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DE2340282A1 - Verfahren zur erzeugung eines harten ueberzugs auf einem substrat - Google Patents

Verfahren zur erzeugung eines harten ueberzugs auf einem substrat

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DE2340282A1
DE2340282A1 DE19732340282 DE2340282A DE2340282A1 DE 2340282 A1 DE2340282 A1 DE 2340282A1 DE 19732340282 DE19732340282 DE 19732340282 DE 2340282 A DE2340282 A DE 2340282A DE 2340282 A1 DE2340282 A1 DE 2340282A1
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ions
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Niels Nikolaj Engel
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Description

Niels, Nikolaj Engel
3296 Ferncliff Place, N.E.
Atlanta, Georgia 30524
V.St.A.
Unser Zeichen: E 772
Verfahren zur Erzeugung eines harten Überzugs auf einem
Substrat
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines harten Überzugs auf einem Substrat; sie betrifft insbesondere die verbesserte Metallablagerung auf einem Substrat und ein Ionenplattierungsverfahren sowie die dabei erhaltenen Produkte.
Das Schneidevermögen und die Lebensdauer der Schneide von Messerklingen hängen von der Anwesenheit einer Matrixstruktur aus einem schwach getemperten Martensit mit einer hohen Härte und der Einbettung einer ausreichenden Anzahl von fein und gleichmäßig verteilten Carbiden in dieser Matrix ab. Es sind bereits viele Verfahren bekannt, die zur Herstellung von Schneidwerkzeugen mit einer Schneide einer großen Härte und Haltbarkeit angewendet werden können. Bei
Dr.Hn/ju
409808/093A
rostfreiem Stahl wurde beispielsweise der Kohlenstoffgehalt des Stahlsubstrats erhöht, van. den Mengenanteil der harten Chromcarbide in der Struktur zu erhöhen, wenn er für Schneidmaterialien verwendet wird. Es wurden auch bereits andere earbidbildende Legierungsbestandteile, wie Molybdän, Wolfram, Vanadin, 2?itan und dgl,, dem Substrat zugesetzt.
Überzogene Substrate liefern gute Schneidwerkzeuge und gegen Verschleiß beständige Oberflächen. Da die Korrosion häufig ein Faktor ist, der die Schneidekanten oder verschleißbeständigen Oberflächen beeinträchtigt, sind* Legierungselemente, welche die Korrosionsbeständigkeit erhöhen, die dem Substrat zugesetzt werden können, von großem Wert. Es wurden bereits verschiedene Methoden zum Überziehen bzw. Beschichten der Oberfläche eines Substrats mit einem Material angewendet, beispielsweise die in den US-Patentschriften 3 404 084, 2 916 409 und 5 192 892 beschriebene lonenablagerung. Keine dieser bekannten Beschichtungsmethoden umfaßt ^jedoch Stufen zur Herstellung einer wirklich überlegenen Schneidekante (Schneide).
Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von verbesserten Schneidekanten bzw. Schneiden sowie entsprechend verbesserte Produkte anzugeben. Ziel der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zum Implantieren von Ionen eines Metalls in ein Stahlsubstrat oder in ein Eisen enthaltendes Legierungssubstrat unter Bildung von Carbiden des Metalls innerhalb des Martensits des gehärteten Substrats anzugeben, um dadurch die Oberflächenhärte des Substrats zu erhöhen unter Bildung eines verbesserten Schneidwerkzeuges. Ziel der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zur Auf plattierung von Metallionen auf die Oberfläche eines Substrats sowie ein Verfahren zum Carburieren, Boridieren (Boridhärten), Nitrieren (Nitridhärten) oder Metallisieren eines mit Ionen plattierten Substrats anzugeben.
