DE2410483A1

DE2410483A1 - Verfahren zum beschichten von teilen einer uhr

Info

Publication number: DE2410483A1
Application number: DE19742410483
Authority: DE
Inventors: Itaru Okonogi; Tomoo Wada
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Suwa Seikosha KK
Priority date: 1973-03-05
Filing date: 1974-03-05
Publication date: 1974-09-12
Also published as: FR2220818A1; GB1427674A; CH264574A4; FR2220818B1

Description

BLUMBACH - WESER · BERGEN & KRAMER -|Q483

PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UNO MUKCHEhJ

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Kabushiki Kaisha Suwa Seikosha Tokyo / Japan

Verfahren zum Beschichten von !eilen einer Uhr

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Teilen einer Uhr, bei dem wenigstens ein Werkstoff aus der Gruppe Metalle, Legierungen, Karbide, Nitride, Oxide, Boride und Silikate auf die Oberfläche des au beschichtenden Uhrenteils aufgedampft wird.

Zum Beschichten von Uhrenteilen werden bis jetzt im wesentlichen elektrochemische Beschichtungsverfahren angewandt. Hierbei handelt es sich um Naßverfahren, die in mehrfacher Hinsicht problematisch sind, sei es im Hinblick auf die Behandlung nach dem Beschichten, auf die Abwasserbeseitigung, auf die allgemeine Belästigung etc. Außerdem werden neben Elektrizität Wasser und Chemikalien benötigt. Da ferner bei den bekannten Beschichtungs-

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PATENTANWÄLTE BLUMSACH, ft'FSr¹? BERC-Ni ^iRAW-R S^-IUNCHEHC-O

verfahren, die Arten der Beschichtung begrenzt und die Beschichtung durch den zu beschichtenden Körper beeinflußt werden, haben die meisten der bekannten Verfahren bisher nur in einem engen Anwendungsbereich Eingang in die Praxis gefunden. Seit kurzem findet insbesondere das Problem der Abwasserbeseitigung besondere Beachtung und das für die Behandlungsapparaturen aufzuwendende Kapital zur Beseitigung von Umweltbelästigungen ist bereits beachtlich.

Zur Herstellung von weißen Zifferblättern für Armbanduhren ist bisher beispielsweise eine Beschichtung mittels Silber oder einer Silberlegierung unter Verwendung eines Bades vorgenommen worden, in dem ein Zyanid eines Alkalimetalls gelöst ist. In einem solchen fall sind jedoch sowohl innerhalb der aufgebrachten Schicht als auch auf deren Oberfläche häufig Verunreinigungen, wie Natrium, Kalium etc., vorhanden. Diese Verunreinigungen können selbst durch Beinigen nach dem Beschichten nicht vollständig beseitigt werden. Es ist deshalb keine lange Haltbarkeit gewährleistet. So wird zum Beispiel ein auf der Schichtfläche aufgebrachter Lacküberzug zum Schutz dieser fläche oft entfärbt. Wegen der großen Menge an für die Beschichtung verwendeten Zyaniden und Schwermetallsalzen sind auch aufwendige Maßnahmen zur Vermeidung einer Umweltverschmutzung erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungsverfahren zu schaffen, bei dem keine Chemikalien erforderlich sind,

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die eine Umweltverschmutzung hervorrufen können. Es soll bei dem beschichteten Gegenstand eine lange Haltbarkeit gewährleistet werden, und es sollen neue dekorative und funktioneile Effekte ermöglicht werden. Schließlich soll auch eine gleichmäßige Beschichtung von Teilen einer komplizierten Gestalt möglich sein.

Sas erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff im Bereich einer Glimmentladung in der Atmosphäre eines inerten Gases verdampft oder zerstäubt und auf den zu beschichtenden Teil mittels eines Ionenbeschichtungsverfahrens aufgebracht wird.

Es ist auch möglich, daß der Werkstoff im Bereich einer Glimmentladung in der Atmosphäre eines aktiven Gases verdampft oder zerstäubt und der durch !Reaktion des aktiven Gases mit dem verdampften Werkstoff erhaltene Werkstoff mittels eines Ionenbeschichtungsverfahrens aufgebracht wird.

Das Beschichten eines Zifferblattes einer Uhr, insbesondere einer Armbanduhr, erfolgt vorteilhaft in der Weise, daß Silber oder eine Silberlegierung in der Atmosphäre eines inerten Gases verdampft und zwischen dem Zifferblatt und einem entgegengesetzten Pol eine Glimmentladung hervorgerufen wird.

