formabschnitte 202, 204 kooperieren um eine Formhöhle oder Innenhohlraum zum Formen einer oder mehrerer Teile zu definieren.
Geschmolzenes Material (nicht dargestellt in 2A) kann eingespritzt auf andere Weise in die Formhöhle 206 eingeführt werden, die durch die die Formabschnitte 202, 204 definiert ist, mittels der Hülse 208. Zum Beispiel kann geschmolzenes Material in ein Eingussloch 210 gegossen werden und in die Formhöhle 206 durch einen Kolben 212 gezogen werden, wie nachstehend beschrieben wird. Das geschmolzene Material kann dann in die Formhöhle 206 aus einem Angussverteiler 214 eintreten, der sich von einem Ende der Hülse 208 zu einem Eingang der Formhöhle 206 erstreckt. In einem Beispiel weist das geschmolzene Material, das durch die Hülse 208 und den Angussverteiler 214 eingeführt wird, ein aluminiumbasiertes Material auf, das Teil der Metallmatrixphase 20 ist, aber weist nicht Partikeln von der Partikelphase 22 auf.
Eine oder mehrere Kühlkanäle oder andere thermische Beeinflussungsmerkmale (nicht dargestellt) können in einer oder beiden der Formabschnitte 202, 204 benachbart zu der Formhöhle 206 bereitgestellt sein, in dem Angussverteiler 214 und/oder in einigen anderen Teilen des Werkzeugs 200, um dazu zu helfen, die Temperatur des geschmolzenen Materials während des Gussprozesses zu managen oder zu steuern.
Die Auswurfstifte 216 können bereitgestellt sein, um ein Entfernen eines geformten Teils aus der Formhöhle 206 bereitzustellen. Jegliche Anzahl und/oder Art von Auswurfstift 216 kann bereitgestellt sein, die geeignet ist. Einige der besten Darstellungen der Auswurfstifte 216 sind in den 2A, 2B und 2J dargestellt.
Der Formbesprüher 218, der in einem Beispiel in 2B dargestellt ist, ist dazu ausgelegt, zu besprühen und auf andere Weise Partikel von der Partikelphase 22 auf ein oder mehrere Innenoberflächen der Formabschnitte 204, 206 zu beaufschlagen. Gemäß diesem Beispiel kann der Formbesprüher 218 einen robotisch oder auf andere Weise präzisionsgesteuerten Arm 230 und ein Sprühkopf 232 aufweisen. Wenn die Formabschnitte 204, 206 offen sind, so dass die Form oder die Formhöhle 206 freigelegt sind, kann der Arm 230 den Sprühkopf 232 in Position bewegen, so dass Partikel von der Partikelphase 22 gesprüht oder auf andere Weise auf die Innenoberflächen der Formabschnitte beaufschlagt werden kann. Wie in 2B dargestellt, kann der Sprühkopf 232 dazu konfiguriert sein, Partikel in die Bereiche des Forminnenraums entsprechend dem ringförmigen Rotorabschnitt 52 des Bremsenrotors 10 zu beaufschlagen.
Wie voranstehend angemerkt, muss ein Formbesprüher nicht angewendet werden, da andere Arten von Partikelanwendungswerkzeugen stattdessen genutzt werden kann. Einige Beispiele von solchen Werkzeugen können Rollausstattungen zum Rollen der Partikel auf die Innenformoberflächen, Dünnfilm-Platzierungsausstattungsfunktionieren von partikelbeladenen Blättern oder Gittern in der Gussformhöhle, Schaumausstattung zum Bereitstellen von partikeldurchzogenem Schaum in die Gussformhöhle oder jeglicher andere Partikelzulieferungsausstattung vorgesehen sein, die in dem Gebiet bekannt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffteils -
Nun mit Bezug auf die 4 wird ein Ablauf eines beispielhaften Gussverfahrens 400 zum Herstellen eines Verbundwerkstoffteils 10 dargestellt. Es ist bevorzugt, dass das Gussverfahren ein Hochdruck-Formgussverfahren ist, wie die Art, in der es benutzt wird aluminiumbasierte Teile zu gießen, aber dies ist nicht notwendig. Dieser Prozess wird in Verbindung mit den Werkzeugzeichnungen der 2A-J und der vergrößerten Mikrographie der 3 beschrieben.
