CH718549A2 - Watch component and method of manufacturing such a watch component. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un composant horloger (1) comprenant au moins une partie (2) constituée de carbure de silicium, la surface externe de ladite partie (2) étant recouverte d'au moins une couche de graphène (4). La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel composant horloger (1), ledit procédé comprenant : a) une étape de fabrication d'une pièce brute du composant horloger comprenant au moins une partie constituée de carbure de silicium ; b) une étape de réalisation d'une ébauche du composant horloger comprenant au moins une partie constituée de carbure de silicium au moins par usinage de la pièce brute obtenue à l'étape a) ; c) une étape de finition par usinage de précision sans force au moins de la partie constituée de carbure de silicium afin d'obtenir au moins une partie constituée de carbure de silicium (2) finie; et d) une étape de formation d'au moins une couche de graphène (4) sur la surface externe d'au moins la partie constituée de carbure de silicium (2) finie obtenue à l'étape c) afin d'obtenir ledit composant horloger (1).The present invention relates to a timepiece component (1) comprising at least one part (2) made of silicon carbide, the outer surface of said part (2) being covered with at least one layer of graphene (4). The present invention also relates to a method for manufacturing such a timepiece component (1), said method comprising: a) a step of manufacturing a raw part of the timepiece component comprising at least one part made of silicon carbide; b) a step of producing a blank of the timepiece component comprising at least one part made of silicon carbide at least by machining the raw part obtained in step a); c) a step of finishing by precision machining without force at least of the part consisting of silicon carbide in order to obtain at least one part consisting of finished silicon carbide (2); and d) a step of forming at least one layer of graphene (4) on the outer surface of at least the portion consisting of finished silicon carbide (2) obtained in step c) in order to obtain said component watchmaker (1).
Description
Domaine techniqueTechnical area
[0001] La présente invention concerne un composant horloger comprenant au moins une partie réalisée en carbure de silicium. The present invention relates to a watch component comprising at least one part made of silicon carbide.
[0002] La présente invention concerne également un mouvement horloger et une pièce d'horlogerie comprenant un tel composant horloger. The present invention also relates to a timepiece movement and a timepiece comprising such a timepiece component.
[0003] La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel composant horloger. The present invention also relates to a method of manufacturing such a watch component.
Etat de la techniqueState of the art
[0004] De tels composants horlogers comprenant une partie réalisée en carbure de silicium ont été développés dans les dernières années. Notamment, le carbure de silicium a été proposé pour réaliser des axes de pivotement horlogers, et plus particulièrement des axes de balancier, en raison de ses propriétés amagnétiques, pour remplacer les axes de pivotements traditionnels, réalisés en acier. [0004] Such timepiece components comprising a part made of silicon carbide have been developed in recent years. In particular, silicon carbide has been proposed for making watch pivot pins, and more particularly balance pins, because of its non-magnetic properties, to replace traditional pivot pins, made of steel.
[0005] La fabrication d'un axe de pivotement horloger traditionnel en acier consiste, à partir d'une barre en acier trempable, à réaliser des opérations de décolletage de précision pour définir différentes surfaces actives (portée, épaulement, pivots etc.) puis à soumettre l'axe décolleté à des opérations de traitement thermique comprenant au moins une trempe pour améliorer la dureté de l'axe et un ou plusieurs revenus pour en améliorer la ténacité. Les opérations de traitements thermiques sont suivies d'une opération de roulage des pivots des axes, opération qui consiste à polir les pivots pour les amener aux dimensions requises. Au cours de cette opération de roulage, la dureté ainsi que la rugosité des pivots sont encore améliorées via un écrouissage de surface. On obtient ainsi, en fin de processus, un axe présentant des pivots aux dimensions, dureté et rugosité requises. Il est à noter que le roulage peut difficilement être mis en oeuvre avec des matériaux dont la dureté est supérieure à 600 HV. [0005] The manufacture of a traditional watchmaking pivot pin in steel consists, from a hardenable steel bar, in carrying out precision bar turning operations to define different active surfaces (bearing, shoulder, pivots, etc.) then subjecting the turned shaft to heat treatment operations comprising at least one quench to improve the hardness of the shaft and one or more tempers to improve its toughness. The heat treatment operations are followed by a rolling operation of the axle pivots, an operation which consists in polishing the pivots to bring them to the required dimensions. During this rolling operation, the hardness as well as the roughness of the pivots are further improved via surface hardening. One thus obtains, at the end of the process, an axis having pivots with the required dimensions, hardness and roughness. It should be noted that rolling can hardly be implemented with materials whose hardness is greater than 600 HV.
[0006] Les axes de pivotement horlogers, et notamment les axes de précision tels que les axes de balancier, utilisés classiquement dans les mouvements d'horlogerie mécaniques, sont réalisés dans des nuances d'aciers de décolletage qui sont généralement des aciers martensitiques au carbone incluant du plomb et des sulfures de manganèse pour améliorer leur usinabilité. Un acier de ce type connu, désigné 20 AP, est typiquement utilisé pour ces applications. Des alternatives sans plomb comme la nuance Finemac sont aussi utilisées. [0006] Watchmakers' pivot axes, and in particular precision axes such as balance axes, conventionally used in mechanical watch movements, are made in grades of free-cutting steels which are generally martensitic carbon steels including lead and manganese sulphides to improve their machinability. A steel of this known type, designated 20 AP, is typically used for these applications. Lead-free alternatives such as Finemac are also used.