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Bekanntlich werden die Seile einer Uhr grob in zwei Arten unterteilt, das heißt in äußere und in innere '!eile. Zu den äußeren Seilen gehören das Armband der ühr_? das Gehäuse, das Zifferblatt, die Aufzugkrone etc.. Zn den inneren Seilen gehören viele Seile des Uhrwerks.

Me zu beschichtenden Seil« werden als Kathode geschaltet und das auf die Teile aufzutragende Material (Beschichtungsmaterial), nämlich das Metali, die Legierung oder die Verbindung, als Anode. Wean swischen die beiden in einen abgeschlossenen Behälter in

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eine auf 10 mm Hg evakuierte Argongasatmosphäre gebrachten Elektroden eine eleiror-isslae (Reiehspannung von mehreren Kilovolt angelegt wird, tritt eine plasmaföx-iii®© Gliasmentladung auf. Wird außerdem das als Anode geschaltete BeseMeMrangsmateriai durch Widerstandserhitz'äing oder ®±n®& Elektronenstrahl @ts_s 7@rdaapft bzw. zerstäubt, dana wird dieses Material ionisiert_s έβώχι es ds3XöL· das Plasma hlndurehtritt. Hisrdiareli wird das Beschiss-'^imgsmaterial als ein festhaftender überzug auf die Oberfläche des zu "beschichtenden !Teils aufgebracht. Wegen der Streuung zwischen den Molekülen des verdampften bzw« zerstäubten Materials und des Gases gelangt das Beschichtungsmaterial auch in die Schattenbereiche des Seiles und lagert sich dort ab, so daß dieses Verfahren besonders für Uhrenteile geeignet ist, die einen komplizierten und anormalen Aufbau aufweisen. Als Beschichtungsmaterialien eignen sich sämtliche Metalle bzw. Legierungen aus der

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Gruppe Fe, Co, Hi, W, Mo, Ti, Or, Th, Ag, Au, Pd, Ou, Al. Ferner können als Beschichtungsmaterialien Karbide, Mtride, Oxide, Silikate und Boride dieser Metalle oder Legierungen verwendet werden. Im !"alle einer Verbundbeschichtung kann durch Einführen eines aufkohlenden Gases, wie Methan und Propan, oder einer Oxidatmosphäre, einer NitridatmoSphäre einschließlich Stickstoffgas in die Atmosphäre innerhalb des Vakuumbehälters die Überzugsschicht als Verbundschicht hergestellt werden, wenn daneben das Metall oder eine Legierung einer einfachen Substanz verdampft und im Plasma ionisiert werden. Es ist so möglich, den betreffenden Uhrenteilen neue Eigenschaften, wie einen neuen Farbton oder Farbglanz, und ausgezeichnete fraktionelle Eigenschaften, wie einen großen Verschleißwiderstand_s einen großen Korrosionswiderstand, einen guten Entfärbungswiderstand und eine ausgezeichnete Vetterbeständigkeit zu verleihen, Eigenschaften, wie sie in dieser Güte nicht möglich waren. Eine Verbesserung des Verschleißwiderstandes hat Vorteile, wie einen glatten Lauf ohne 0I₉ sowie eine Vergrößerung der Genauigkeit und der Zuverlässigkeit zur Folge.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, das Beschichtungsmaterial mittels eines Ionenbeschichtungsverfahrens aufzubringen. Dies gilt auch für den bereits erwähnten Fall, daß auf die Oberfläche des Zifferblattes einer Uhr eine Silber- bzw. eine Silberlegierungsschicht aufzubringen ist.

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Unter lonenbesaMehtungsverf ahren soll verstanden werden, daß der zu plattierende Eeil und ein entgegengesetzter Pol als Elektrodenpaar in eine Atmosphäre eines Gases, wie eines Argon-

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gases, von etwa 10 mm Hg gebracht werden und daß zwischen den beiden Elektroden eine Glimmentladung hervorgerufen wird. Das als Überzug dienende Material wird entweder widerstandserhitzt oder mittels eines Elektronenstrahls etc» verdampft bzw. zerstäubt und im Plasma der Glimmentladung zwischen den beiden Elektroden ionisiert. Das los bewegt sich in dem elektrischen Feld zu dem zu beschichtenden Gegenstand hin, wird auf dessen Oberfläche entladen und bleibt hier heften.

