EP0374669B1 - Procédé de fabrication d'une boîte de montre en cuivre - Google Patents

Procédé de fabrication d'une boîte de montre en cuivre Download PDF

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EP0374669B1
EP0374669B1 EP89122807A EP89122807A EP0374669B1 EP 0374669 B1 EP0374669 B1 EP 0374669B1 EP 89122807 A EP89122807 A EP 89122807A EP 89122807 A EP89122807 A EP 89122807A EP 0374669 B1 EP0374669 B1 EP 0374669B1
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EP
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watch case
copper
cold forming
remainder
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Eric Loth
Pierre-Alain Walder
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ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Original Assignee
Eta SA Fabriques dEbauches
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    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B37/00—Cases
    • G04B37/22—Materials or processes of manufacturing pocket watch or wrist watch cases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/06—Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4998—Combined manufacture including applying or shaping of fluent material
    • Y10T29/49982—Coating
    • Y10T29/49986—Subsequent to metal working

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a watch case made of a material comprising by weight at least 95% copper.
  • a watch case carrying such a large percentage of copper has already been proposed in document CH-A-543 764.
  • the process for manufacturing components of a watch case is characterized by the fact that a cupro-beryllium alloy suitable for structural hardening by heat treatment is used, machines said elements, then deposits a layer of stainless metallic material on the outside.
  • the cupro-beryllium alloy comprises at least 1.8% and at most 2.05% of beryllium and that the heat treatment allowing a structural hardening is an income taking place at 320 ° for at least two hours. .
  • the proposed method also makes it possible to obtain by known and proven means, such as stamping, turning, threading, drilling, milling as well as machining, using diamond tools and by a simple heat treatment, a resistant watch case of which all the constituent elements can receive a hard surface treatment, allowing the watch to keep intact, for a practically unlimited time, even if it is worn under very severe conditions, an aspect aesthetic and practically unalterable.
  • Beryllium, alloyed with copper or bronze finds its application in electricity where it has been widely used as electrical spring contacts. However, it has a serious disadvantage which is that of being toxic. Beryllium and its salts should be handled with the utmost care. They should not be touched to check the softness effect they present. It is therefore necessary to observe a certain work discipline, when you know that a concentration in the air exceeding two milligrams per cubic meter is dangerous. These reasons mean that beryllium and its alloys are currently difficult to supply, as is also difficult the problem posed by the reprocessing of waste.
  • Document SU 154 669 describes an electrically conductive alloy based on at least 95% copper, the rest comprising, among other things, cadmium. We know that cadmium is toxic and must be avoided at all costs.
  • the method of manufacturing the watch case according to the invention implements the steps which appear in claim 1.
  • the holder of the present invention used a material used, to his knowledge, in the electrical industry only, as conductors or elastic contacts.
  • a material used to his knowledge, in the electrical industry only, as conductors or elastic contacts.
  • at least one of the constituent parts of the watch case is made of a material comprising at least 95% by weight of copper, the rest being composed of elements capable of increasing the mechanical resistance of the copper excluding the beryllium and cadmium.
  • this material is covered with a layer used to protect and decorate the box.
  • the following composition has excellent results and can constitute a preferred composition: Copper: 98.2%, nickel: 1%, lead: 0.55% and phosphorus: 0.22%.
  • Copper 98.2%
  • nickel 1%
  • lead 0.55%
  • phosphorus 0.22%.
  • the remaining elements are not limited to nickel, lead and phosphorus but may include, for example, manganese or tin.
  • the indicated material can be used to make the only middle part of the box, this middle part can include an integrated or attached bezel.
  • the middle may also carry horns used to attach the bracelet to the box. Shoulder and horns can then be made in one piece with the indicated material. It goes without saying that the bottom of the box can also be made of the same material.
  • the procedure according to the invention is as follows: We start by providing the material described above, this material comprising at least 95% copper, the rest being composed of elements capable of increasing the resistance of the copper excluding beryllium and cadmium. This material can be presented in a strip to facilitate mass production.
