CN108205249A - 用于钟表机芯的部件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于钟表机芯的枢转心轴，该枢转心轴在其端部中的至少一个端部处包括由非磁性金属材料(4)制成的至少一个支枢部(3)，以限制其对磁场的敏感性。所述非磁性金属材料(4)是非磁性轻金属或所述轻金属的非磁性合金，并且所述支枢部(3)的至少外表面覆盖有通过阳极氧化生长得到的所述材料的阳极氧化层(5)。本发明涉及钟表机芯领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于钟表机芯的部件，更具体地涉及一种用于机械式钟表机芯的非磁性枢转心轴，更具体地涉及一种非磁性摆轴、擒纵叉轴和擒纵轮。
背景技术
制造用于钟表的枢转心轴包括在可淬火钢棒上执行棒料车削操作，以确定多个作用表面(支承表面、凸肩、支枢部等)，然后使棒料车削成的心轴经受热处理，包括提高心轴的硬度的至少一个淬火操作和提高其韧性的一个或多个回火操作。轧制心轴的支枢部的操作在热处理操作之后，包括将支枢部打磨到所需尺寸。在轧制操作期间进一步提高支枢部的硬度和粗糙度。
传统上机械式钟表机芯中使用的枢转心轴，例如摆轴，由用于棒料车削级别的钢制成，该级别的钢通常是马氏体碳钢，其包括硫化铅和硫化锰，以提高其机械加工性能。一种已知的这种类型的钢(名为20AP)典型地用于这些应用。
这种类型的材料具有易于加工，特别是适合于棒料车削的优点，并且在淬火和回火之后，具有优良的机械性能，这对于制造钟表枢转心轴非常有利。这些钢具有高硬度，使得可以获得非常良好的抗震性，特别是在热处理之后。典型地，由20AP制成的心轴支枢部在热处理和轧制之后的硬度可以超过700HV。
尽管这种类型的材料为上述钟表学应用提供了令人满意的机械性能，但是在经受磁场之后，特别是当该材料用于制造与由铁磁材料制成的摆轮游丝配合的摆轴时，它存在具有磁性和能够干扰手表工作的缺点。这种现象对于该领域的技术人员是众所周知的。还将注意到，这些马氏体钢还容易腐蚀。
已经尝试设法使用奥氏体不锈钢来克服这些缺点，该奥氏体不锈钢具有非磁性的特性，即顺磁性或反磁性或反铁磁性。然而，这些奥氏体钢具有晶体结构，这不允许它们变硬和达到符合制造钟表枢转心轴所需的要求的硬度水平以及由此抗震性。得到的心轴由此在震动的情况下出现痕迹或严重损坏，这由此将对机芯的计时有负面影响。增加这些钢的硬度的一种方法是冷加工，然而，这种硬化操作不能达到大于500HV的硬度。因此，对于需要具有高抗震性的支枢部的零件，这种类型的钢的应用仍然有限。
尝试克服这些缺点的另一方法包括在枢转心轴上沉积诸如类金刚石碳(DLC)那样的材料硬层。然而，已经注意到硬层剥落以及由此形成碎片的重大风险，该碎片可能到处移动到钟表机芯内部并中断钟表机芯的工作，这是不令人满意的。
还从EP 2 757423中已知由钴或镍的奥氏体合金制成且具有硬化到一定深度的外表面的枢转心轴。然而，可以证明这种合金难以机械加工以制造枢转心轴。另外，它们由于镍和钴的高成本而较昂贵。
发明内容
本发明的一个目的是通过提出一种枢转心轴来克服上述缺点，该枢转心轴限制了对磁场的敏感性，并且能够实现符合在钟表工业中所需的磨损和抗震性需求的改善的硬度。
本发明的又一目的是提供一种能够简单且经济地制造的非磁性枢转心轴。
为此，本发明涉及一种用于钟表机芯的枢转心轴，该枢转心轴在其至少一个端部处包括至少一个由非磁性金属材料制成的支枢部，以限制其对磁场的敏感性。
根据本发明，所述非磁性材料是非磁性轻金属或所述轻金属的非磁性合金，所述支枢部的至少外表面覆盖有所述材料的阳极氧化层。
该阳极氧化层通过在阳极氧化期间生长得到，并且提供了优良的粘附性和比非磁性金属材料高得多的硬度。