"Legierungen oder
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Ziel der Erfindung ist es außerdem, verbesserte Schneid- und Abriebswerkzeuge anzugeben, die ein überlegenes Schneidevermögen, eine verbesserte Haltbarkeit, Festigkeit und Korrosions- und Verschleißbeständigkeit aufweisen. Ziel der Erfindung ist es ferner,- ein Ionenplattierungsverfahren anzugeben, das auf Substrate aus Stahl oder Eisen enthaltenden Legierungen anwendbar ist, sowie ein eisenplattiertes Produkt anzugeben, das gegen Wärmeschock sehr beständig ist. Ziel der Erfindung ist es außerdem, eine verbesserte Schneidekante (Schneide) anzugeben, die einen niedrigen Reibungskoeffizienten besitzt.
Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen hervor.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung eines harten Überzugs auf einem Substrat, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es die folgenden Stufen umfaßt: Reinigen der Oberfläche eines Stahlsubstrats oder eines Eisen enthaltenden Legierungssubstrats, Implantieren einer ausreichenden Menge von Ionen eines Metalls aus der Gruppe der feuerfesten (schwer-schmelzenden) Elemente Scandium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram, der Seltenen Erden Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Yttrium, Ytterbium und Lutetium, der Actiniden Actinium, Thorium, Protactinium, Uran, Neptunium, Plutonium, Americium, Curium, Berkelium, Californium, Einsteinium, Fermium, Mendelevium, Nobelium und Lawrencium, Eisen, Nickel, Kobalt und Bor zum Legieren des Substrats bis auf eine vorher festgelegte Tiefe, Aufplattieren von Ionen einer Art aus der oben genannten Gruppe, Umsetzen des überzogenen Substrats mit Kohlenstoff, Bor, Stickstoff oder einem der oben angegebenen Metalle mit Ausnahme des implantierten Metalls unter
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Bildung eines Carbide, Boride, Nitrids oder einer Metall-Verbindung des Plattierungsmetalls und Härten durch Abschrecken, wenn es sich bei dem Substrat um Stahl handelt. Bei dieser.Behandlung des Substrats erhält man einen superharten Martensit und einen viel härteren überzug aus der Carbid-, Borid-, Nitrid- oder Metallverbindung unter Bildung einer ausgezeichneten Schneidekante (Schneide).
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei bedeuten:
Pig. 1 eine Mikrophotographie eines unlegierten Kohlenstoff-Stahls, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt worden ist, und
Fig. 2 eine Mikrophotographie eines unlegierten Kohlenstoffstahls, welcher der gleichen Wärmebehandlung unterzogen worden ist, in den jedoch keine Ionen implantiert worden sind.
Das Implantieren von Ionen in irgendein beliebiges Metall führt im allgemeinen zu einer Erhöhung der Härte und Festigkeit des Metalls. Dielonenimplantation in einen Kohlenstoff enthaltenden Stahl in Kombination mit einer Härtungsbehandlung führt unabhängig von dem implantierten Material zu einem superharten Martensit· Beim Implantieren von Ionen in ein Stahlsubstrat sollte der Kohlenstoffgehalt des Substrats innerhalb des Bereiches von 0,3 bis 1,8 Gew.-% liegen, wobei der optimale Bereich 0,5 bis 0,8 Gew.-^ beträgt. Ein Substrat mit einem Kohlenstoffgehalt unterhalb 0,3 % wird als "weicher Stahl" bzw. "Schmiedeeisen" bezeichnet und
ist für Schneidwerkzeuge und verschiedene verschleißbeständige Gegenstände zu weich. Seine Überzüge brechen leicht ab, wenn der Träger oder das Substrat viel v/eicher und schwächer ist als der Überzug selbst. Deshalb sollten
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die Substrate hart sein, vorzugsweise aus gehärtetem Stahl. Es besteht nämlich keine maximale Grenze bezüglich des Kohlenstoffgehaltes innerhalb des Substrats, er hängt davon ab, wie spröde das Substrat sein soll, nachdem, wie oben angegeben, abgeschreckt worden ist. Bei dem erfindungsgemäß verwendeten Stahl kann es sich um irgendeinen Stahl oder um irgendeine Eisen enthaltende Legierung handeln.