  • the preferred composition indicated above can be chosen for the excellent results which it exhibits.
  • the material is then cold deformed in a single operation.
  • This deformation is carried out by means of a tool capable of both cutting and then stamping the material chosen to give the box its final shape which can be that of its middle with its horns.
  • Cold deformation in a single operation is very advantageous because of the saving in tools and time that it presents.
  • the material or at least the surface areas of this material, will be work hardened during the stamping or stamping operation of the material, which will contribute to hardening it and therefore making it mechanically more resistant.
  • the presence of elements such as nickel for example also makes it possible to thermally harden the material and this between the cold deformation operation and the covering operation.
  • the product obtained is introduced into an oven heated to about 400 °.
  • the part thus obtained has an unattractive reddish appearance and not very resistant to corrosion. We will therefore coat it with a layer used to decorate and protect it.
  • This coating can be done in various ways, for example by galvanic means or by physical vapor deposition (PVD). Chromium, nickel or even gold can be deposited by galvanic means, this deposit being facilitated by the fact that the substrate is made of copper.
  • PVD physical vapor deposition
  • electrochemical or electrolytic polishing can be carried out.
  • This type of polishing impossible with brass, advantageously replaces the mechanical polishing commonly used but expensive in time.
  • the PVD deposition on copper alloys calls for an important comment here. It will be noted first of all that the copper alloy most used to make a watch case is brass. Brass contains a large percentage of zinc which makes it unsuitable for receiving a protective layer via PVD. Indeed, the PVD deposition being done under vacuum (between 10 ⁇ 2 and 10 ⁇ 4 mbar) and at a relatively high temperature (between 200 and 400 ° C), the zinc becomes volatile and evaporates during the treatment and that of fact that its vapor pressure is not negligible under the above conditions. This evaporation leads to an irregular deposit and little resistant of the layer you want to apply and finally an unacceptable appearance for the finished part.
  • the deposition by PVD process has yet another advantage which is that of economizing on the thermal hardening operation, this hardening taking place at the same time as the deposition since the deposition temperature (between 200 and 400 ° C.) found to be substantially the same as the curing temperature.

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Description

  • La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'une boîte de montre faite en un matériau comportant en poids au moins 95% de cuivre.
  • Une boîte de montre portant un aussi important pourcentage de cuivre a déjà été proposée dans le document CH-A-543 764. Dans ce document, le procédé de fabrication d'éléments constitutifs d'une boîte de montre est caractérisé par le fait qu'on utilise un alliage cupro-béryllium apte à un durcissement structurel par traitement thermique, usine lesdits éléments, puis dépose extérieurement une couche de matériau métallique inoxydable. Le document indique aussi que l'alliage cupro-béryllium comporte au moins 1,8% et au plus 2,05% de béryllium et que le traitement thermique permettant un durcissement structural est un revenu s'effectuant à 320° durant au moins deux heures. Toujours d'après le même document, le procédé proposé permet aussi d'obtenir par des moyens connus et éprouvés, tels qu'étampage, tournage, filetage, perçage, fraisage ainsi qu'usinage, à l'aide d'outils diamants et par un traitement thermique simple, une boîte de montre résistante dont tous les éléments constitutifs pourront recevoir un traitement de surface dure, permettant à la montre de garder intact, pendant un temps pratiquement illimité, même si elle est portée dans des conditions très sévères, un aspect esthétique et pratiquement inaltérable.
  • De la description qui vient d'être donnée, on peut deviner que l'usinage de la boîte, utilisant le matériau de base décrit, n'est pas simple en ce sens qu'il nécessite plusieurs opérations successives pour parvenir à la boîte en son état final. Cela est probablement dû à l'utilisation du béryllium qui rend le cuivre cassant et peu malléable, ce qui nécessite donc d'opérer par étape avant l'obtention du produit terminé.