Beim Beschichten der Oberfläche eines Zifferblattes mit einer Silberlegierung kann das Silber mit wenigstens einem der Werkstoffe Antimon, Indium, Kadmium_f Siskel, Kobalt, Chrom, Gold, Bhodium, !Ruthenium, Palladium, Platin, Iridium, Osmium, Zinn, ■Rhenium, Wolfram, Molybdän etc. legiert werden. Hierdurch kann der Farbton und das Aussehen des Überzuges verändert werden, und es können ihm gewünschte Funktionen, wie eine Beständigkeit gegenüber Entfärbung, verliehen werden.

Die Erfindung wird anhand von fünf Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Es wird die Oberfläche eines Uhrengehäuses, die den äußeren Teil

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einer Uhr darstellt₉ mit verschiedenen Arten von Metallen, Legierungen und ¥erbindungen nach dem lonenbeschielitungsverfahren beschiohtet. Ber Merkstoff des Uhrengehäuses ist SuS 316L. Das Gehäuse wird tos· dem Beschichten lediglich entfettet (Trichlor-

labelle 1

Probe	Bescliielityngs- matesial	*1	^unktionelle Eigenschaften	Farbton .	*2	Poren
1-1		6;i	Zähigkeit	goldfarben	0	keine
1-2	Am	12 ji	0	goldfarben	0	keine
I" - 5	Or	10 μ	0	blau glänzend	0	keine
Έ - 5	Si	18 ji	0	weiß glänzend	0	keine
M - 8	Zr	14 £i	0	weiß glänzend	0	keine
ι H-IO		10 η	0	weiß glänzend	0	keine
S - 12	Sa	16 η	0	weiß glänzend	0	keine
H - 15	Ni + Cr (80:20)	10 ji	0	weiß glänzend	0	keine
0

*1 Dicke der Schicht (Mikron *2 Korrosionswiderstand

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Die Energie zum Verdampfen des Beschichtungsmaterials wird bei den Proben 1, 2, $, 5 und 8 durch eine Widerstandsheizung geliefert. Da die Proben 10, 12 und 15 höhere Schmelzpunkte aufweisen, werden sie mittels Elektronenstrahlen erhitzt und verdampft. Die Ionenbeschichtung erfolgt unter den folgenden Bedingungen:

Angelegte Spannung: 5 Kilovolt

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Vakuum: 2 bis 6 χ 10 mmHg einer Argonatmosphäre Beschichtungszeit: etwa 20 bis 30 Minuten

Nach bekannten Verfahren kann das Uhrengehäuse lediglich mit Gold und Chrom beschichtet werden. Wie es dieses Beispiel zeigt, können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch andere Metalle bzw. einfachere Substanzen gut aufgebracht werden. Außerdem ist es vorteilhaft, daß eine einfache Reinigung als Vorbehandlung für das Beschichten ausreichend ist. Darüber hinaus ist es möglich, einen extra starken Überzug aufzubringen, das heißt in einer Stärke, wie es bisher nicht möglich war, und eine ausgezeichnete Zähigkeit zu gewährleisten.

Ein Beschichten bzw. Plattieren von Edelstahl wird bisher als schwierig angesehen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist dies jedoch ohne weiteres möglich. Zur Prüfung des Korrosionswiderstandes wurde der beschichtete Gegenstand jeweils für eine Woche

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in künstliches Süßwasser und in künstliches Seewasser getaucht und mit Salzwasser (15 %) besprüht. Die Oberflächenänderung wurde untersucht· Zur Prüfung der Zähigkeit wurde die durch fünfmaliges Fallenlassen des Gegenstandes aus 1 Meter Höhe auf einen Betonboden verursachte Änderung festgestellt und das Abblättern nach einem radialen Quetschen des Gegenstandes untersucht. In sämtlichen Fällen konnten keine Veränderungen festgestellt werden.

Beispiel 2

Bei diesem Beispiel wurden, mit dem Ziel, den Glanz und den Widerstand gegenüber Abrieb der Oberfläche des Uhrengehäuses zu verbessern, Verbindungen aus Metallen und Legierungen mittels des Ionenbeschichtungsverfahrens aufgebracht.

Als Werkstoff für das Uhrengehäuse diente das gleiche Material wie bei Beispiel 1. Nach Durchführung der mechanischen Endbearbeitung wurde das Uhrengehäuse mittels einer Ultraschall-Trichloräthylenreinigung gesäubert und dann das Ionenbeschichtungsverfahren ausgeführt.