Durch die Ionenimplantation wird der Vorteil erzielt, daß die gehärtete Matrix härter als der Martensit ist, wie er durch normale Härtungsmethoden erhalten wird. Die Ionenplattierung in Kombination mit einer Härtung der mit Ionen implantierten Matrix stellt ein Verfahren zur Erzielung härtester Überzüge auf einer superharten Matrix dar, was nach keinem anderen Verfahren erzielbar ist. Gleichzeitig ist die Haftung zwischen dem Überzug und der Matrix besser als die nach irgendeinem anderen Verfahren erzielbare Haftung.
Die erste Stufe in dem erfindungsgemäß en Ionenplattierungsverfahren besteht darin, das Substrat zu reinigen. Das Substrat wird auf irgendeine geeignete Weise gereinigt und dann schnell so auf einem Metallgestell befestigt, daß die Kanten, die mit Ionen plattiert werden sollen, freiliegen. Das Gestell wird für die Eisenimplantation und für die Plattierung in eine Vakuumkammer überführt, wobei das Substrat die Kathode bildet.
Die Kammer wird bis zu einem Vakuum von 2 χ 10""^ mm Hg oder einem noch besseren Vakuum unter häufigem Spülen mit Argongas evakuiert. Ein solcher niedriger Druck ist erforderlich, um das Plasma aufrechtzuerhalten, das darinnen, wie nachfolgend beschrieben, entsteht. Es wird Argongas in die Kammer eingelassen. An die Kathode (Substrat) wird dann ein elektrisches Potential angelegt und allmählich erhöht, bis ein
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rosa Argonplasma gebildet wird· Bs wird Argon verwendet, weil es mit dem Substrat oder mit dem durch Ionen zu plattierenden Material nicht reagiert und schwer ist, wodurch die Aufprallkraft der Ionen auf das Substrat erhöht und dadurch eine bessere Reinigungswirkung erzielt wird« Die Plasmabildung beginnt innerhalb des Bereiches \ron 1 KV und 50 mA und kann dann bei viel niedrigeren Potentialen aufrechterhalten werden. Die Energiezufuhr kann je nach den Erfordernissen variiert werden. Das mit den Ionen zu plattierende Objekt wird zuerst mit dem Argonplasma durch Ionen gereinigt. Das Argon sprüht irgendwelche Atomverunreinigungen oder irgendwelchen Schmutz wag, der auf der Substratoberfläche vorhanden ist. Das mit Ionon z\i plattierende Material bildet in lorm eines Fadens (z.B. eines Woiframdrahtes) oder in Form einer Masse (Becken) Ass geschmolzenen Metalls, das durch eine Elektronenpistole erhitzt werden ist, innerhalb der Kammer die Anode? Ιιά1':>κ man. einen ausreichenden Strom durch diesen Faden laItet, während das Argonplasma aufrechterhalten wird, wiivi de- Faden (die Anode) allmählich erhitzt, bis aas Material a:a£ der Anode schmilzt und dann, unterstützt durch das beträchtliche Vakuum innerhalb der Kammer, verdampft. Diese ionisierten Partikel werden von der Kathode (dem mit Ionen su plattierenden Gegenstand) wegen der großen Potenti&ldifferenz (die von ^QO bis 50 °O° v variieren kann) angezogen und dadurch wird eine Ionenimplantation und/oder Ionenplattierung erzielt.
Tatsächlich werden die ersten Ionen, die auf die Substratoberfläche auftreffen, innerhalb des Substrats implantiert und führen zu einem allmählichen Übergang zwischen dem Substrat und der Oberfläche. Wenn das Substrat durch die Ionenimplantation "gesättigt"-wird, wird der Rest der Ionen auf der Substratoberfläche abgelagert. Die "Penetrationstiefe (Eindringtiefe)" der Ionenimplantation in das Substrat hängt von der Härte des Substrats ab. Im allgemeinen ist ein Substrat mit einer Härte von weniger als 50 Rockwell C
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bevorzugt.