  • Le béryllium, allié au cuivre ou au bronze, trouve son application en électricité où il a été très utilisé comme contacts électriques à ressort. Il présente cependant un grave inconvénient qui est celui d'être toxique. Le béryllium et ses sels doivent être manipulés avec la plus grande précaution. Ils ne doivent pas être tâtés pour vérifier l'effet de douceur qu'ils présentent. Il est donc nécessaire d'observer une certaine discipline de travail, quand on sait qu'une concentration dans l'air dépassant deux milligrammes par mètre cube est dangereuse. Ces raisons font qu'actuellement le béryllium et ses alliages sont d'un approvisionnement difficile, comme est difficile également le problème posé par le retraitements des déchets.
  • Le document SU 154 669 décrit pour sa part un alliage électro-conducteur à base d'au moins 95% de cuivre, le reste comportant entre autre du cadmium. On sait que le cadmium est toxique et qu'il faut l'éviter à tout prix.
  • L'utilisation du cuivre a l'état pur présente cependant un grand intérêt qui est celui d'être très facilement déformable à froid et de ne nécessiter souvent qu'une seule opération pour parvenir à l'objet recherché. Le cuivre pur cependant présente une résistance mécanique insuffisante pour certains usages, comme ici la réalisation d'une boîte de montre. On remarquera aussi que la déformation à froid du cuivre pur peut entraîner des fissures. Il est donc nécessaire d'améliorer cette résistance mécanique en ajoutant au cuivre certains éléments qui permettront d'accroître sa rigidité et sa dureté et ceci en évitant d'utiliser les éléments toxiques que sont le béryllium et le cadmium.
  • Ainsi pour éviter les inconvénients mentionnés au sujet des documents cités plus haut, le procédé de fabrication de la boîte de montre selon l'invention met en oeuvre les étapes qui apparaissent dans la revendication 1.
  • L'invention sera décrite maintenant dans le détail en explicitant plusieurs procédés de fabrication donnés à titre d'exemple pour réaliser une boîte de montre.
  • Pour réaliser sa boîte de montre, le titulaire de la présente invention s'est servi d'un matériau utilisé, à sa connaissance, dans l'industrie électrique seulement, comme conducteurs ou contacts élastiques. Très généralement, au moins une des parties constitutives de la boîte de montre est faite en un matériau comportant au moins 95% en poids de cuivre, le reste étant composé d'éléments aptes à accroître la résistance mécanique du cuivre à l'exclusion du béryllium et du cadmium. De plus, ce matériau est recouvert d'une couche servant à la protection et à la décoration de la boîte.
  • De nombreux essais ont permis de montrer que le matériau défini ci-dessus, jamais proposé pour la fabrication d'une boîte de montre, répond en tous points aux objectifs qu'on s'est fixé : très haute teneur en cuivre, ce qui permet une déformation à froid très aisée du matériau ; présence par exemple, de nickel, de plomb et de phosphore, ce qui améliore les caractéristiques mécaniques du matériau, sans recourir au béryllium ou au cadmium, tout en rendant possible un traitement thermique subséquent.
  • En particulier la composition suivante présente d'excellents résultats et peut constituer une composition préférentielle : Cuivre : 98,2%, nickel : 1%, plomb : 0,55% et phosphore : 0,22%. En additionnant ces chiffres, on voit qu'il reste un pourcentage de 0,03% qui est généralement comblé par des impuretés résiduelles inhérentes aux alliages cuivreux. On mentionnera que les éléments restants ne sont pas limités au nickel, au plomb et au phosphore mais peuvent inclure par exemple du manganèse ou de l'étain.
  • Le matériau indiqué peut être utilisé pour fabriquer la seule carrure de la boîte, cette carrure pouvant comporter une lunette intégrée ou rapportée. S'il s'agit d'une boîte de montre-bracelet la carrure pourra porter en outre des cornes servant à attacher le bracelet à la boîte. Carrure et cornes peuvent alors être faites en une seule pièce avec le matériau indiqué. Il va de soi que le fond de la boîte peut aussi être constitué du même matériau.