[0007] Ce type de matériau a l'avantage d'être facilement usinable, en particulier d'être apte au décolletage et présente, après des traitements de trempe et de revenu adéquats, des propriétés mécaniques élevées très intéressantes pour la réalisation d'axes de pivotement horlogers. Ces aciers présentent en particulier une résistance à l'usure et une dureté après traitement thermique élevées. Typiquement la dureté des pivots d'un axe réalisé en acier 20 AP peut atteindre une dureté de surface dépassant les 700 HV après traitement thermique et roulage. [0007] This type of material has the advantage of being easily machinable, in particular of being suitable for bar turning and has, after adequate quenching and tempering treatments, high mechanical properties which are very advantageous for the production of axles. pivoting watchmakers. These steels have in particular a high wear resistance and hardness after heat treatment. Typically the hardness of the pivots of an axle made of 20 AP steel can reach a surface hardness exceeding 700 HV after heat treatment and rolling.
[0008] Bien que fournissant des propriétés mécaniques satisfaisantes pour les applications horlogères décrites ci-dessus, ce type de matériau présente l'inconvénient d'être magnétique et de pouvoir perturber la marche d'une montre après avoir été soumis à un champ magnétique, et ce notamment lorsque ce matériau est utilisé pour la réalisation d'un axe de balancier coopérant avec un balancier spiral en matériau ferromagnétique. On notera également que ces aciers martensitiques sont également sensibles à la corrosion. [0008] Although providing satisfactory mechanical properties for the watchmaking applications described above, this type of material has the disadvantage of being magnetic and of being able to disturb the rate of a watch after being subjected to a magnetic field, and this in particular when this material is used for the production of a balance shaft cooperating with a spiral balance made of ferromagnetic material. It will also be noted that these martensitic steels are also sensitive to corrosion.
[0009] Pour tenter de remédier à ces inconvénients, une solution a été proposée, consistant à utiliser des aciers inoxydables austénitiques qui présentent la particularité d'être amagnétiques, c'est-à-dire du type paramagnétique, diamagnétique ou antiferromagnétique, dont la perméabilité magnétique relative est inférieure ou égale à 1.01. In an attempt to remedy these drawbacks, a solution has been proposed, consisting in using austenitic stainless steels which have the particularity of being non-magnetic, that is to say of the paramagnetic, diamagnetic or antiferromagnetic type, whose relative magnetic permeability is less than or equal to 1.01.
[0010] Toutefois, ces aciers austénitiques présentent une structure cristallographique ne permettant pas de les tremper et d'atteindre des duretés et donc des résistances à l'usure compatibles avec les exigences requises pour la réalisation d'axes de pivotement horlogers. Un moyen d'augmenter la dureté de ces aciers est l'écrouissage, toutefois cette opération de durcissement ne permet pas d'obtenir des duretés supérieures à 500 HV pour ce type de matériau. Par conséquent, dans le cadre de pièces nécessitant une grande résistance à l'usure par frottement et devant avoir des pivots ne présentant pas ou peu de risques de casse ou de déformation, l'utilisation de ce type d'aciers reste limitée. [0010] However, these austenitic steels have a crystallographic structure that does not allow them to be quenched and to achieve hardnesses and therefore wear resistances compatible with the requirements for the production of watchmaking pivot axes. One way to increase the hardness of these steels is hardening, however this hardening operation does not make it possible to obtain hardnesses greater than 500 HV for this type of material. Consequently, in the context of parts requiring high resistance to wear by friction and having to have pivots presenting little or no risk of breakage or deformation, the use of this type of steel remains limited.
[0011] Une autre solution proposée a consisté à déposer sur les axes de pivotement des couches dures de matériaux tels que le carbone amorphe connu sous la dénomination anglaise «diamond like carbone (DLC). Or, on a constaté des risques importants de délamination de la couche dure et donc la formation de débris qui peuvent circuler à l'intérieur du mouvement horloger et venir perturber le fonctionnement de ce dernier, ce qui n'est pas satisfaisant. Another solution proposed consisted in depositing on the pivot axes hard layers of materials such as amorphous carbon known under the English name “diamond like carbon (DLC). However, significant risks of delamination of the hard layer and therefore the formation of debris which can circulate inside the watch movement and come to disturb the operation of the latter, which is not satisfactory, have been observed.
[0012] Une autre approche a été envisagée pour remédier aux inconvénients des aciers inoxydables austénitiques, à savoir le durcissement superficiel de ces axes de pivotement par nitruration, carburation ou nitrocarburation. Toutefois ces traitements sont connus pour entraîner une perte importante de la résistance à la corrosion en raison de la réaction de l'azote et/ou du carbone avec le chrome de l'acier et la formation de nitrure de chrome et/ou de carbure de chrome causant un appauvrissement localisé de la matrice en chrome, ce qui est préjudiciable pour l'application horlogère souhaitée. Another approach has been considered to overcome the disadvantages of austenitic stainless steels, namely the surface hardening of these pivot pins by nitriding, carburizing or nitrocarburizing. However, these treatments are known to lead to a significant loss of corrosion resistance due to the reaction of nitrogen and/or carbon with the chromium of the steel and the formation of chromium nitride and/or carbide. chromium causing a localized depletion of the chromium matrix, which is detrimental for the desired watchmaking application.