Es ist nicht bekannt, ob dann, wenn die implantierten Ionen mit dem in dem Substrat vorhandenen Kohlenstoff reagieren, sie einen Niederschlag bilden oder "in Lösung" innerhalb des Kristallgitters des Substrats vorhanden sind. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die durch die implantierten Ionen gebildeten Verbindungen zu klein sind, um nach den heutigen Methoden beobachtet werden zu können. Die Ionenplattierungszeit kann von Bruchteilen von Sekunden bis zu mehreren Minuten variieren. Während des Ionenplattierungsprozesses fällt der Druck in der Kammer etwas ab, er sollte jedoch durch Einstellung des Argondruckes oder der Metallverdampfung auf dem richtigen Wert gehalten werden.
Das obige Ionenplattierungsverfahren kann mit einer Reihe von. Stahl- oder Eisen enthaltenden Legierungen beispielsweise bei Rasierklingen, Industrieklingen, Bandsägen, Feilen, Nägeln" und dgl· sov/ie bei anderen Metallen und Formen, wie z.B. Fleischzerhackerplatten, durchgeführt werden.
Es können die verschiedensten Elemente in Form von Ionen auf das Substrat aufplattiert werden. Dazu gehören alle hochschmelzenden bzw. feuerfesten Elemente, wie Scandium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram, die Elemente der Seltenen Erden, wie Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Yttrium, Ytterbium und Lutetium, die Metalle der Actinidenreihe, wie Actinium, Thorium, Protactinium, Uran,Neptunium, Plutonium, Americium, Curium, Berkelium, Californium, Einsteinium, Fermium, Mendelevium, Nobelium und Lawrencium, Eisen, Kobalt, Nickel und Bor. Einige dieser Metalle machen die Verwendung einer Hochenergie-Verdampfungseinheit, beispielsweise einer Elektronenpistole, erforderlich, wenn sie verdampft werden sollen. Bei der großtechnischen Herstellung
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ist die Verdampfung mit der Elektronenpistole bevorzugt·
Verschleißbeständige und korrosionsbeständige Schneidekanten bzw. Schneiden werden erhalten mit superharten Materialien, die der mit Ionen implantierten Substratoberfläche zugesetzt werden können. Die härtesten bekannten Materialien sind Carbide, Boride und Nitride und "Verbindungen der Übergangselemente mit Elementen der zweiten Periode, wie z.B. TiC, ScN, VC, Cr4C5, TiB, B4C und BN. Außerdem kann jedes Metall innerhalb der oben angegebenen Liste von Ionenplattierungsmaterialien außer dem bereits auf das Substrat aufplattierten Metall der mit Ionen implantierten Substratoberfläche zugesetzt werden. Diese Materialien können dem Substrat in Form von Verbindungen zugesetzt werden, diese sind jedoch sehr stabil und schwierig zu verdampfen. Die beste Methode besteht darin, das reine Metall (Ti, Cr, B, Sc usw.) in Form von Ionen auf das Substrat auf zuplattieren und dann das Metall in das oe?/eilige Carbid, Borid oder Nitrid zu überführen.