Beginnend mit Schritt 410 beschichtet das Verfahren oder beaufschlagt auf andere Weise Partikel auf ein oder mehrere Innenoberflächen der Formabschnitte 202, 204. Als ein Beispiel, sobald die Formabschnitte 202, 204 getrennt oder voneinander beabstandet sind, können die Partikel (z.B. solche, die ein keramikbasiertes Material aufweisen) auf Innenoberflächen 206a, 206b der Formabschnitte gesprüht werden unter Nutzung eines Formbesprühers 218, so dass die Partikel daran anhaften, zumindest zeitweise bis das geschmolzene Metallmatrixmaterial 20 eingespritzt wird. Um ein Anhaften der Partikel an den Forminnenoberflächen zu vereinfachen, können die Partikelphase 22 des Weiteren eine Art von Binder, Klebstoff, Füller usw. aufweisen. Gemäß einer Möglichkeit kann die Partikelphase 22 in der Form eines trockenen Puders sein, das dispergiert oder mitgerissen wird in dem Formspray, wenn es auf die Forminnenoberflächen gesprüht wird. In einigen Beispielen kann das Formspray einen Loslöseragenten oder ein Schmierstoff aufweisen, der allgemein beim Entfernen des fertiggestellten Teils nach dem Verfestigen unterstützt. Des Weiteren kann ein solcher Loslöseagent oder Schmierstoff dabei helfen, dass die Partikelphase 22 an den Forminnenoberflächen „anklebt“. Formsprays können während eines Luftabblasens der Formhöhle beaufschlagt werden, zwischen Zyklen eines Einspritz-/Formgussprozesses oder zu jeglicher anderen geeigneten Zeit.
Alternativ oder zusätzlich zum Besprühen können Partikel auf die Forminnenoberfläche in einer festen Materialform (z.B. mittels einer Paste, einer Metallfolie, einem Metallschaum oder Metallgitter) beaufschlagt werden. Zum Beispiel können Partikel von der Partikelphase 22 in einer Paste vorgesehen sein, die manuell oder über einen automatischen Aufbringer auf die Forminnenoberfläche oder Abschnitten davon beaufschlagt wird. Im weiteren Beispiel können Partikel von der Partikelphase 22 in einem Folienmaterial oder Metallgitter vorgesehen sein, das an der Forminnenoberfläche oder Abschnitten davon befestigt ist. Wenn das geschmolzene Metallmatrixphasenmaterial in die Form eingespritzt wird, kann die Hitze des geschmolzenen Materials das feste Folien-/Schaum-/Gittermaterial schmelzen und innerhalb des Außenbereichs 16 des Teils dispergieren.
Die Beaufschlagung von Partikeln in Schritt 410 kann über die gesamte Forminnenoberfläche erfolgen oder kann selektiv sein, so dass Partikel nur auf Abschnitte der Forminnenoberfläche beaufschlagt sind, wo sie am meisten benötigt werden. Zum Beispiel kann das Beaufschlagen von Partikeln von der Partikelphase 22 auf einen Bereich, der eine weniger gekühlte Zone eines Gussteils aufweist (z.B. eine Zone, die Teil des Außenbereichs 16 ist, aber benachbart zu einer Außenfläche des Gießens ist) kann helfen, eine Korngröße des Metallmaterials zu reduzieren, eine Festigkeit zu erhöhen, eine Widerstandsfähigkeit zu erhöhen und eine Schutzbeschichtung um das Gussteil zu erzeugen. In einem verschiedenen Beispiel sind Partikel der Partikelphase 22 gezielt oder gerichtet auf einen relativen Hochstressbereich des Teils durch anfängliches Beaufschlagen der Partikel auf einen Abschnitt einer Innenformoberfläche, deren Ort dem Hochspannungsbereich des Teils entspricht, wie etwa dem ringförmigen Rotorabschnitt 52 des Bremsenrotors 10, der in 1A-1C dargestellt ist. Andere Abschnitte der Innenformoberfläche können mit oder ohne Partikel bereitgestellt sein (z.B. ein erster Abschnitt der Formoberfläche kann mit einer ersten Art von Partikel beschichtet sein und ein zweiter Abschnitt der Formoberfläche kann mit einer zweiten Art von Partikel beschichtet sein), oder die verschiedenen Abschnitte können verschiedene Konzentrationen der Partikelphase aufweisen, um verschiedene Möglichkeiten zu nennen.