[0013] Une opération supplémentaire de dépôt de Ni chimique semble nécessaire afin de pallier ces problèmes de corrosion, ce qui complique et renchérit fortement le processus de fabrication. [0013] An additional chemical Ni deposition operation seems necessary in order to overcome these corrosion problems, which complicates and greatly increases the cost of the manufacturing process.
[0014] D'autres approches existent encore, comme les réalisations en alliages de titane, métal dur, certains oxydes, ou céramiques telles que le carbure de silicium comme décrit ci-dessus. Toutefois l'utilisation de ces matériaux ne permet pas d'obtenir des performances satisfaisantes propres aux composants horlogers, autres que l'amagnétisme. [0014] Other approaches still exist, such as achievements in titanium alloys, hard metal, certain oxides, or ceramics such as silicon carbide as described above. However, the use of these materials does not make it possible to obtain satisfactory performances specific to horological components, other than non-magnetism.
[0015] La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un composant horloger, et plus particulièrement un axe de pivotement amagnétique, présentant les propriétés mécaniques compatibles avec les exigences de résistance à l'usure et aux chocs requises dans le domaine horloger, mais également limitant la sensibilité aux champs magnétiques. The present invention aims to remedy these drawbacks by proposing a watch component, and more particularly a non-magnetic pivot pin, having mechanical properties compatible with the wear and shock resistance requirements required in the watchmaking field, but also limiting sensitivity to magnetic fields.
[0016] Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication d'un tel composant horloger, notamment un axe de pivotement amagnétique, et plus particulièrement un axe de précision, permettant une réalisation extrêmement simple et économique. Another object of the invention is to provide a method of manufacturing such a watch component, in particular a non-magnetic pivot axis, and more particularly a precision axis, allowing extremely simple and economical production.
Divulgation de l'inventionDisclosure of Invention
[0017] A cet effet, l'invention concerne un composant horloger comprenant au moins une partie constituée de carbure de silicium. To this end, the invention relates to a timepiece component comprising at least one part consisting of silicon carbide.
[0018] Selon l'invention, la surface externe de ladite partie constituée de carbure de silicium est recouverte d'au moins une couche de graphène. According to the invention, the outer surface of said part consisting of silicon carbide is covered with at least one layer of graphene.
[0019] D'une manière particulièrement avantageuse, le composant horloger est constitué entièrement de carbure de silicium, la surface externe dudit composant horloger étant recouverte d'au moins une couche de graphène. [0019] In a particularly advantageous manner, the timepiece component consists entirely of silicon carbide, the outer surface of said timepiece component being covered with at least one layer of graphene.
[0020] Avantageusement, ledit composant horloger est agencé pour former un axe de pivotement, de préférence un axe de balancier, la partie constituée de carbure de silicium recouverte d'au moins une couche de graphène de l'axe de pivotement étant agencée pour former un pivot prévu à au moins une extrémité dudit axe de pivotement. [0020] Advantageously, said timepiece component is arranged to form a pivot axis, preferably a balance shaft, the part consisting of silicon carbide covered with at least one layer of graphene of the pivot axis being arranged to form a pivot provided at at least one end of said pivot axis.
[0021] Ainsi, la dureté de surface de ladite partie du composant horloger selon l'invention, et notamment la dureté des pivots, est celle du carbure de silicium, atteignant et même dépassant des valeurs de 2000 HV. [0021] Thus, the surface hardness of said part of the timepiece component according to the invention, and in particular the hardness of the pivots, is that of silicon carbide, reaching and even exceeding values of 2000 HV.
[0022] De plus, l'utilisation d'au moins une couche de graphène à la surface de ladite partie permet de grandement améliorer les propriétés de rigidité et la limite élastique du composant horloger selon l'invention, par rapport à un composant horloger connu. [0022] In addition, the use of at least one layer of graphene on the surface of said part makes it possible to greatly improve the properties of rigidity and the elastic limit of the watch component according to the invention, compared to a known watch component. .
[0023] En outre, le coefficient de frottement du graphène étant très faible, ladite partie, et notamment le pivot, peut présenter un coefficient de frottement inférieur ou égal à 0.2 sans lubrification. [0023] In addition, the coefficient of friction of graphene being very low, said part, and in particular the pivot, can have a coefficient of friction less than or equal to 0.2 without lubrication.
[0024] De plus, le carbure de silicium est amagnétique et le graphène présente une grande résistance à la corrosion. [0024] In addition, silicon carbide is non-magnetic and graphene has a high resistance to corrosion.
[0025] De ce fait, dans le cas d'un axe de pivotement, toutes les performances d'un axe de pivotement amagnétique actuel se trouvent améliorées. [0025] Therefore, in the case of a pivot pin, all the performance of a current non-magnetic pivot pin is improved.