Ob nun Kohlenstoff, Bor oder Stickstoff verwendet wird, hängt von dem Substratüberzug ab. So ist beispielsweise Kohlenstoff das beste Material für die Reaktion mit Titan, während Bor am besten mit Vanadin und Stickstoff am besten mit Scandium reagieren. Die Carburierung, Boridierung (Boridhärtung), Nitrierung (Nitridhärtung) oder Metallisierung muß in einer sauerstoffreien Atmosphäre durchgeführt werden, weil auf dem Substrat ein Oxyd des Metalls gebildet werden könnte, das spröder als das Carbid, Borid oder Nitrid dieses Metalls ist. Die Carburierung kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden: ein Kohlenstoff enthaltendes Gas, wie z.B. ein Kohlenwasserstoff, kann zusammen mit dem beschichteten Substrat auf eine Temperatur innerhalb des Bereiches von 600 bis 900°C (in der Regel oberhalb etwa 800°C) erhitzt werden, wodurch der Kohlenstoff und der Metallüberzug miteinander reagieren
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unter Bildung eines Carbide, wie z.B. 5DiC und dgl. Das beschichtete Substrat kann aber auch auf irgendeine andere geeignete Art und Weise carburiert werden, beispielsweise unter Anwendung irgendeiner üblichen Kasten-, Cyanid- oder ,Gasearburierungsmethode. Es kann auch in einem durch eine Stickstoff/Propan-Mischung gebildeten Plasma (oder in irgendeiner anderen carburierenden Gasmischung, die durch einen Lichtbogen verdampften Kohlenstoff enthält) behandelt werden.
Die letzte Stufe ist die Härtung des carburieren, boridierten, nitrierten oder metallisierten Substrats, um das Substrat in den martensitischen Zustand zu überführen. Die Härtung kann auf irgendeine übliche Art und Weise erfolgen, beispielsweise durch Abschrecken in Wasser (z.B. durch Erhitzen des Substrats bis auf eine-Temperatur innerhalb des Austenit-Bereiches und Abkühlen desselben mit einer überkritischen Abkühlungsgeschwindigkeit), durch Induktions- oder Impulshärtung. Die Härtung kann als getrenntes Verfahren nach dem Legieren des Überzugs oder im Rahmen eines kombinierten Verfahrens durchgeführt werden. Besonders vorteilhafte Eigenschaften wurden erzielt durch schnelles Erhitzen der Schneidekante (Schneide) oder eines Sägezahns und Abschrecken in einem Kühlungsmittel oder unter Verwendung der Matrix als Kühlblech.
Die Penetrationstiefe (Eindringtiefe) der Ionen innerhalb des Substrats kann durch eine Reihe von Faktoren, beispielsweise durch die Verdampfungsgeschwindigkeit, durch die Zeit, das Potential, den Druck und die Geometrie gesteuert werden. Die Penetrationstiefe beträgt normalerweise 0,025. bis 0,508 mm (1 bis 20 mils).
Normalerweise hat der Martensit der Sehneidekanten eine Knoob-Härte von 850 bis 900, wobei ein Wert von 1000 etwa das Maximum darstellt. Schneidekanten oder Abriebsmaterialien,
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die erfindungsgemäß behandelt worden sind, weisen einen Martensit mit einer Knoob-Härte auf, die mehr als 12CX) "beträgt. Im J?alle der iitanionenimplantation ist es das !Eitancarbid, das der superharten Martensitmatrix die sehr hohe Härte verleiht. Im Falle der Eisen- und Niekelionenimplantation wird ein Martensit mit einer verbesserten Härte erhalten.
Ein Stück aus einem unlegierten Kohlenstoffstahl, der auf übliche Weise carburiert und gehärtet worden war, wies einen Martensit auf, der eine Glasplatte nicht ritzte. Der in mit Nickel- und Eisenionen plattiertem Stahl erhaltene Martensit ritzte jedoch wiederholt Glas. Die mit Eitanionen plattierten und anschließend carburierten Oberflächen schneiden Glas fast ebenso~gut wie Diamanten.
Zwei Peilen, eine im geglühten (getemperten) und die andere im gehärteten Zustand, wurden mit Titanionen implantiert und plattiert. Sie wurden in einer Methan-Wasserstoff-Atmosphäre carburiert und durch Abschrecken mit Wasser gehärtet. Dabei wurde gefunden, daß zwischen den beiden ein Unterschied in bezug auf die Knoob-Härte von nahezu 300 Punkten bestand:
getemperte Peile 1120 Ehn
nicht-getemperte Feile 825 "
Es wird angenommen, daß dieser Unterschied in bezug auf die Härte darauf zurückzuführen ist, daß Dislokationen in das Material eindringen können. Der Mechanismus der Bildung von superhartem Martensit ist höchst—wahrscheinlich der, daß die auf die Metalloberfläche auftreffenden Atome eine Dislokation initiieren, die sich bis in eine bestimmte Tiefe in das Material hineinbewegt und die auftreffenden Atome mit sich führt. Weiche Materialien sind permeabel für Dislokationen und können deshalb auftreffende Atome absorbieren, so daß sie bis unter die Oberfläche eindringen.