因此，根据本发明的枢转心轴可以结合低磁场敏感性和符合在钟表工业中所需的磨损和抗震性需求的提高的硬度的优点。
根据本发明的其它有利特征：
-构成的阳极层具有在2μm和50μm之间，优选地在10μm和30μm之间的厚度；
-形成的阳极层优选地具有大于300HV、优选地大于400HV且更优选地大于500HV的硬度。
另外，本发明涉及一种钟表机芯，该钟表机芯包括如上所述的枢转心轴，特别是摆轴、擒纵叉轴和/或包括如上所述的心轴的擒纵轮。
最后，本发明涉及一种制造如上所述的枢转心轴的方法，包括下列步骤：
a)形成枢转心轴，该枢转心轴在其至少一个端部处包括由非磁性金属材料制成的至少一个支枢部，以限制其对磁场的敏感性，所述非磁性金属材料是非磁性轻金属或所述轻金属的非磁性合金；
b)使所述支枢部的至少外表面经受阳极氧化处理，以通过阳极氧化在所述表面上生长所述材料的阳极氧化层。
根据本发明的其它有利特征：
-在步骤b)中形成的阳极层具有在2μm和50μm之间，优选地在10μm和30μm之间的厚度；
-步骤b)的阳极氧化处理可以是传统式阳极氧化工艺或微弧氧化工艺。
附图说明
从下文参考附图通过非限制性图示给出的描述中，其它特征和优点将显而易见，图中：
-图1是根据本发明的枢转心轴的示意图；和
-图2是根据本发明的摆轴支枢部的局部截面图。
具体实施方式
在本发明中，术语“非磁性”意味着顺磁性或反磁性或反铁磁性材料，其磁导率小于或等于1.01。
元素的合金是包含所述元素至少50％重量的合金。
本发明涉及一种用于钟表机芯的部件，更具体地涉及一种用于机械式钟表机芯的非磁性枢转心轴。
下面将参考对非磁性摆轴1的应用来描述本发明。当然，可以设想其它类型的钟表枢转心轴，例如钟表轮副心轴(典型地是擒纵轮)、或擒纵叉轴。这种类型的部件具有主体和支枢部，该主体具有优选地小于2mm的直径，该支枢部具有优选地小于0.2mm的直径，精度为几微米。
参考图1，示出根据本发明的摆轴1，该摆轴1包括具有不同直径的多个区段2，这些区段2优选地通过棒料车削或任何其它排屑加工技术构成，并且以传统的方式确定支承表面2a和凸肩2b，该支承表面2a和凸肩2b布置在限定两个支枢部3的两个端部之间。这些支枢部各自用于在轴承中特别是在宝石或红宝石中的孔中枢转。
在日常遇到的物体产生磁性的情况下，限制摆轴1的敏感性以避免影响包含它的钟表的工作很重要。
因此，支枢部3由第一非磁性金属材料4制成，以有利地限制支枢部对磁场的敏感性。
根据本发明，所述非磁性金属材料4是非磁性轻金属或所述轻金属的非磁性合金。
优选地，本发明使用的所述非磁性金属材料4从包括铝、钛、镁和其非磁性合金的组中选择。
以特别有利的方式，所述非磁性金属材料4从包括6000-系列铝合金(铝、镁、硅)、具有铜的7000-系列铝合金(铝、锌、铜)、5级钛合金(包含从5.5％至6.75％的铝和3.5％至4.5％的钒)、镁-锆合金的组中选择，多种合金元素的特性被选择成为合金提供非磁性性能和良好的机械加工性能。这些合金具有能够棒料车削和适合于阳极氧化的性能。
例如，特别优选的合金是铝合金EN AW 6082、铝合金EN AW 7075和铝合金EN AW7068。
组分值以重量百分数给出。没有组分值表示的元素是剩余物(平衡元素或主要元素)或组分重量百分比小于1％的元素。
当然，可以设想其它非磁性轻金属合金，只要其组分的比例给予非磁性性能和良好的机械加工性能。
本发明使用的非磁性轻金属材料大体上具有小于250HV或甚至100HV的硬度。除了非磁性的优点之外，该材料由于其低重量而具有低惯性。