[0026] La présente invention concerne également un mouvement horloger et une pièce d'horlogerie comprenant un composant horloger tel que défini ci-dessus. The present invention also relates to a timepiece movement and a timepiece comprising a timepiece component as defined above.
[0027] La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un composant horloger tel que défini ci-dessus, ledit procédé comprenant : a) une étape de fabrication d'une pièce brute du composant horloger comprenant au moins une partie constituée de carbure de silicium ; b) une étape de réalisation d'une ébauche du composant horloger comprenant au moins une partie constituée de carbure de silicium au moins par usinage de la pièce brute obtenue à l'étape a) ; c) une étape de finition par usinage de précision sans force au moins de la partie constituée de carbure de silicium afin d'obtenir au moins une partie constituée de carbure de silicium finie; et d) une étape de formation d'au moins une couche de graphène sur la surface externe d'au moins la partie constituée de carbure de silicium finie obtenue à l'étape c).The present invention also relates to a method for manufacturing a watch component as defined above, said method comprising: a) a step of manufacturing a raw part of the watch component comprising at least one part consisting of carbide silicon; b) a step of producing a blank of the timepiece component comprising at least one part consisting of silicon carbide at least by machining the raw part obtained in step a); c) a step of finishing by precision machining without force at least of the part consisting of silicon carbide in order to obtain at least one part consisting of finished silicon carbide; and d) a step of forming at least one layer of graphene on the outer surface of at least the part consisting of finished silicon carbide obtained in step c).
[0028] Le procédé selon l'invention permet de diminuer notablement le temps de production et de réduire le nombre d'opérations nécessaires pour la fabrication d'un composant horloger, et notamment un axe de pivotement, réalisé dans un matériau amagnétique tout en présentant les propriétés mécaniques compatibles avec les exigences de résistance à l'usure et aux chocs requises dans le domaine horloger, par comparaison avec les composants horlogers fabriqués traditionnellement à partir de différents alliages métalliques. De façon remarquable, le procédé selon l'invention permet d'éviter les opérations de roulage. The method according to the invention makes it possible to significantly reduce the production time and to reduce the number of operations necessary for the manufacture of a watch component, and in particular a pivot axis, made of a non-magnetic material while presenting the mechanical properties compatible with the wear and shock resistance requirements required in the watchmaking field, in comparison with watchmaking components traditionally made from different metal alloys. Remarkably, the method according to the invention makes it possible to avoid rolling operations.
Brève description des dessinsBrief description of the drawings
[0029] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématisée d'un pivot d'un axe de pivotement selon l'invention; et la figure 2 est une représentation schématique des étapes d'un procédé selon l'invention.Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the following detailed description of an embodiment of the invention, given by way of non-limiting example, and made with reference to the appended drawings in which : Figure 1 is a schematic view of a pivot of a pivot axis according to the invention; and FIG. 2 is a schematic representation of the steps of a method according to the invention.
Modes de réalisation de l'inventionEmbodiments of the Invention
[0030] En référence à la figure 1, la présente invention concerne un composant horloger 1 comprenant au moins une partie 2 constituée de carbure de silicium, c'est-à-dire intégralement en carbure de silicium. Referring to Figure 1, the present invention relates to a watch component 1 comprising at least a part 2 made of silicon carbide, that is to say entirely of silicon carbide.
[0031] Selon l'invention, la surface externe de ladite partie 2 est recouverte d'au moins une couche de graphène 4. Ainsi, la partie 2 comprend un coeur de carbure de silicium et au moins une couche de graphène 4 extérieure, de préférence directement au contact du coeur de carbure de silicium. According to the invention, the outer surface of said part 2 is covered with at least one layer of graphene 4. Thus, part 2 comprises a core of silicon carbide and at least one outer layer of graphene 4, preferably directly in contact with the silicon carbide core.
[0032] Avantageusement, le composant horloger est constitué entièrement de carbure de silicium, toute sa surface externe étant alors entièrement recouverte d'au moins une couche de graphène. Le carbure de silicium étant amagnétique, le composant horloger selon l'invention présente alors l'avantage d'être amagnétique afin de limiter sa sensibilité aux champs magnétiques. [0032] Advantageously, the timepiece component consists entirely of silicon carbide, its entire outer surface then being entirely covered with at least one layer of graphene. Since silicon carbide is non-magnetic, the timepiece component according to the invention then has the advantage of being non-magnetic in order to limit its sensitivity to magnetic fields.
[0033] Un tel composant horloger est par exemple un axe de pivotement, un mobile, un ressort, notamment un ressort spiral. [0033] Such a watch component is for example a pivot pin, a mobile, a spring, in particular a spiral spring.
[0034] Avantageusement, la partie 2 présente une surface de révolution, telle qu'une surface cylindrique ou conique. Advantageously, part 2 has a surface of revolution, such as a cylindrical or conical surface.