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Ein Vorteil, der durch die vorliegende Erfindung erzielt wird, ist der, daß dadiirch eine Adhäsion zwischen dem Überzug und dem Substrat erzielt wird, die größer ist als die Festigkeit des Substrats. Auf einen Teil des überzogenen Substrats wurde ein Klebstoff aufgebracht. Bei dem Versuch, den Überzug von der Substratoberfläche abzuziehen, brach unter der Spannung entweder das Substrat oder der Klebstoff. Die "Verbindungsstelle" oder die Überzugs/Substrat-Grenzfläche brach niemals.
Nach dem Verfahren der Erfindung erhält man einen Überzug auf einem Substrat, der gegen Wärmeschock sehr beständig ist· Extreme und plötzliche Temperaturänderungen beeinflussen weder den Überzug noch die Verbindungsstelle. Dies kann durch geeignete Auswahl eines Überzugs mit einer geringeren Wärmedehnung als das Substrat erzielt werden. Wenn nach dem Plattieren bei einer etwas höheren Temperatur abgekühlt wird, . wirken auf den Überzug Druckspannungen ein. Auch durch geeignete Auswahl eines Überzugsmaterials mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten wird das Erwärmen durch Reiben, wie z.B. bei Hackplatten beim Schneiden von Fleisch, verhindert. Ein Titancarbidüberzug beispielsweise liefert gleichzeitig beide Vorteile und deshalb wird die Beständigkeit gegen Wärmeschock erhöht.
Die Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung zeigt eine Mikrophotographie einer Probe A eines unlegierten, mit Titanionen plattierten KohlenstoffStahls, der mit einem durch eine Stickstoff/Proapn-Mischung gebildeten Plasma carburiert. und in Wasser abgeschreckt worden ist.
Die Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung zeigt eine Mikrophotographie einer Probe B des gleichen unlegierten, carburierten und abgeschreckten KohlenstoffStahls wie die Probe A, diesmal jedoch ohne Ionenplattierung. Die Testbelastung für beide Proben A und B betrug 100 g. Die Vergrößerung der
A09808/093A
Figuren 1 und 2 ist 250-fach.
Wie aus der folgenden Tabelle I ersichtlich, waren die Khoob-Härtewerte für die carburierte Probe (Probe B) ziemlich konstant und ähnlich denjenigen eines normalen Stahls. Bei der mit Ionen implantierten !Probe (Probe A) war oeä-och die Oberflächenhärte sehr viel höher.
!Tabelle I
Knoob-Harte-Werte Belastung 10Og
Kante (Schneide) im Innern
!Typische Härtewerte für Proben unter variierenden experimentellen Bedingungen in bezug auf Spannung, Strom, Ionenplattierungsmaterialien und Ionenplattierungszeit sind in der folgenden Tabelle II angegeben.
Probe A Probe B
1480 885
1110 885
1080 880
915 880
910 880
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ionenplattiertes Material
11 12.
Tabelle II
Ionenplat- Ionenplat- Span- Strom Carburierungs- Härte Bemerkungen tierungs- tierungs- nung (mA) medium in d. . material und zeit (KV"; ". ' Nähe Atmosphäre (Min.) . d.Oberfläche ,. (KHN
♦ unlegiert Ti/Argon ter Kohlenstoff stahl
It It ti
It It Il
. " Fe/Argon . " Al/Argon " Ti/Propan
. Stahlfeile getempert Ti/Argon
. Stahlfeile gehärtet "
. unlegierter Kohlenstoffstahl
Ϊ7Γ 2.)