In 3 ist ein exemplarischer Mikrograph einer Innenformoberfläche 206a, 206b dargestellt, die eine Mehrzahl von Partikeln 300 von einer Partikelphase 22 daran anhaftend aufweist. Natürlich kann die Beabstandung, Dichte, Größe usw. der Partikel 300 abhängig von der Anwendung variieren. Wenn die Innenformoberflächen 206a, 206b mit genügend Partikeln beschichtet sind, wird dann der Formbesprüher 218 aus dem Weg bewegt, so dass die Formabschnitte 202, 204 sich schließen können.
In Schritt 420, wenn die Formabschnitte 202, 204 geschlossen sind, spritzt das Verfahren dann geschmolzenes Metallmatrix-Phasenmaterial in die Formhöhle 206. Dieser Prozess ist schematisch in den 2C-2G dargestellt. Wenn der Kolben 212 an einem Ende der Hülse 208 entgegengesetzt zu der Formhöhle 206 zurückgezogen ist, kann geschmolzenes Metallmatrix-Phasenmaterial M (z.B. ein aluminiumbasiertes geschmolzenes Material) in die Hülse 208 durch das Eingussloch 210 eingeführt werden; 2C. Als nächstes wird der Kolben 212 in der Hülse 208 vorbewegt, wodurch das geschmolzene Material M aus der Hülse 208 und in den Angussverteiler 214 gezwungen wird; 2D. Der Kolben 212 setzt die Vorbewegung innerhalb der Hülse 208 fort, wodurch das geschmolzene Material M durch den Angussverteiler 214 und in die Formhöhle 206 gezwungen wird; 2E. Zum Beispiel kann der Kolben 212 des geschmolzenen Materials M in die Gussformhöhle 206 gemäß einem Zweistufenprozess einspritzen; in einer ersten Stufe bewegt sich der Kolben 212 mit einer relativ geringen Geschwindigkeit zunächst wenn das geschmolzene Material M aus der Hülse 208 in den Angussverteiler 214 gedrückt wird (z.B. 2D); und in einer zweiten Stufe bewegt sich der Kolben 212 mit einer relativ schnellen Geschwindigkeit um das geschmolzene Material M durch den Angussverteiler 214 und in die Formhöhle 206 mit erhöhtem Druck oder Kraft einzuspritzen (2E, 2F). Wenn einmal die Formhöhle 206 genügend mit geschmolzenem Material M gefüllt ist (2G), kann sich das Verfahren zu dem Verfestigungsschritt fortsetzen.
Beim Schritt 430 ermöglicht das Verfahren dem geschmolzenen Material M sich zu verfestigen und das Verbundwerkstoffteil P auszubilden. Der exakte Prozess des Verfestigungsschritts kann variieren, das ist abhängig von Prozessparametern und anderen Variablen. In einer Ausführungsform des Schritts 430 beginnen die Partikel von der Partikelphase 22 (z.B. keramikbasierte Partikel) von den beschichteten Innenoberflächen 206a, 206b der Formabschnitte 202, 204 in das Teil zu migrieren. Während dieses Prozesses beginnt die Partikelphase 22 innerhalb der Metallmatrixphase 20 einzutreten und zu dissipieren (z.B. eine die ein aluminiumbasiertes material aufweist), um das Verbundwerkstoff-Metallmaterial 12 auszubilden. Aus den schon erläuterten Gründen kann der Großteil der Partikel von der Partikelphase 22 innerhalb des Außenbereichs 16 des Teils während der Teileverfestigung verbleiben, wodurch ein partikelreicher Außenbereich oder Außenschicht ausgebildet wird. Während des Schritts 430 können die Partikel der Partikelphase 22 schmelzen oder mit der Metallmatrixphase 20 verschweißen, so dass intermetallische oder andere resultierende Verbindungen ausgebildet werden. Ohne dabei zu helfen, die Verfestigung zu vereinfachen, wird das Verbundwerkstoff-Metallmaterial 12 in der Formhöhle 206 gekühlt (z.B. durch Kühlkanäle oder andere Kühlmerkmale, wie voranstehend genannt). Bei der Beendigung des Schritts 430 ist das Verbundwerkstoff-Metallmaterial 12 in einem Teil P verfestigt (z.B. Bremsenrotor 10 oder einige andere Fahrzeugkomponenten); siehe 2H.