[0035] D'une manière avantageuse, ledit composant horloger 1 est agencé pour former un axe de pivotement horloger. Dans ce cas, ladite partie 2 de l'axe de pivotement, constituée de carbure de silicium recouverte d'au moins une couche de graphène, est agencée pour former un pivot prévu à au moins une extrémité dudit axe de pivotement. Ces pivots sont destinés à venir chacun pivoter dans un palier, typiquement dans un orifice d'une pierre ou rubis. [0035] Advantageously, said timepiece component 1 is arranged to form a timepiece pivot axis. In this case, said part 2 of the pivot pin, made of silicon carbide covered with at least one layer of graphene, is arranged to form a pivot provided at at least one end of said pivot pin. These pivots are each intended to pivot in a bearing, typically in an orifice of a stone or ruby.
[0036] Ladite partie 2, notamment lorsqu'elle se présente sous la forme d'un pivot, présente un diamètre extérieur inférieur ou égal à 200 µm, de préférence inférieur ou égal à 100 µm, préférentiellement inférieur ou égal à 90 µm, et plus préférentiellement inférieur ou égal à 70 µm. Said part 2, in particular when it is in the form of a pivot, has an outer diameter less than or equal to 200 μm, preferably less than or equal to 100 μm, preferably less than or equal to 90 μm, and more preferably less than or equal to 70 μm.
[0037] De préférence, l'axe de pivotement horloger est un axe de balancier, comportant une pluralité de sections de diamètres différents, définissant classiquement des portées et des épaulements arrangés le long d'un tigeron entre deux portions d'extrémité définissant les deux pivots, une seule extrémité étant représentée ici sur la figure 1. Bien évidemment, d'autres types d'axes de pivotement horlogers sont envisageables comme par exemple des axes de mobiles horlogers, typiquement des pignons d'échappement, ou encore des tiges d'ancre. Les pièces de ce type présentent au niveau du corps des diamètres inférieurs de préférence à 2 mm, et des pivots de diamètre inférieur de préférence à 0.2 mm comme décrit ci-dessus, avec une précision de quelques microns. [0037] Preferably, the horological pivot pin is a balance pin, comprising a plurality of sections of different diameters, conventionally defining bearing surfaces and shoulders arranged along a shank between two end portions defining the two pivots, only one end being represented here in FIG. 1. Of course, other types of horological pivot axes can be envisaged, such as, for example, axes of horological mobiles, typically escapement pinions, or even stems of anchor. Parts of this type have, at the level of the body, diameters that are preferably less than 2 mm, and pivots with a diameter that is preferably less than 0.2 mm as described above, with an accuracy of a few microns.
[0038] De préférence, l'ensemble de l'axe de pivotement est réalisé intégralement en carbure de silicium recouvert de graphène. Toutefois, la partie 2 en carbure de silicium recouvert de graphène peut être limitée au pivot et au tigeron. [0038] Preferably, the entire pivot pin is made entirely of silicon carbide covered with graphene. However, the graphene-coated silicon carbide Part 2 can be limited to the pivot and shank.
[0039] L'invention est décrite ici dans le cadre d'une application à un axe de pivotement dans lequel au moins le pivot constitue la partie 2, mais il est précisé que toute la suite de la description s'applique à tout composant horloger selon l'invention. The invention is described here in the context of an application to a pivot axis in which at least the pivot constitutes part 2, but it is specified that the rest of the description applies to any watch component according to the invention.
[0040] Le carbure de silicium est polycristallin ou monocristallin. De préférence, les carbure de silicium utilisé dans l'invention est monocristallin. [0040] Silicon carbide is polycrystalline or monocrystalline. Preferably, the silicon carbide used in the invention is monocrystalline.
[0041] Selon les variantes, il est possible d'avoir une ou plusieurs couches de graphène 4. [0041] According to the variants, it is possible to have one or more layers of graphene 4.
[0042] D'une manière préférée, la couche de graphène 4 est une couche de graphène natif qui a été obtenue par croissance. [0042] Preferably, the graphene layer 4 is a native graphene layer which has been obtained by growth.
[0043] La couche de graphène 4 peut également être une couche de graphène déposée qui a été obtenue par un dépôt „externe“ de graphène, de préférence directement sur le carbure de silicium ou sur une autre couche de graphène déjà présente. The graphene layer 4 can also be a deposited graphene layer which has been obtained by an “external” deposition of graphene, preferably directly on the silicon carbide or on another layer of graphene already present.
[0044] Les deux variantes peuvent être combinées de sorte qu'il est possible de prévoir au moins une couche de graphène natif à la surface d'au moins la partie 1, et au moins une couche de graphène déposée sur ladite couche de graphène natif. The two variants can be combined so that it is possible to provide at least one native graphene layer on the surface of at least part 1, and at least one graphene layer deposited on said native graphene layer .
[0045] De préférence, la couche de graphène 4 présente une épaisseur comprise entre 0.5 nm et 20 nm, de préférence entre 1 nm et 10 nm, et préférentiellement entre 1 nm et 5 nm, bornes incluses. Preferably, the graphene layer 4 has a thickness comprised between 0.5 nm and 20 nm, preferably between 1 nm and 10 nm, and preferentially between 1 nm and 5 nm, limits included.