根据本发明，所述支枢部3的至少外表面覆盖有通过阳极氧化生长的所述材料的阳极氧化层5。这种通过生长得到的氧化层对支枢部的基部材料具有优良的粘附性，防止随后在使用期间的任何剥落。所述通过生长得到的阳极氧化层还具有符合在钟表工业中所需的磨损和抗震性需求的提高的硬度。
因此，形成的阳极层5具有有利地大于300HV，优选地大于400HV，更优选地大于500HV的硬度。
有利地，形成的阳极层5可以具有在2μm和50μm之间，优选地在10μm和30μm之间的厚度。
显然地，不具有硬化功能的其它层随后可以沉积在阳极层5上。因此，例如可以在阳极层5上沉积润滑层。
因此，支枢部3的至少外表面是硬化的，即，心轴的其余部分可以保持少量改进或未改进，而对摆轴1的机械性能没有显著改变。对摆轴1的支枢部3的选择性硬化使得可以在主要应力区域结合诸如低磁场敏感性、硬度和高韧性的优点，同时提供良好的抗腐蚀性和抗疲劳性。
本发明还涉及如上所述的摆轴的制造方法。本发明的方法有利地包括下列步骤：
a)优选地通过棒料车削或任何其它排屑加工技术形成摆轴1，该摆轴1在其各端部处包括由非磁性金属材料制成的至少一个支枢部3，以限制其对磁场的敏感性；所述非磁性金属材料是非磁性轻金属或所述轻金属的非磁性合金；
b)使所述支枢部3的至少外表面经受阳极氧化处理，以通过阳极氧化在所述表面上生长所述材料的阳极氧化层，以在所述支枢部3的表面上至少在主要应力区域处形成硬层。
优选地，在步骤b)中通过阳极氧化构成的阳极氧化层5具有在2μm和50μm之间，优选地在10μm和30μm之间的厚度。
有利地，步骤b)的阳极氧化处理是传统式阳极氧化工艺或微弧氧化工艺。
传统式阳极氧化通过对系统施加连续的电流执行。存在不同类型的传统式阳极氧化，其例如可以在草酸介质或硫酸介质中执行。草酸介质是优选的。该领域的技术人员已知传统式阳极氧化需要考虑的不同参数，例如电解液组分，特别是对酸的选择和浓度、工作条件，例如电解液的温度、pH值、阳极氧化电流强度，以得到具有适合于本发明的厚度和硬度的阳极氧化层。
对铝的传统式阳极氧化处理可以如下：
处理1：
浴槽1
H2SO4：150g/l±5
Al3+：20g/l±5
温度：8℃±3
电流强度：1.5A/dm2±0.5
处理2：
浴槽2
H2SO4：150g/l±10
草酸：50g/l±10
温度：16℃±2
电流强度：1A/dm2±0.5
根据AMS 2488标准，使用碱性阳极氧化工艺进行对钛的传统式阳极氧化处理。阳极层的厚度约3μm。
微弧氧化(MAO)是基于传统式阳极氧化原理的电解液表面处理工艺，但是在电源和电解液性质方面与传统式阳极氧化不同。其在处理期间在材料表面上导致微等离子体放电。等离子体电解氧化工艺通常在低浓度碱浴中并且在通常低于1A/cm2的电流密度和高于200V的电压下进行。该领域的技术人员已知如何选择特别是与电源有关的参数，即电流模式(电流密度、频率和波形)、电荷密度和电流密度，和与水基电解液有关的参数(成分和浓度)，以得到适合于本发明的厚度和硬度的阳极氧化层。
根据本发明的方法可以包括在使心轴经受阳极氧化之前清洁心轴所需的预备表面处理步骤。
根据本发明的枢转心轴可包括通过根据本发明只对支枢部实施步骤b)进行处理的支枢部，或所述枢转心轴完全由非磁性轻金属材料制成，通过对枢转心轴的全部表面实施步骤b)，所述枢转心轴的外表面可以全部覆盖有所述材料的阳极氧化层。
在步骤b)之后，根据本发明的方法还可以包括精加工处理步骤c)。精加工处理可以是轧制或打磨操作，以得到支枢部3所需的最终表面状态。在微弧氧化的具体情况下，精加工处理可以是抛光操作，以除去多孔的表面层。
下面的示例示出本发明，而不由此限制其范围。
使用传统式阳极氧化处理1，根据本发明以已知的方式制造和处理由6082铝制成的摆轴：
浴槽1：
H2SO4：150g/l±5
