CN111913379A - 制造钟表机芯的游丝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造要装配到钟表机芯的摆轮上的游丝的方法，其包括：‑制造由包含10至30重量％Zr的Nb‑Zr合金制成的坯的步骤，‑退火和冷却所述坯的步骤，‑至少一个使退火坯变形以形成线材的步骤，其特征在于其包括，在变形步骤之前，在所述坯上沉积选自铜、镍、铜镍合金、铜锰合金、金、银、镍‑磷Ni‑P和镍‑硼Ni‑B的延性材料的层以促进线材成型操作的步骤，选择沉积的延性材料层的厚度以使在给定的线材横截面积下延性材料面积与合金面积的比率小于1，优选小于0.5，更优选在0.01至0.4的范围内。

Description

制造钟表机芯的游丝的方法
技术领域
本发明涉及一种制造要装配到钟表机芯的摆轮上的游丝的方法。
背景技术
用于钟表的游丝的制造受到乍看起来通常似乎不相容的限制：
-需要获得高屈服强度，
-易于制造，特别是拉丝和轧制(rolling)操作，
-优异的疲劳强度，
-经时性能水平稳定性，
-小横截面。
游丝的制造还集中关注于温度补偿，以确保一致的计时性能水平。这要求获得接近0的热弹性系数。也追求对磁场的敏感度有限的游丝。
已经使用铌和锆合金开发出游丝。但是，这些合金造成涉及在拉拔或拉丝模板(金刚石或硬金属)中和在轧辊(硬金属或钢)上的粘着和卡咬的问题，以致几乎不可能使用例如用于钢的标准方法将它们转化成细丝。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种制造要装配到钟表机芯的摆轮上的游丝的方法，其促进变形，更特别是容易轧制操作。
为此，本发明涉及一种制造要装配到钟表机芯的摆轮上的游丝的方法，其包括：
-制造由铌和锆合金制成的坯的步骤，所述合金含有：
-铌:补足至100重量％，
-锆:在10至30重量％之间，
-杂质，其总百分比在0至0.5重量％的范围内，
-退火和冷却所述坯的步骤，接着使退火坯变形以形成线材的步骤，所述退火和变形步骤可重复数次，
-用于形成游丝的卷绕步骤，
-最终热处理步骤。
根据本发明，该方法包括，在变形步骤之前和在退火和冷却步骤之后，在所述坯上沉积选自铜、镍、铜镍合金、铜锰合金、金、银、镍-磷Ni-P和镍-硼Ni-B的延性材料的层以促进线材成型操作的步骤。优选选择沉积的延性材料层的厚度以使在给定的线材横截面积下延性材料面积与NbZr合金面积的比率小于1，优选小于0.5，更优选在0.01至0.4之间。只有选自这些范围的延性材料的表面积/NbZr合金的表面积的比率才使该延性材料/NbZr复合材料容易轧制。优化延性材料的厚度以使在拉拔或拉丝操作的过程中将线材插入拉模板所需的通过锉削或热拉建立的尖端被延性材料涂布。该层必须薄。更具体地，厚层在拉模板中造成堵塞问题。此外，对于厚的延性材料层，线芯的形状变得难以控制，形状会偏离圆形。
具体实施方式
本发明涉及一种制造要装配到钟表机芯的摆轮上并由含铌和锆的合金制成的游丝的方法。
该方法包括下列步骤：
-制造由铌和锆合金制成的坯的步骤，所述合金含有：
-铌:补足至100重量％，
-锆:在10至30重量％之间，
-杂质，其总百分比在0至0.5重量％的范围内。更具体地，杂质可以是选自O、H、C、Fe、N、Ni、Si、Cu、Al、Cr、Mn、V、Sn、Mg、Mo、Pb、Co和B的痕量元素，各所述元素以0至1,000重量ppm的量存在，
-退火所述坯，接着冷却所述坯的步骤，
-在所述坯上沉积延性材料的步骤，
-至少一个使所述坯变形以形成线材的步骤，在多个变形步骤的情况下在变形步骤之间存在退火和冷却步骤，
-用于形成游丝的卷绕步骤，
-最终热处理步骤，以使游丝的形状固定并调节热弹性系数。
优选地，本发明中所用的NbZr合金坯不包含除任何潜在和不可避免的痕量元素外的任何其它元素。这能够防止形成脆性相。
更特别地，氧含量优选小于或等于总组合物的0.10重量％，特别小于或等于总组合物的0.05重量％，或甚至小于或等于总组合物的0.03重量％。