[0046] D'une manière particulièrement avantageuse, la partie 2, et de préférence tout le composant horloger 1, selon l'invention, présente une dureté de surface supérieure ou égale à 2000 HV, et de préférence supérieure ou égale à 2500 HV, du fait de l'utilisation de carbure de silicium. Les méthodes d'essais de dureté Vickers sont définies dans les normes suivantes ASTM C1327 et ISO 6507. In a particularly advantageous manner, part 2, and preferably the entire watch component 1, according to the invention, has a surface hardness greater than or equal to 2000 HV, and preferably greater than or equal to 2500 HV, due to the use of silicon carbide. Vickers hardness test methods are defined in the following standards ASTM C1327 and ISO 6507.
[0047] D'une manière particulièrement avantageuse, la partie 2, et de préférence tout le composant horloger 1, selon l'invention présente une rugosité Ra inférieure ou égale à 0.5 µm, de préférence inférieure ou égale à 0.1 µm, de préférence inférieure ou égale à 50 nm, de préférence inférieure ou égale à 25 nm, de préférence inférieure ou égale à 15 nm, et préférentiellement inférieure ou égale à 12 nm, plus préférentiellement inférieure ou égale à 10 nm, et plus préférentiellement comprise entre 5 nm et 9 nm, bornes incluses. La rugosité Ra est définie selon la norme ISO 4287. In a particularly advantageous manner, part 2, and preferably the entire watch component 1, according to the invention has a roughness Ra less than or equal to 0.5 μm, preferably less than or equal to 0.1 μm, preferably less or equal to 50 nm, preferably less than or equal to 25 nm, preferably less than or equal to 15 nm, and preferably less than or equal to 12 nm, more preferably less than or equal to 10 nm, and more preferably between 5 nm and 9 nm including terminals. The roughness Ra is defined according to the ISO 4287 standard.
[0048] La couche ou les couches de graphène 4 permettent d'augmenter les propriétés tribologiques du composant horloger, notamment en réduisant de façon très drastique le coefficient de frottement. Le composant horloger selon l'invention est donc une pièce lubrifiée à vie. The graphene layer or layers 4 make it possible to increase the tribological properties of the timepiece component, in particular by very drastically reducing the coefficient of friction. The watch component according to the invention is therefore a part lubricated for life.
[0049] La couche ou les couches de graphène 4 permettent également d'augmenter les propriétés mécaniques du composant horloger, notamment du fait que le graphène est au minimum 100 fois plus rigide que l'acier et tolère des déformations élastiques extrêmement élevées. The graphene layer or layers 4 also make it possible to increase the mechanical properties of the timepiece component, in particular because graphene is at least 100 times more rigid than steel and tolerates extremely high elastic deformations.
[0050] De ce fait, d'une manière particulièrement avantageuse, la partie 2, et de préférence tout le composant horloger 1, selon l'invention présente un coefficient de frottement très faible, inférieur ou égal à 0.2, de préférence inférieur ou égal à 0.1. [0050] Therefore, in a particularly advantageous manner, part 2, and preferably the entire watch component 1, according to the invention has a very low coefficient of friction, less than or equal to 0.2, preferably less than or equal at 0.1.
[0051] De plus, d'une manière particulièrement avantageuse, la partie 2, et de préférence tout le composant horloger 1, selon l'invention présente une ténacité supérieure ou égale à 6 MPa.m<1/2>et une résistance à la traction Rm supérieure ou égale à 600 MPA. In addition, in a particularly advantageous manner, part 2, and preferably the entire watch component 1, according to the invention has a toughness greater than or equal to 6 MPa.m<1/2> and a resistance to tensile Rm greater than or equal to 600 MPA.
[0052] D'une manière particulièrement avantageuse, la partie 2, et de préférence tout le composant horloger 1, selon l'invention présente un module de Young supérieur ou égal à 300 GPa. In a particularly advantageous manner, part 2, and preferably the entire watch component 1, according to the invention has a Young's modulus greater than or equal to 300 GPa.
[0053] Le module d'Young, la ténacité et la résistance à la traction sont mesurés et calculés par des essais de traction-compression connus de l'homme du métier. The Young's modulus, the tenacity and the tensile strength are measured and calculated by tensile-compression tests known to those skilled in the art.
[0054] Outre le fait d'être amagnétique, le carbure de silicium est résistant à la corrosion. [0054] In addition to being non-magnetic, silicon carbide is corrosion resistant.
[0055] Ainsi, outre le fait d'être amagnétique, au moins la partie 2, et de préférence le composant horloger 1, selon l'invention présente toutes les performances satisfaisantes propres aux composants horlogers pour lesquels on recherche, en surface, une dureté supérieure à 750 HV afin de résister à l'usure, un coefficient de frottement faible pour limiter la lubrification, un état lisse (Ra < 0.5 µm) pour le frottement et l'isochronisme, une résistance à la corrosion, et pour lesquels on recherche un coeur présentant une rigidité, une ténacité et une résistance à la rupture Rm élevées (haute limite élastique). Thus, in addition to being non-magnetic, at least part 2, and preferably the watch component 1, according to the invention has all the satisfactory performances specific to watch components for which one seeks, on the surface, a hardness greater than 750 HV in order to resist wear, a low friction coefficient to limit lubrication, a smooth state (Ra < 0.5 µm) for friction and isochronism, corrosion resistance, and for which a core having high rigidity, toughness and breaking strength Rm (high elastic limit).