Das geschmolzene Material, das in dem Angussverteiler 214 verbleibt, kann sich danach verfestigen, abhängig von Faktoren wie etwa der relativen Größe des Angussverteilers zu der Gussformhöhle 206. Falls das so ist, kann das verfestigte Angussverteilermaterial einen Abschnitt R ausbilden; siehe 21.
Zuletzt, in Schritt 440, extrahiert das Verfahren das Verbundwerkstoffteil P, R von dem Werkzeug. Ein Beispiel des Schritts ist in den 21 und 2J dargestellt. Nachdem der Teil P und der Angussverteilerabschnitt R sich im Wesentlichen verfestigt haben, können die Formabschnitte 202, 204 getrennt oder auf andere Weise voneinander wegbewegt werden, wodurch das Teil P und der Angussverteilerabschnitt R freigelegt werden. Der Auswurfstift bzw. die Auswurfstifte 216 können dann das verfestigte Teil P und den Angussverteilerabschnitt R weg von dem Formabschnitt 202, wie in 2J dargestellt, zum Entfernen durch einen Entnahmearm 220, durch manuelles Entnehmen oder einige andere geeignete Teileentnahmetechniken. Das Teil P und der Angussverteilerabschnitt R können dann getrennt werden und jegliche zusätzliche Fertigstellungsschritte (z.B. Fräsen, Schleifen und Polieren usw.) können an dem Teil P durchgeführt werden, um zusätzliche Gradbildung (nicht dargestellt) oder andere Abschnitte des Verbundwerkstoffteils P zu entfernen, die ungewünscht sein können.
Das resultierende Verbundwerkstoffteil P kann einen Innenbereich 14 und einen Außenbereich 16 aufweisen. Der Innenbereich 14 weist größtenteils eine Metallmatrixphase 20 (z.B. eine die ein aluminiumbasiertes Material aufweist) auf, wobei der Außenbereich 16 größtenteils ein Verbundwerkstoff-Metallmaterial 12 aufweist, das Partikel von einer Partikelphase 22 aufweist (z.B. Partikel, die aus einem keramikbasierten Material hergestellt sind), die innerhalb der Metallmatrixphase 20 verteilt ist. Diese Konfiguration wiederum kann ein Verbundwerkstoffteil herstellen mit einem dünnen partikelreichen Außenbereich 16, der zumindest teilweise einen im Wesentlichen partikelfreien Innenbereich umgibt. Es ist erneut erwähnenswert, dass der partikelreiche Außenbereich 16 oder Außenschicht sich nicht um den gesamten Außenumfang Verbundwerkstoffteils erstecken muss; stattdessen kann er nur angeordnet und positioniert sein in bestimmten lokalen Bereichen des Verbundwerkstoffteils, wo Partikeleigenschaften benötigt werden.
Es soll verstanden werden, dass die voranstehende Beschreibung nicht eine Definition der Erfindung ist sondern eine Beschreibung von ein oder mehreren beispielhaften Darstellungen der Erfindung. Die Erfindung ist auf das bestimmte Beispiel bzw. die bestimmten Beispiele beschränkt, die offenbart sind, sondern stattdessen allein durch die nachstehenden Ansprüche definiert. Des Weiteren sind Feststellungen in der vorstehenden Beschreibung, die auf bestimmte beispielhafte Darstellungen bezogen sind nicht dazu auszulegen als Beschränkungen des Geltungsbereichs der Erfindung oder der Definition der in den Ansprüchen verwendeten Begriffe, außer, wenn ein Begriff oder eine Wendung ausdrücklich voranstehend definiert wird. Verschiedene andere Beispiele und verschiedene Änderungen und Modifikationen an der offenbarten Ausführungsform bzw. in den offenbarten Ausführungsformen werden dem Fachmann ersichtlich. Alle solche anderen Ausführungsformen, Änderungen und Modifikationen sind dazu vorgesehen, in den Geltungsbereich der anliegenden Ansprüche zu fallen.