Tabelle 2 läßt die in diesem Fall erhaltenen funktioneilen Eigenschaften erkennen.

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Tabelle 2

	Beschichtungs- material	Atmosphäre	IPunktionelle Eigenschaften	Dicke der Schicht	Korrosions widerstand
Probe	TxN	nitrierend	Härte	10 μ	I. 0
L - 3	ZrN	nitrierend	KV 1600	12 ja	0
L - 5	IiC	aufkohlend	HV 1650	16 u	0
L - 6	IaO	aufkohlend	HV 2000 *	8 ja	0 It
L - 8	HV 1800

Die Ionenbeschichtung erfolgte unter den folgenden Bedingungen:

Angelegte Spannung: Gleichspannung 4- Kilovolt

Stromstärke: 3OO Milliampere Vakuum: 2 bis 6 χ 10 mmHg

Beschichtungszeit: etwa 30 bis 50 Minuten

In den Fällen der Nitrierung wurde eine sehr kleine Menge an Stickstoffgas verwendet und in den Fällen der Aufkohlung eine sehr kleine Menge an Methangas.

Die aufgetragenen Metalle aus einfachen Werkstoffen wurden vorher auf ein Schiffchen für die Verdampfung gelegt und das

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Nitrieren und Aufkohlen wurde während des Beschichtens vorgenommen·

Wie Tabelle 2 zeigt, beträgt die Oberflächenhärte HV 1OOO und mehr, das heißt, die Oberfläche ist ultrahart. Es liegt somit ein hervorragender Verschleißwiderstand vor.

Beispiel 3

Es wurde mittels des Ionenbeschichtungsverfahrens auf die Oberfläche des Uhrengehäuses eine Schicht von etwa 10 ja bis 18 ^x einer intermetallischen Verbindung (aus 70 % Nickel und 30 % Aluminium) aufgebracht.

Sie Ionenbeschichtung wurde unter den folgenden Bedingungen ausgeführt :

Angelegte Spannung: 3 Kilovolt Gleichspannung

Stromstärke 250 Milliampere

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Vakuum: · 2 χ 10 mmHg einer Argonatmosphäre

Der Farbton der auf diese Weise behandelten Oberfläche war bläulich und wurde als sehr schön empfunden.

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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es ohne weiteres möglich, eine Beschichtung mit intermetallischen Verbindungen durchzuführen, die bisher zu diesem Zweck nicht verwendet worden sind.

Beispiel 4

Es wurde die Oberfläche einer Unruhwelle beschichtet, die zu den Heilen einer Uhr gehört, welche einen besonders hohen Verschleißwiderstand und eine besonders hohe Festigkeit haben müssen· Das zu beschichtende Material bildete die Kathode, das Beschiehtungsmaterial die Anode· Die Beschichtung erfolgte unter den folgenden Bedingungen:

Angelegte Spannung: 2,5 Kilovolt Gleichspannung

Stromstärke 200 Milliampere

Vakuum: 3 σ 10 mmHg einer Argongasatmosphäre

Beschichtungszeit: 10 Minuten

Als Beschichtungsmaterial wurde Gold verwendet· Es wurde eine Schicht von 1 bis 2 ^i Dicke im Durchschnitt, das heißt eine sehr dünne Schicht, aufgebracht.

Es wurde im schmiermittelfreien Zustand eine beschleunigte Prüfung für einenLauf von etwa fünf Jahren durchgeführt und die Abnutzung beobachtet. Mangel, wie eine Hemmung durch die Lager-

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schale, ein Festfressen oder eine Abnutzung traten nicht auf. Die funktioneilen Eigenschaften sind somit selbst im schmiermittelfreien Zustand zufriedenstellend.