[0056] L'invention se rapporte également au procédé de fabrication d'un composant horloger tel que décrit ci-dessus. Le procédé selon l'invention comporte avantageusement les étapes suivantes, décrites en relation avec la figure 2 : a) une étape de fabrication d'une pièce brute du composant horloger comprenant au moins une partie constituée de carbure de silicium ; b) une étape de réalisation d'une ébauche du composant horloger comprenant au moins une partie constituée de carbure de silicium au moins par usinage de la pièce brute obtenue à l'étape a) ; c) une étape de finition par usinage de précision sans force au moins de la partie constituée de carbure de silicium afin d'obtenir au moins une partie constituée de carbure de silicium finie, c'est-à-dire qui présente sa configuration finale en termes de dimensions, de rugosité et de géométrie; et d) une étape de formation d'au moins une couche de graphène 4 sur la surface externe d'au moins la partie constituée de carbure de silicium finie obtenue à l'étape c) afin d'obtenir le composant horloger 1 selon l'invention.The invention also relates to the method of manufacturing a watch component as described above. The method according to the invention advantageously comprises the following steps, described in relation to FIG. 2: a) a step of manufacturing a raw part of the timepiece component comprising at least one part consisting of silicon carbide; b) a step of producing a blank of the timepiece component comprising at least one part consisting of silicon carbide at least by machining the raw part obtained in step a); c) a step of finishing by precision machining without force at least of the part consisting of silicon carbide in order to obtain at least one part consisting of finished silicon carbide, that is to say which has its final configuration in terms of dimensions, roughness and geometry; and d) a step of forming at least one layer of graphene 4 on the outer surface of at least the part consisting of finished silicon carbide obtained in step c) in order to obtain the timepiece component 1 according to invention.
[0057] On considère que la couche de graphène, au vu de son épaisseur, ne modifie pas les dimensions et la géométrie du composant obtenu à l'étape c), ni sa rugosité. It is considered that the graphene layer, in view of its thickness, does not modify the dimensions and the geometry of the component obtained in step c), nor its roughness.
[0058] Lorsque le composant horloger est agencé pour former un axe de pivotement, ladite partie 2 constituée de carbure de silicium recouverte d'au moins une couche de graphène 4 est agencée pour former au moins un pivot prévu à au moins une extrémité dudit axe de pivotement. When the watch component is arranged to form a pivot axis, said part 2 consisting of silicon carbide covered with at least one layer of graphene 4 is arranged to form at least one pivot provided at at least one end of said axis of pivoting.
[0059] Avantageusement, ladite partie 2 constituée de carbure de silicium recouverte d'au moins une couche de graphène 4 constitue le composant horloger dans son entier, de sorte que le composant horloger obtenu est en carbure de silicium entièrement couvert d'au moins une couche de graphène 4. Advantageously, said part 2 consisting of silicon carbide covered with at least one layer of graphene 4 constitutes the watch component as a whole, so that the watch component obtained is made of silicon carbide entirely covered with at least one graphene layer 4.
[0060] D'une manière avantageuse, l'étape a) est réalisée par des méthodes d'usinage par laser, par jet d'eau ou toute autre méthode d'enlèvement de matière appropriée. De préférence, la pièce brute du composant horloger 1 est constituée entièrement de carbure de silicium. [0060] Advantageously, step a) is carried out by laser machining methods, water jet machining or any other appropriate material removal method. Preferably, the raw part of the timepiece component 1 consists entirely of silicon carbide.
[0061] D'une manière avantageuse, l'usinage réalisé lors de l'étape b) pour produire les ébauches est un usinage par enlèvement de matière, en utilisant des méthodes semblables à celles de l'étape a). Ces ébauches sont produites si nécessaire avec les cotes nécessaires pour obtenir un composant horloger présentant au final les caractéristiques géométriques recherchées, en tenant compte de toutes les étapes du procédé. Advantageously, the machining performed during step b) to produce the blanks is machining by material removal, using methods similar to those of step a). These blanks are produced if necessary with the dimensions necessary to obtain a watch component that ultimately presents the desired geometric characteristics, taking into account all the stages of the process.
[0062] Vient ensuite l'étape c) de reprise et finition du composant horloger par usinage de précision sans force au moins de la partie constituée de carbure de silicium. [0062] Next comes step c) of reworking and finishing the watch component by precision machining without force at least of the part made of silicon carbide.
[0063] Dans la présente description, on appelle usinage sans force un usinage non conventionnel selon lequel il n'y a pas d'action mécanique transmise par contact direct et effort entre un outil et la pièce, contrairement à un usinage conventionnel où il existe un contact direct entre l'outil et la pièce et dans lequel d'importantes forces de coupe sont impliquées. Un usinage sans force est donc un usinage sans contact direct entre la pièce à usiner et un outil d'usinage qui serait susceptible d'exercer un effort ou une contrainte sur ladite pièce. In the present description, machining without force is called unconventional machining according to which there is no mechanical action transmitted by direct contact and force between a tool and the part, unlike conventional machining where there is direct contact between the tool and the workpiece and in which large cutting forces are involved. A machining without force is therefore a machining without direct contact between the part to be machined and a machining tool which would be capable of exerting a force or a constraint on said part.