Wie in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet, haben die Begriffe „zum Beispiel“, „z.B.“; „beispielsweise“, „sowie“ und „wie“ und die Verben „aufweisen“, „umfassen“, „mit“ und die dazugehörige Verformen, wenn sie in Verbindung mit einer Liste von ein oder mehreren Komponenten oder anderen Dingen genutzt werden, sind jeweils als offen zu konstruieren, was bedeutet, dass die Aufzählung nicht als ausschließend von anderen zusätzlichen Komponenten oder Dingen auszulegen ist. Andere Begriffe sind unter Anwendung ihrer breitesten vernünftigen Bedeutung auszulegen außer sie werden in einem Kontext verwendet, der eine andere Interpretation erfordert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62515589 [0001]

Claims

Verbundwerkstoffteil (10), mit: einem Verbundwerkstoff-Metallmaterial (12), das eine Metallmatrixphase (20) und eine Partikelphase (22) aufweist, die in der Metallmatrixphase dispergiert ist; einem Innenbereich (14); und einem Außenbereich (16), der den Innenbereich (14) zumindest teilweise umgibt, wobei eine durchschnittliche Konzentration der Partikelphase (22) in dem Verbundwerkstoff-Metallmaterial (12) in dem Außenbereich (16) höher ist als in dem Innenbereich (14).
Verbundwerkstoffteil nach Anspruch 1, wobei die Metallmatrixphase (20) zumindest eines von einem aluminiumbasierten Material oder einem magnesiumbasierten Material aufweist.
Verbundwerkstoffteil nach Anspruch 2, wobei die Metallmatrixphase (20) ein aluminiumbasiertes Material aufweist, das Aluminium und zwischen 0 und 25 Gew.-%, jeweils einschließlich, Silizium aufweist.
Verbundwerkstoffteil nach Anspruch 1, wobei die Partikelphase (22) ein keramikbasiertes Material aufweist.
Verbundwerkstoffteil nach Anspruch 4, wobei die Partikelphase (22) ein keramikbasiertes Material aufweist, das zumindest eines von einem Oxid, einem Karbid, einem Borid, einem Nitrid oder einem Silikat aufweist.
Verbundwerkstoffteil nach Anspruch 1, wobei der Innenbereich (14) im Wesentlichen partikelfrei ist, so dass weniger als ungefähr 0,5 Gew.-% des gesamten Verbundwerkstoff-Metallmaterials (12) in dem Innenbereich (14) die Partikelphase (22) ist.
Verbundwerkstoffteil nach Anspruch 1, wobei der Außenbereich (16) partikelreich ist, so dass mehr als ungefähr 5 Gew.-% des gesamten Verbundwerkstoff-Metallmaterials (12) in dem Außenbereich (16) die Partikelphase (22) ist.
Verbundwerkstoffteil nach Anspruch 7, wobei die Partikelphase (22) in dem Außenbereich (16) eine Verteilung vom Gradiententyp aufweist, so dass eine Konzentration von Partikeln am höchsten nahe an einer Außenoberfläche (24) des Verbundwerkstoffteils (10) ist und weiter in Richtung einer Mitte des Verbundwerkstoffteils (10) abnimmt.
Verbundwerkstoffteil nach Anspruch 7, wobei die Partikelphase (22) in dem Außenbereich (16) eine nicht-gleichförmige Verteilung aufweist, so dass eine Konzentration von Partikeln selektiv in lokalen Bereichen des Verbundwerkstoffteils (10) angeordnet ist, wo bestimmte Partikelmaterialeigenschaften benötigt werden.
Verbundwerkstoffteil nach Anspruch 1, wobei das Verbundwerkstoffteil (10) des Weiteren einen Grenzbereich (18) aufweist, der zumindest teilweise zwischen dem Innenbereich (14) und dem Außenbereich (16) angeordnet ist, wobei der Grenzbereich (18) eine Dicke von ungefähr 0,001-0,1 mm, jeweils einschließlich, aufweist und größtenteils intermetallisches Material aufweist, das Bestandteile von sowohl dem Innenbereich (14) als auch dem Außenbereich (16) aufweist.