更特别地，碳含量优选小于或等于总组合物的0.04重量％，特别小于或等于总组合物的0.02重量％，或甚至小于或等于总组合物的0.015重量％。
更特别地，铁含量优选小于或等于总组合物的0.05重量％，特别小于或等于总组合物的0.02重量％，或甚至小于或等于总组合物的0.005重量％。
更特别地，氮含量优选小于或等于总组合物的0.04重量％，特别小于或等于总组合物的0.02重量％，或甚至小于或等于总组合物的0.015重量％。
更特别地，氢含量优选小于或等于总组合物的0.01重量％，特别小于或等于总组合物的0.0035重量％，或甚至小于或等于总组合物的0.001重量％。
更特别地，硅含量优选小于或等于总组合物的0.05重量％，特别小于或等于总组合物的0.02重量％，或甚至小于或等于总组合物的0.005重量％。
更特别地，镍含量优选小于或等于总组合物的0.05重量％，特别小于或等于总组合物的0.01重量％，或甚至小于或等于总组合物的0.002重量％。
更特别地，该合金中的在延性固溶体中的元素，如铜的含量小于或等于总组合物的0.05重量％，特别小于或等于总组合物的0.01重量％，或甚至小于或等于总组合物的0.004重量％。
更特别地，铝含量小于或等于总组合物的0.05重量％，特别小于或等于总组合物的0.01重量％，或甚至小于或等于总组合物的0.002重量％。
更特别地，铬含量小于或等于总组合物的0.05重量％，特别小于或等于总组合物的0.01重量％，或甚至小于或等于总组合物的0.002重量％。
更特别地，锰含量小于或等于总组合物的0.05重量％，特别小于或等于总组合物的0.01重量％，或甚至小于或等于总组合物的0.002重量％。
更特别地，钒含量小于或等于总组合物的0.05重量％，特别小于或等于总组合物的0.01重量％，或甚至小于或等于总组合物的0.002重量％。
更特别地，锡含量小于或等于总组合物的0.01重量％，特别小于或等于总组合物的0.0035重量％，或甚至小于或等于总组合物的0.001重量％。
更特别地，镁含量小于或等于总组合物的0.05重量％，特别小于或等于总组合物的0.01重量％，或甚至小于或等于总组合物的0.002重量％。
更特别地，钼含量小于或等于总组合物的0.05重量％，特别小于或等于总组合物的0.01重量％，或甚至小于或等于总组合物的0.002重量％。
更特别地，铅含量小于或等于总组合物的0.05重量％，特别小于或等于总组合物的0.01重量％，或甚至小于或等于总组合物的0.002重量％。
更特别地，钴含量小于或等于总组合物的0.01重量％，特别小于或等于总组合物的0.0035重量％，或甚至小于或等于总组合物的0.001重量％。
更特别地，硼含量小于或等于总组合物的0.005重量％，特别小于或等于总组合物的0.0001重量％。
退火步骤是在真空中在700℃至1,500℃的温度下持续优选5分钟至2小时的溶解处理，接着在气体中淬火或在真空中自然冷却，以获得Zr在β相Nb中的过饱和固溶体。
更特别形成本发明的物体的沉积步骤由沉积选自铜、镍、铜镍合金、铜锰合金、金、银、镍-磷Ni-P和镍-硼Ni-B的延性材料的层以促进线材成型操作组成。选择沉积的延性材料层的厚度以使在给定的线材横截面积下延性材料面积与NbZr合金面积的比率小于1，优选小于0.5，更优选在0.01至0.4的范围内。例如，对于0.1mm的总线材直径，在直径为0.086mm的NbZr合金的横截面积下，延性材料层可具有7μm的厚度。这相当于0.35的延性材料面积(0.002mm2)与NbZr面积(0.0058mm2)的比率。
因此在给定时刻沉积延性材料，优选铜以促进通过拉拔、拉丝和轧制的线材成型操作，以在具有0.2至1毫米总直径的线材上保留优选1至500微米的厚度。
延性材料的添加可以是电镀、通过PVD或CVD或机械法；在这种情况下其是在大直径的NbZr合金棒材上调节的延性材料如铜的套筒或管，然后在该复合棒材的一个或多个变形步骤的过程中变细。因此，一种可能性涉及通过组装NbZr棒材和铜套筒形成复合坯料，然后进行热挤出。