[0064] D'une manière avantageuse, l'usinage de précision sans force réalisé lors de l'étape c) est un tournage par femto laser, un tournage électrochimique ECM, ou un tournage par électroérosion (par exemple EDM par fil). Advantageously, the forceless precision machining carried out during step c) is femto laser turning, ECM electrochemical turning, or electroerosion turning (for example wire EDM).
[0065] Les opérations d'usinage de cette étape se font avantageusement par microusinage au laser pulsé femto seconde avec un laser de longueurs d'onde comprises par exemple entre 200 nm et 2000 nm, de préférence entre 400 nm et 1 000 nm, bornes incluses. Les paramètres du laser peuvent être par exemple : puissance moyenne entre 1 W et 100 W, énergie par pulse entre 20 µJ et 4000 µJ, fréquence entre 100 kHz et 1000 kHz, durée d'impulsion entre 100 fs et 2 ps. The machining operations of this step are advantageously carried out by femtosecond pulsed laser micromachining with a laser of wavelengths comprised for example between 200 nm and 2000 nm, preferably between 400 nm and 1000 nm, terminals included. The parameters of the laser can be for example: average power between 1 W and 100 W, energy per pulse between 20 µJ and 4000 µJ, frequency between 100 kHz and 1000 kHz, pulse duration between 100 fs and 2 ps.
[0066] Grâce à l'usinage de précision sans force par femto laser, cette opération de finition permet d'atteindre des états de surface avec une rugosité Ra de préférence inférieure ou égale à 100 nm. De préférence, au moins la partie constituée de carbure de silicium finie obtenue à l'étape c) présente une rugosité Ra inférieure ou égale à 0.5 µm, et de préférence inférieure ou égale à 0.1 µm, de préférence inférieure ou égale à 50 nm, de préférence inférieure ou égale à 25 nm, de préférence inférieure ou égale à 15 nm, et préférentiellement inférieure ou égale à 12 nm, plus préférentiellement inférieure ou égale à 10 nm, et plus préférentiellement comprise entre 5 nm et 9 nm, bornes incluses, ce qui permet d'éviter les opérations de roulage. [0066] Thanks to precision machining without force by femto laser, this finishing operation makes it possible to achieve surface states with a roughness Ra preferably less than or equal to 100 nm. Preferably, at least the part consisting of finished silicon carbide obtained in step c) has a roughness Ra less than or equal to 0.5 μm, and preferably less than or equal to 0.1 μm, preferably less than or equal to 50 nm, preferably less than or equal to 25 nm, preferably less than or equal to 15 nm, and preferably less than or equal to 12 nm, more preferably less than or equal to 10 nm, and more preferably between 5 nm and 9 nm, limits included, which makes it possible to avoid rolling operations.
[0067] Ainsi, de manière particulièrement avantageuse, le procédé selon l'invention ne comprend aucune étape de roulage, notamment après l'étape c) ou l'étape d) puisque la partie constituée de carbure de silicium finie obtenue à l'étape c) présente déjà les dimensions, la dureté et la rugosité requises, qui sont traditionnellement obtenues seulement après une opération de roulage. Thus, in a particularly advantageous manner, the method according to the invention does not include any rolling step, in particular after step c) or step d) since the part consisting of finished silicon carbide obtained in step c) already has the required dimensions, hardness and roughness, which are traditionally obtained only after a rolling operation.
[0068] De préférence, l'étape d) de formation d'au moins une couche de graphène est réalisée par croissance de graphène thermique natif sur la surface du composant, selon un procédé choisi parmi le groupe comprenant un chauffage sous vide, un chauffage (par exemple avec une source de lumière) sous atmosphère inerte (par exemple argon), ou par toute autre méthode appropriée. La génération de couches multiples de graphène natif peut se faire également par exemple par des procédés faisant appel à l'hydrogène. Preferably, step d) of forming at least one layer of graphene is carried out by growing native thermal graphene on the surface of the component, according to a method chosen from the group comprising heating under vacuum, heating (for example with a light source) under an inert atmosphere (for example argon), or by any other suitable method. The generation of multiple layers of native graphene can also be done for example by processes using hydrogen.
[0069] Le procédé selon l'invention permet d'obtenir un composant horloger amagnétique présentant des propriétés mécaniques améliorées, notamment la rigidité, capable d'assurer une lubrification à vie, de manière simple et économique. En effet, le procédé selon l'invention permet de supprimer l'opération de roulage traditionnellement utilisée, de sorte que le nombre d'opérations nécessaires à la fabrication du composant horloger est réduit, le temps de production étant considérablement diminué. The process according to the invention makes it possible to obtain a non-magnetic timepiece component having improved mechanical properties, in particular rigidity, capable of ensuring lifetime lubrication, in a simple and economical manner. Indeed, the method according to the invention makes it possible to eliminate the rolling operation traditionally used, so that the number of operations necessary for the manufacture of the timepiece component is reduced, the production time being considerably reduced.
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