Verbundwerkstoffteil nach Anspruch 1, wobei das Verbundwerkstoffteil (10) ein Bremsenrotor ist, der einen zentralen Nabenabschnitt (50) und einen ringförmigen Rotorabschnitt (52) aufweist, wobei der ringförmige Rotorabschnitt (52) den Außenbereich (16) aufweist, so dass die höhere durchschnittliche Konzentration der Partikelphase (22) in dem Außenbereich (16) die Abnutzungsbeständigkeit des ringförmigen Rotorabschnitts (52) vergrößert.
Werkzeugsystem (200) zum Gießen eines Verbundwerkstoffteils (10), mit: einer Gussform (206), die eine Innenoberfläche (206a, 206b) aufweist, wobei zumindest ein Abschnitt der Gussform-Innenoberfläche (206a, 206b) mit Partikeln von einer Partikelphase (22) beschichtet ist; und einem Einspritzer (212), der dazu konfiguriert ist, geschmolzenes Material (M) in die Gussform einzuspritzen, wobei das geschmolzene Material (M) eine Metallmatrixphase (20) aufweist; wobei die Gussform (206) dazu konfiguriert ist, das geschmolzene Material (M) in das Verbundwerkstoffteil (10) zu verfestigen und die Gussform-Innenoberfläche (206a, 206b), die mit Partikeln von der Partikelphase (22) beschichtet ist, dazu konfiguriert ist, die Partikel in einen Außenbereich (16) des Verbundwerkstoffteils (10) zu verteilen, der zumindest teilweise einen Innenbereich (14) des Verbundwerkstoffteils (10) umgibt.
Werkzeugsystem nach Anspruch 12, wobei die Gussform-Innenoberfläche (206a, 206b) einen ersten Oberflächenabschnitt und einen zweiten Oberflächenabschnitt aufweist, wobei der Gussform-erste-Oberflächenabschnitt mit Partikeln von der Partikelphase (22) beschichtet ist und einen ersten Abschnitt des Verbundwerkstoffteils (10) entspricht, wo Materialeigenschaften der Partikelphase (22) gewünscht sind, wobei der Gussform-zweite-Oberflächenabschnitt mit Partikeln von der Partikelphase (22) nicht beschichtet ist und einem zweiten Abschnitt des Verbundwerkstoffteils (10) entspricht, wo Materialeigenschaften der Partikelphase (22) weniger gewünscht sind als in dem ersten Abschnitt des Verbundwerkstoffteils (10).
Verfahren (400) zum Gießen eines Verbundwerkstoffteils (10) in einem Werkzeugsystem (200), das eine Gussform (206) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Beschichten zumindest eines Formabschnitts einer Innenoberfläche (206a, 206b) der Gussform (206) mit einer Partikelphase (22), die eine Mehrzahl von Partikeln aufweist; Einspritzen eines geschmolzenen Materials (M), das eine Metallmatrixphase (20) aufweist; in die Gussform (206); und Verfestigen des geschmolzenen Materials (M) in der Gussform (206) zum Ausbilden eines Verbundwerkstoffteils (10), das aus einem Verbundwerkstoff-Metallmaterial (12) hergestellt ist, das einen Außenbereich (16) aufweist, der zumindest teilweise einen Innenbereich (14) umgibt, wobei eine durchschnittliche Konzentration der Partikelphase (22) in dem Verbundwerkstoff-Metallmaterial (12) in dem Außenbereich (16) höher ist als in dem Innenbereich (14).