变形步骤整体上是指一个或多个变形处理，其可包括拉丝和/或轧制。如果必要，拉丝要求在同一变形步骤中或在不同变形步骤中使用一个或多个拉模板。进行拉丝直至获得具有圆形横截面的线材。可在与拉丝相同的变形步骤的过程中或在另一后续变形步骤中进行轧制。有利地，对该合金施加的最终变形处理是轧制操作，优选具有与绕线机轴(winder spindle)的入口横截面相容的矩形轮廓。
该方法可包括一个或多个变形步骤，各步骤的变形率在1至5的范围内，优选在2至5的范围内，变形率满足常规公式2ln(d0/d)，其中d0和d分别是变形之前和之后的直径。总变形率可在1至14的范围内。
该方法可包括在不同变形步骤之间的中间退火步骤。这些中间退火也在700℃至1,500℃的温度下进行5分钟至2小时的持续时间，此后淬火。或者，可在这些退火后缓慢冷却，即优选在真空中自然冷却。
本发明的方法优选包括，在变形步骤之后，除去所述延性材料层的步骤。优选地，一旦已进行所有变形操作，即在最终轧制操作之后，在卷绕操作之前，除去延性材料。但是，这不排除在完成所有变形操作前除去延性材料层。因此，当在多个阶段中轧制时，可在最终轧制阶段前除去延性材料层。优选地，特别通过用氰化物基或酸基溶液，例如硝酸蚀刻而从线材上除去延性材料，如铜的层。
在卷绕后的最终热处理在600至850℃，优选650至750℃的温度下进行30分钟至80小时，优选30分钟至2小时的持续时间。在这种热处理结束时获得具有β相Nb和α相Zr的两相结构。
本发明的方法能够制造，更特别是成型由铌-锆型合金制成的摆轮游丝。这种合金具有高机械性质，兼具高于600MPa的极高屈服强度和大约60GPa至100GPa的极低弹性模量。这种性质组合非常适合游丝。此外，这种合金是顺磁性的。
用于实施本发明的上述类型的含铌和锆的二元合金也具有类似于"Elinvar"的效应，在手表的正常工作温度范围内具有几乎为0的热弹性系数并适用于制造自补偿游丝。

Claims (7)

1.制造要装配到钟表机芯的摆轮上的游丝的方法，其包括：
-制造由铌和锆合金制成的坯的步骤，所述合金含有：
-铌:补足至100重量％，
-锆:10至30重量％，
-杂质，其总百分比在0至0.5重量％的范围内，
-退火和冷却所述坯的步骤，
-至少一个使退火坯变形以形成线材的步骤，
-用于形成游丝的卷绕步骤，
-热处理游丝的最终步骤，
所述方法的特征在于其包括，在变形步骤之前，在所述坯上沉积选自铜、镍、铜镍合金、铜锰合金、金、银、镍-磷Ni-P和镍-硼Ni-B的延性材料的层以促进线材成型操作的步骤，选择沉积的延性材料层的厚度以使在给定的线材横截面积下延性材料面积与合金面积的比率小于1，优选小于0.5，更优选在0.01至0.4的范围内。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于其包括，在卷绕步骤之前，除去所述延性材料层的步骤。
3.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于所述变形步骤通过拉丝和/或轧制进行。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于其包括一个或多个变形步骤，其中对于各步骤，以在1至5的范围内的变形率进行变形，经过所有步骤的变形的总累积得出在1至14的范围内的总变形率。
5.根据前述权利要求的方法，其特征在于其包括在变形步骤之间的退火和冷却步骤。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于各退火和冷却步骤是在真空中在700℃至1,500℃的温度下持续5分钟至2小时的溶解处理，接着在气体中淬火或在真空中自然冷却，以获得Zr在Nb中的过饱和固溶体。
7.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于所述最终热处理步骤在600℃至850℃的温度下进行30分钟至80小时的持续时间。
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