DE102011110626A1

DE102011110626A1 - Verfahren zur Herstellung eines Funktionselementes für Armbanduhren

Info

Publication number: DE102011110626A1
Application number: DE201110110626
Authority: DE
Inventors: Petra Damasko
Original assignee: Individual
Current assignee: Damasko GmbH
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2013-02-21

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Funktionselementes für Armbanduhren, wobei ein Rohling des Funktionselementes einer Kohlenstoffdiffusion in einer Salzschmelze bei Anwesenheit wenigstens eines Carbonats und/oder Phosphats zur Einlagerung von Kohlenstoffatomen zur Bildung einer Diffusionszone oder Diffusionsschicht an der Oberfläche des Rohlings unterzogen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Funktionselementes für Armbanduhren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie ein Funktionselement für Armbanduhren gemäß Patentanspruch 17.
Funktionselemente für Armbanduhren im Sinne der Erfindung sind u. a. das Uhrengehäuse, der zum Verschließen des Uhrengehäuses dienende Deckel oder Boden, Kronen, Drücker sowie auch Metallarmbänder oder Teile der vorgenannten Elemente.
Speziell Gehäuse für Armbanduhren sind in verschiedensten Ausführungen bekannt. In neuerer Zeit wurde auch vorgeschlagen, derartige Gehäuse aus einem härtbaren, nicht magnetisierbaren Stahl herzustellen, um so für das Gehäuse einer Armbanduhr u. a. eine besonders harte und widerstandsfähige Oberfläche zu erhalten.
Ein Verfahren der gattungsmäßigen Art ist aus der Druckschrift DE 10 2009 005 357 A1 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird ein Rohling des Funktionselementes einer Kohlenstoffdiffusion in einer Salzschmelze bei Anwesenheit wenigstens eines Carbonats und/oder Phosphats zur Einlagerung von Kohlenstoffatomen zur Bildung einer Diffusionszone oder Diffusionsschicht an der Oberfläche des Rohlings unterzogen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit welchem die Festigkeit bzw. Härte an den Oberflächen des Funktionselements weiter gesteigert werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Funktionselement ist Gegenstand des Patentanspruchs 17.
Der wesentliche Aspekt der Erfindung besteht darin, dass ein Rohling aus einer titanhaltigen Legierung oder aus einem titanhaltigen Sinterwerkstoff mit einem Gewichtsprozentanteil von Titankarbid zwischen 20% und 45% verwendet wird, also ein Rohling, der in einer Matrix aus der titanhaltigen Stahllegierung als Legierungsstahl oder als Sinterwerkstoff Titankarbid mit einem Anteil zwischen 20 Gewichtsprozent und 45 Gewichtsprozent enthält, und dass die Kohlenstoffdiffusion in der Salzschmelze bei einer Temperatur im Bereich zwischen 200°C und 600°C erfolgt.
Dabei kann der Rohling aus einem als Legierung vorliegenden Material durch gängige Bearbeitungsverfahren, insbesondere spanabhebende Verfahren oder in einem Formgebungs- und Sinterverfahren aus einem Sinterwerkstoff, der in Pulver- oder Partikelform vorliegt, hergestellt sein. Der Rohling entspricht in seiner Form dabei bereits weitestgehend dem herzustellenden Bauteil oder Funktionselement, beispielsweise Gehäuse oder Gehäuseboden bzw. -deckel usw. Durch die Verwendung von des Materialbestandteils Titankarbid, das sich in das Metallgitter des Stahls, insbesondere Edelstahls einlagert, wird eine äußerst hohe Materialfestigkeit des Funktionselements erreicht.