Beispiel 5

Es wurde die Oberfläche des aus einem einfach vorbehandelten Messing bestehenden Ausgangsmaterials für das Zifferblatt einer Armbanduhr mittels des Ionenbeschichtungsverfahrens versilbert. Bevor die Silberbeschichtung durchgeführt wurde, wurde das Ausgangsmaterial eine kurze Zeit lang vorab zerstäubt, um auf seiner Oberfläche die Reinheit zu erhöhen. Dann wurde die ßilberbeschichtung ausgeführt. Die Beschichtung erfolgte unter den folgenden Bedingungen:

Vakuum: 10 mmHg einer Argongasatmosphäre

Verdampfung: durch Widerstandserhitzung Verdampfungsquelle: Eeagenzsilber Abstand zwischen der

Verdampfungsquelle und

der Probe: 110 mm

Spannung zwischen den

Polen: 3 Kilovolt

Wenn die Beschichtung unter diesen Bedingungen etwa eine Minute andauerte, wurde auf dem Ausgangsmaterial des Zifferblattes eine Schicht von etwa 3 u Dicke erhalten. Der Überzug hatte ein schönes

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weißes Aussehen und wies neue Ziereffekte auf, die bei den bekannten Zifferblättern nicht zu beobachten sind. Da die Oberfläche durch vorheriges Zerstäuben gereinigt worden war, konnte mittels des Ionenbesehichtungsverfahrens ein gutes Anhaften der. aufgebrachten Schicht erzielt werden. Der Überzug konnte selbst an den Innenflächen von kleinen Löchern, die in dem Zifferblatt vorhanden waren, in ausreichender Dicke gebildet werden. Der Korrosionswiderstand des Zifferblattes war somit ausgezeichnet.

Im vorliegenden Sail wurde die Silberschicht durch einen weiteren Überzug einer Dicke von etwa 10 ji aus einem Nitrozelluloselack geschützt. Da in der Silberschicht keinerlei Verunreinigungen, wie Natrium etc. enthalten waren, wurde der Lack selbst nach einer beschleunigten Prüfung unter solchen Bedingungen, die einen üblichen Gebrauch von etwa 5 Jahren entspricht, nicht entfärbt.

Vie erwähnt, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren allenfalls für die Vorbehandlung Chemikalien verwendet. Diese sind jedoch nicht giftig. Eine Umweltverschmutzung durch giftige Chemikalien kann sosit nicht auftreten.

Das Zifferblatt gemäß dem letzten Beispiel dieser Erfindung weist nicht nur einen neuen dekorativen Effekt auf, sondern besitzt darüber hinaus ausgezeichnete funktioneile Eigenschaften, wie einen großen Korrosionswiderstand.

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Die Erfindung wurde anhand dreier verschiedener leile einer Uhr erläutert. Selbstverständlich ist sie in gleicher Weise auf andere Uhrenteile anwendbar, "bei denen es darum geht, durch eine Beschichtung neue dekorative Eigenschaften zu erzielen oder neue funktioneile Eigenschaften zu verwirklichen·

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Claims

Iv T / *■; VV *'- Patentansprüche

1. Verfahren zum Beschichten von Teilen einer Uhr, bei dem wenigstens ein Werkstoff aus der Gruppe Metalle, Legierungen, Karbide, Nitride, Oxide, Boride und Silikate auf die Oberfläche des zu beschichtenden Uhrenteils aufgedampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff im Bereich einer Glimmentladung in der Atmosphäre eines inerten Gases verdampft oder zerstäubt und auf den zu beschichtenden Teil mittels eines Ionenbeschichtungsverfahrens aufgebracht wird.

2. Verfahren zum Beschichten von Teilen einer Uhr, bei dem wenigstens ein Werkstoff aus der Gruppe Metalle, Legierungen, Karbide, Nitride, Oxide, Boride und Silikate auf die Oberfläche des zu beschichtenden Uhrenteils aufgedampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff im Bereich einer Glimmentladung in der Atmosphäre eines aktiven Gases verdampft oder zerstäubt und der durch Reaktion des aktiven Gases mit dem verdampften bzw. »erstäubten Werkstoff erhaltene Werkstoff mittels eines Ionenbeschichtungsverfahrens aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Beschichten des Zifferblattes

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einer Uhr, insbesondere einer Armbanduhr, Silber oder eine Silberlegierung in der Atmosphäre des inerten Gases verdampft wird und das Auftragen des Werkstoffes mittels des Ionenbeschichtungsverfahrens in der Weise erfolgt, daß zwischen dem Zifferblatt und einem entgegengesetzten elektrischen Pol eine Glimmentladung hervorgerufen wird.

k Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß als Werkstoff eine Legierung aus Silber mit wenigstens einem der Elemente Antimon, Indium, Kadmium, Nickel, Kobalt, Chrom, Gold, Ehodium, fiuthenium, Palladium, Platin, Iridium, Osmium, Zinn, Bhenium, Wolfram, Molybdän dient.

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