1/2
5 2 1 2
2 4-2 2 2 2 2
100 *0+H,
100 100 100 100 100 100 100
100
100 *C+H
1180 ritzte Glas wiederholt und tief
1020 mäßig
1230 gut
1240 »
1050 mäßig
1160 gut
95O schlecht
impulsgehärtet IO3O mäßig
1120 sehr gut
825 schlecht
gg 885
- impulsgehärtet 965
^ιϊ? ^ ^ ^?.einer Ionenreinigung unterzogen mit Ausnahme der Probe 2 enthaltende gasformige Verbindung, z.B. Methan

Claims (10)

  1. Patentansprüche
    MJ Verfahren zur Erzeugung eines Überzugs auf einem Substrat, gekennzeichnet durch die folgenden Stufen:
    (a) Implantieren von Ionen eines Metalls aus der Gruppe Scandium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Yttrium, Ytterbium, Lutetium, Actinium, Thorium, Protactinium, Uran, Neptunium, Plutonium, Americium, Curium,"Berkelium, Californium, Einsteinium, Fermium, Mendelevium, Nobelium, Lawrencium, Eisen, Kobalt, Nickel und Bor in das Substrat bis
    zu einer vorher festgelegten Penetrationstiefe,
    (b) Auf plattieren einer bestimmten Art von Ionen aus dieser Gruppe auf die Substratoberfläche, sobald die vorher festgelegte Tiefe innerhalb des Substrats mit den implantierten Ionen gesättigt ist, und
    (c) Reagieren-lassen des mit Ionen plattierten Substrats mit einem Element aus der Gruppe Kohlenstoff, Bor, Stickstoff und einem der oben angegebenen Metalle mit Ausnahme des implantierten Metalls unter Bildung der Carbid-, Borid-, Nitrid- oder Metallverbindung des jeweils aufplattierten Metalls.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Substrats vor Durchführung der Stufe (a) gereinigt wird.
  3. 3>. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem das Substrat auf eine Temperatur innerhalb des Austenit-Bereiches des Substrats erhitzt und mit einer überkritischen Abkühlungsgeschwindigkeit abgekühlt wird.
    AO9808/0 93U
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein Kohlenstoff enthaltender Stahl verwendet wird.
  5. 5· Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenstoff enthaltendes Stahlsubstrat ein solches mit einem Kohlenstoffgehalt innerhalb des Bereiches von 0,3 bis 1,8 Gew.-% verwendet wird.
  6. 6· Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlsubstrat einen bevorzugten Kohlenstoffgehalt innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 0,8 Gew.-% aufweist.
  7. 7. Substrat mit einem Überzug, wie es nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 erhalten wird.
  8. 8. Verfahren zur Herstellung eines überzogenen Formkörpers, gekennzeichnet durch-die folgenden Stufen:
    (a) Beschießen eines Substrats mit einem Metall im ionischen Zustand, mit dem das Substrat reagiert, mit einer Geschwindigkeit der Metallionen, die ausreicht, um in das Substrat einzudringen,
    (b) Portsetzung der Beschießung des Substrats mit dem Metall über einen Zeitraum, der genügend lang ist, um einen Überzug aus dem Metall auf der mit dem Metall implantierten Substratoberfläche zu erzeugen, und
    (c) Häx'ten des dabei erhaltenen überzogenen Substrats.
  9. 9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtung erfolgt durch Umsetzung des Überzugs mit einer härtenden Chemikalie aus der Gruppe Kohlenstoff, Bor, Stickstoff und eines bestimmten Metalls aus der
    409808/Q934
    Gruppe der Metalle, mit denen das Substrat reagiert, mit Ausnahme des Beschießungsmetalls.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das beschichtete Substrat beim Härten außerdem einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
    409808/0934
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