Al3+：20g/l±5
温度：8℃±3
电流密度：1.5A/dm2±0.5
在传统式阳极氧化处理之后，6082铝摆轴覆盖有5.8μm厚的阳极铝氧化层。测量芯部硬度为119HV±0.01。测量阳极氧化层中的硬度为695HV±0.01。得到轻金属(铝)摆轴，其在主要应力区域结合了低磁场敏感性、高硬度和高韧性的优点，同时具有良好的抗腐蚀性和抗疲劳性。
Claims (17)
1.一种用于钟表机芯的枢转心轴(1)，所述枢转心轴在其端部中的至少一个端部处包括由非磁性金属材料(4)制成的至少一个支枢部(3)，以限制其对磁场的敏感性，其特征在于，所述非磁性金属材料(4)是非磁性轻金属或所述轻金属的非磁性合金，其中所述支枢部(3)的至少外表面覆盖有所述材料的阳极氧化层(5)。
2.根据权利要求1所述的枢转心轴(1)，其特征在于，所述枢转心轴由非磁性金属材料制成，所述非磁性金属材料是非磁性轻金属或所述轻金属的非磁性合金，以限制其对磁场的敏感性，其中所述枢转心轴的外表面覆盖有所述材料的阳极氧化层。
3.根据权利要求1所述的枢转心轴(1)，其特征在于，所述非磁性金属材料(4)选自包括铝、钛、镁以及它们的非磁性合金的组。
4.根据权利要求1所述的枢转心轴(1)，其特征在于，所述非磁性金属材料(4)具有小于250HV的硬度。
5.根据权利要求1所述的枢转心轴(1)，其特征在于，所述阳极氧化层(5)具有在2μm和50μm之间的厚度。
6.根据权利要求5所述的枢转心轴(1)，其特征在于，所述阳极氧化层(5)具有在10μm和30μm之间的厚度。
7.根据权利要求1所述的枢转心轴(1)，其特征在于，所述阳极氧化层(5)具有大于300HV的硬度。
8.根据权利要求7所述的枢转心轴(1)，其特征在于，所述阳极氧化层(5)具有大于400HV的硬度。
9.根据权利要求8所述的枢转心轴(1)，其特征在于，所述阳极氧化层(5)具有大于500HV的硬度。
10.根据权利要求1所述的枢转心轴(1)，其特征在于，所述非磁性金属材料(4)选自包括6000-系列铝合金、含有铜的7000-系列铝合金、5级钛合金和镁-锆合金的组。
11.一种钟表机芯，其特征在于，所述钟表机芯包括根据上述权利要求中任一项所述的枢转心轴(1)。
12.一种钟表机芯，其特征在于，所述钟表机芯包括摆轴(1)、擒纵叉轴和/或包括根据权利要求1至10中任一项所述的枢转心轴的擒纵小齿轮。
13.一种用于钟表机芯的枢转心轴(1)的制造方法，包括下列步骤：
a)形成枢转心轴(1)，该枢转心轴(1)在其端部中的至少一个端部处包括由非磁性金属材料(4)制成的至少一个支枢部(3)，以限制其对磁场的敏感性，所述非磁性金属材料(4)是非磁性轻金属或所述轻金属的非磁性合金；
b)使所述支枢部(3)的至少外表面经受阳极氧化处理，以通过阳极氧化在所述外表面上生长所述材料的阳极氧化层(5)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述阳极氧化层(5)具有在2μm和50μm之间的厚度。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述阳极氧化层(5)具有在10μm和30μm之间的厚度。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，步骤b)的阳极氧化处理是传统式阳极氧化工艺或微弧氧化工艺。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在步骤b)之后，该方法还包括精加工处理步骤c)。
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