Im Fortgang des Verfahrens erfolgt dann eine Kohlenstoffdiffusion bei einer Temperatur zwischen 200°C und 600°C zum Einlagern von Kohlenstoffatome in das Metallgitter des Rohlings, sodass dann für den Rohling eine Oberflächenschicht mit besonders großer Härte erreicht wird, und zwar mit einer relativ großen Dicke, d. h. mit einer Dicke bis zu 1 mm.
Insbesondere bei dem durch einen Sinterprozess erzeugten Rohling entstehen Poren im Material, die die Kohlenstoffdiffusion begünstigen, sodass die Kohlenstoffdiffusion in überraschender Weise bei Anwesenheit wenigstens eines Carbonats in der Salzschmelze bereits bei Temperaturen deutlich unter 600°C, beispielsweise bei Temperaturen unter 400°C wirksam durchgeführt werden kann und sich hierbei eine relativ dicke, sehr harte Oberflächenschicht bis zu 1 mm erzielen lässt.
Durch die Herstellung des Rohlings im Sinterverfahren lässt sich weiterhin auch der Aufwand bei der mechanischen und/oder chemischen Nachbehandlung des Rohlings zur Erzielung der angestrebten Form und/oder Oberflächenstruktur wesentlich reduzieren.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Figur. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden im Zusammenhang mit der Figur, die in vereinfachter schematischer Darstellung als Bauteil oder Funktionselement das Gehäuse 1 einer Armbanduhr zeigt, näher erläutert.
Die Herstellung des Gehäuses 1 erfolgt in mehreren Verfahrensschritten. Der Rohling des Gehäuses 1 wird beispielsweise aus Legierungsmaterial durch gängige Bearbeitungsverfahren, insbesondere material- und spanabhebende Verfahren, wie z. B. Bohren, Fräsen und ähnliche Materialbearbeitungsverfahren hergestellt. Auch die Herstellung in einem Formgebungsprozess und anschließenden Sinterprozess ist möglich.
Als Legierungsmaterial oder Sinterwerkstoff, der dann in Pulver- oder Partikelform vorliegt, wird ein für die Herstellung von Uhrengehäuse geeigneter titankarbid-haltiger nichtmagnetisierbaren Stahl oder austenitischer Edelstahl verwendet, der Titan als Legierungskomponente enthält und der in der Bindephase beispielsweise einem Stahl der Werkstoffnummer 1.4580 entspricht.
Der Rohling wird bei diesem Sinterprozess beispielsweise derart hergestellt, dass Poren in der Größe zwischen 0,1–0,5 μm, vorzugsweise in der Größe zwischen 0,1–30 μm verbleiben, wobei sich eine Porengröße zwischen etwa 5 und 25 μm als besonders vorteilhaft erwiesen hat.
Nach dem Sinterprozess wird der hergestellte Rohling z. B. an seinen Oberflächen nachbearbeitet, und zwar durch geeignete material- oder spanabhebende Techniken, wobei bei dieser Behandlung oder in einem anschließenden Verfahrensschritt beispielsweise durch Schleifen oder dgl. und/oder chemische Verfahren die Poren des Sintermaterials an den Oberflächen freigelegt werden.