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Beschichtungsschritt des Weiteren das Beschichten des Abschnitts der Innenoberfläche (206a, 206b) der Gussform (206) mit der Partikelphase (22) aufweist, die ein keramikbasiertes Material aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Beschichtungsschritt des Weiteren das Besprühen des Abschnitts der Innenoberfläche (206a, 206b) der Gussform (206) mit der Partikelphase (22) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Beschichtungsschritt des Weiteren das Bereitstellen der Partikelphase (22) in einem Formlöseagenten aufweist und dann das Besprühen des Abschnitts der Innenoberfläche (206a, 206b) der Gussform (206) mit dem Formlöseagenten aufweist, so dass die Partikel der Partikelphase (22) zumindest zeitweise an dem Abschnitt der Innenoberfläche (206a, 206b) der Gussform (206) verbleiben.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Beschichtungsschritt des Weiteren zumindest eines von einem Rollen des Abschnitts der Innenoberfläche (206a, 206b) der Gussform (206) mit der Partikelphase (22) oder eines Beaufschlagens der Partikelphase (22) in situ auf den Abschnitt der Innenoberfläche (206a, 206b) der Gussform (206) über ein dünnes partikelbeladenes Blatt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Beschichtungsschritt des Weiteren das selektive Beschichten eines ersten Abschnitts der Innenoberfläche (206a, 206b) der Gussform (206) mit der Partikelphase (22) aufweist, die eine Mehrzahl von Partikeln aufweist, und das Freilassen eines zweiten Abschnitts der Innenoberfläche (206a, 206b) der Gussform (206) unbeschichtet aufweist, wobei der erste Abschnitt der Innenoberfläche (206a, 206b) einem lokalen Bereich des Verbundwerkstoffteils (10) entspricht, wo bestimmte Partikelmaterialeigenschaften benötigt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Beschichtungsschritt des Weiteren das selektive Beschichten des ersten Abschnitts der Innenoberfläche (206a, 206b) der Gussform (206) mit der Partikelphase (22) aufweist, die eine erste Konzentration von Partikeln aufweist, und das selektive Beschichten eines zweiten Abschnitts der Innenoberfläche (206a, 206b) der Gussform (206) mit der Partikelphase (22) aufweist, die eine zweite Konzentration von Partikeln aufweist, wobei die erste Konzentration von Partikeln größer ist als die zweite Konzentration von Partikeln.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Beschichtungsschritt des Weiteren das selektive Beschichten eines ersten Abschnitts der Innenoberfläche (206a, 206b) der Gussform (206) mit der Partikelphase (22) aufweist, die eine erste Art von Partikeln aufweist, das selektive Beschichten eines zweiten Abschnitts der Innenoberfläche der Gussform mit der Partikelphase (22) aufweist, die eine zweite Art von Partikel aufweist, wobei die erste Art von Partikel verschieden ist von der zweiten Art von Partikeln.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Einspritzschritt des Weiteren das Einspritzen des geschmolzenen Materials (M), das die Metallmatrixphase (20) aufweist, das zumindest eines von einem aluminiumbasierten Material oder einem magnesiumbasierten Material aufweist, in die Gussform (206) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Metallmatrixphase (20) ein aluminiumbasiertes Material aufweist, das Aluminium aufweist und zwischen 0-25 Gew.-%, jeweils einschließlich, Silizium.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Verfestigungsschritt des Weiteren das Verfestigen des geschmolzenen Materials (M) innerhalb der Gussform (206) zum Ausbilden des Verbundwerkstoffteils (10) aufweist, wobei das Verfestigungsergebnis in dem Innenbereich (14) im Wesentlichen partikelfrei ist, so dass weniger als ungefähr 0,5 Gew.-% des gesamten Verbundwerkstoff-Metallmaterialien in dem Innenbereich die Partikelphase (22) ist, und der Außenbereich (16) partikelreich ist, so dass mehr als ungefähr 5 Gew.-% des gesamten Verbundwerkstoff-Metallmaterialien in dem Außenbereich (16) die Partikelphase (22) ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Verfestigungsschritt des Weiteren das Verfestigen des geschmolzenen Materials (M) innerhalb der Gussform (206) aufweist, um das Verbundwerkstoffteil (10) auszubilden, wobei das Verfestigen darin resultiert, dass das Verbundwerkstoffteil (10) einen Grenzbereich (18) aufweist, der zumindest teilweise zwischen dem Innenbereich (14) und dem Außenbereich (16) angeordnet ist, wobei der Grenzbereich (18) eine Dicke von ungefähr 0,001-0,1 mm, jeweils einschließlich, aufweist, und größtenteils intermetallisches Material aufweist, das Bestandteile von sowohl dem Innenbereich (14) als auch dem Außenbereich (16) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Verfestigungsschritt des Weiteren das Abkühlen des geschmolzenen Materials (M) innerhalb der Gussform (206) aufweist, so dass eine Fest-Flüssig-Grenze die Partikel von der Partikelphase (22) weg von dem Abschnitt einer Innenoberfläche (206a, 206b) der Gussform (206) trägt und die Partikel innerhalb des Außenbereichs (16) des Verbundwerkstoffteils (10) verteilt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Gussverfahren ein Hochdruckform-Gussprozess ist.