Als Werkstoffe eignen sich beispielsweise Stähle mit folgender chemischer Zusammensetzung, wobei die Prozentangaben Gewichtsprozentangaben sind:

Hartstoffphase	Hauptbestandteile der Bindephase
33 TiC	0,65 C	3,0 Cr	3,0 Mo	Rest Fe
33 TiC	0,75 C	13,5 Cr	3,0 Mo	Rest Fe
32 TiC	0,5 C	19,5 Cr	2,0 Mo	Rest Fe
30 TiC	15,0 Ni	9,0 Co	6,0 Mo	Rest Fe
22 TiC	20 Cr	15,5 Mo	Rest Ni
34 TiC	18 Cr	12 Ni	2 Mo	Rest Fe

Hartstoffphase	Hauptbestandteile der Bindephase
30 TiC	13,5 Cr	9 Co	4 Ni	5 Mo	Rest Fe

Weiterhin können Stähle mit zusätzlichen oder alternativen Bestandteilen von Aluminium und/oder Vanadium und/oder Kupfer und/oder Mangan und/oder Palladium und/oder Zirconium und/oder Zinn und/oder Sauerstoff und/oder Stickstoff und/oder Silicium und/oder Ruthenium verwendet werden.
Besonders bevorzugt wird ein Rohling aus einem titanhaltigen Legierungsstahl oder aus einem titanhaltigen Sinterwerkstoff mit einem Gewichtsprozentanteil von Titan von mindestens 10% verwendet, um die Festigkeit bzw. Härte an den Oberflächen des Funktionselements zu steigern.
Zu einer weiteren Erhöhung der Festigkeit wird in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Rohling vor der Kohlenstoffdiffusion einer Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich zwischen 480°C und 590°C zum Aushärten des Grundwerkstoffs unterzogen.
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt eine Kohlenstoff-Diffusionsbehandlung des Rohlings an seiner gesamten Oberfläche zur Einlagerung von Kohlenstoffatomen durch Diffusion in das Metallgitter des Rohlings. Hierfür wird der Rohling über einen Zeitraum von mehreren Tagen, beispielsweise über einen Zeitraum von bis zu 6 Tagen, in einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre (Schutzgasatmosphäre) bei einer Temperatur deutlich über Umgebungstemperatur, z. B. bei einer Temperatur über 100°C, aber beispielsweise unter 300°C gehalten, und zwar in einer Salzschmelze bei Anwesenheit wenigstens eine Carbonats und/oder Phosphats. Vorzugsweise wird während der Diffusionsbehandlung in die Salzschmelze zeitweise oder permanent Sauerstoff eingebracht.
Mit diesem Verfahren wird eine hohe Oberflächenhärte erreicht, und zwar bis zu einer relativ hohen Materialtiefe, beispielsweise bis zu einer Materialtiefe von etwa 1 mm. Nach der Kohlenstoffdiffusion erfolgt vorzugsweise in einem weiteren Verfahrensschritt ein Imprägnieren des Rohlings mit einem für das Verschließen der Poren geeigneten Material, beispielsweise mit einem aushärtenden Kunststoff unter Druck.
Nach der Diffusionsbehandlung kann sich ein weiterer Verfahrensschritt anschließen, und zwar, dass auf das Funktionselement eine Hartstoffbeschichtung zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit aufgebracht wird.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009005357 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Funktionselementes für Armbanduhren, wobei ein Rohling des Funktionselementes einer Kohlenstoffdiffusion in einer Salzschmelze bei Anwesenheit wenigstens eines Carbonats und/oder Phosphats zur Einlagerung von Kohlenstoffatomen zur Bildung einer Diffusionszone oder Diffusionsschicht an der Oberfläche des Rohlings unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohling aus einer titanhaltigen Stahllegierung oder aus einem titanhaltigen Sinterwerkstoff mit einem Anteil an Titankarbid zwischen 20 Gewichtsprozent und 45 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Rohlings verwendet wird, und dass die Kohlenstoffdiffusion in der Salzschmelze bei einer Temperatur im Bereich zwischen 200°C und 600°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die titanhaltige Stahllegierung oder der titanhaltige Sinterwerkstoff zusätzlich Bestandteile von Aluminium und/oder Nickel und/oder Chrom und/oder Vanadium und/oder Molybdän und/oder Niob und/oder Eisen und/oder Kupfer und/oder Mangan und/oder Palladium und/oder Zirconium und/oder Zinn und/oder Sauerstoff und/oder Stickstoff und/oder Silicium und/oder Ruthenium enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohling einer titanhaltigen Legierung oder aus einem titanhaltigen Sinterwerkstoff mit einem Gewichtsprozentanteil von Titan von mindestens 10% verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling vor der Kohlenstoffdiffusion einer Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich zwischen 480°C und 590°C zum Aushärten des Grundwerkstoffs unterzogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Diffusionsbehandlung in die Salzschmelze zeitweise oder permanent Sauerstoff eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Diffusionsbehandlung auf das Funktionselement eine Hartstoffbeschichtung zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling für die Kohlenstoffdiffusion in einer kohlenstoffenthaltenden Atmosphäre, beispielsweise Schutzgasatmosphäre, bei einer Temperatur deutlich über Raumtemperatur behandelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling nach der Kohlenstoffdiffusion mit einem die Poren des Rohlings verschließenden Material, beispielsweise mit einem aushärtenden Kunststoffmaterial imprägniert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling mit einer Porengröße im Bereich zwischen etwa 0,01 und 2,0 μm gefertigt wird, vorzugsweise mit einer Porengröße zwischen etwa 0,01 und 0,5 μm.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling mit einer Porengröße im Bereich zwischen etwa 0,01 und 30,0 μm gefertigt wird, vorzugsweise mit einer Porengröße zwischen etwa 5 und 25 μm.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling mit einer Porengröße im Bereich zwischen etwa 0,1 und 0,5 μm gefertigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffdiffusion über einen Zeitraum bis zu 14 Tagen, beispielsweise über einen Zeitraum von 5–6 Tage durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Rohlings zum Freilegen der Poren vor der Kohlenstoffdiffusion chemisch und/oder mechanisch bearbeitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sinterwerkstoff oder Legierung ein austenitischer Edelstahl verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling vor der Kohlenstoffdiffusion an seinen Oberflächen mechanisch und/oder chemisch bearbeitet wird.
Funktionselement für eine Armbanduhr, gekennzeichnet durch seine Herstellung mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.