  • Pour fabriquer la boîte de montre, on procède selon l'invention, de la manière suivante :
       On commence par fournir le matériau décrit ci-dessus, ce matériau comportant au moins 95% de cuivre, le reste étant composé d'éléments aptes à accroître la résistance du cuivre d'exclusion du béryllium et du cadmium. Ce matériau peut se présenter en bande pour faciliter la production en séries. La composition préférentielle indiquée plus haut peut être choisie pour les excellents résultats qu'elle présente.
  • Le matériau est ensuite déformé à froid en une seule opération. Cette déformation est réalisée au moyen d'un outil susceptible à la fois de découper puis d'emboutir la matière choisie pour donner à la boîte sa forme finale qui peut être celle de sa carrure munie de ses cornes. La déformation à froid en une seule opération (ou en un seul coup) est très avantageuse par l'économie d'outillage et de temps qu'elle présente.
  • On comprendra que la matière, ou du moins les zones superficielles de cette matière, sera écrouie lors de l'opération d'emboutissage ou de matriçage de la matière, ce qui contribuera à la durcir et donc à la rendre mécaniquement plus résistante.
  • La présence d'éléments tels que le nickel par exemple permet en outre de durcir thermiquement le matériau et ceci entre l'opération de déformation à froid et l'opération de recouvrement. Pour cela on introduit le produit obtenu dans un four chauffé à environ 400°.
  • La pièce ainsi obtenue présente un aspect rougeâtre inesthétique et peu résistante à la corrosion. On va donc la revêtir d'une couche servant à la décorer et à la protéger. Ce revêtement peut être fait de diverses façons par exemple par voie galvanique ou par déposition physique en phase vapeur (PVD). On peut déposer par voie galvanique par exemple du chrome, du nickel ou encore de l'or, ce dépôt étant facilité par le fait que le substrat est en cuivre. On peut déposer par PVD des mêmes éléments, mais aussi des couches très dures comme du nitrure de titane ou du carbure de tungstène, couches beaucoup plus résistantes aux rayures.
  • Pour améliorer l'état de surface de l'objet avant revêtement, on peut procéder à un polissage électrochimique ou électrolytique. Ce type de polissage, impossible avec du laiton, remplace avantageusement le polissage mécanique couramment utilisé mais dispendieux en temps.
  • Le dépôt PVD sur alliages cuivreux appele ici un important commentaire. On remarquera tout d'abord que l'alliage cuivreux le plus utilisé pour fabriquer une boîte de montre est le laiton. Le laiton contient un important pourcentage de zinc ce qui le rend impropre à recevoir une couche de protection par voie PVD. En effet, le dépôt PVD se faisant sous vide (entre 10⁻² et 10⁻⁴ mbar) et à une température relativement élevée (entre 200 et 400°C), le zinc devient volatil et s'évapore lors du traitment et cela du fait que sa pression de vapeur n'est pas négligeable dans les conditions précitées. Cette évaporation entraîne un dépôt irrégulier et peu résistant de la couche qu'on veut appliquer et finalement un aspect inadmissible pour la pièce terminée. Pour obvier à cet inconvénient on a proposé de revêtir le laiton d'une sous-couche galvanique (par exemple du cuivre et/ou du nickel) sur laquelle le dépôt PVD peut être effectué sans difficulté. Pour éviter cette opération supplémentaire, on choisira de préférence un matériau ne contenant pas de zinc et plus généralement un matériau comportant des éléments (en plus du cuivre) dont la pression de vapeur est sensiblement nulle dans les conditions de contraintes nécessaires à l'application d'une couche par procédé PVD. C'est le cas pour le cuivre, le nickel et le plomb. Ce n'est pas le cas pour le phosphore, mais sa présence est si infime (0,22%) qu'elle peut être considérée comme n'ayant pas d'influence sur la bienfacture du dépôt.
  • Le dépôt par procédé PVD présente encore un autre avantage qui est celui de faire l'économie de l'opération de durcissement thermique, ce durcissement se faisant en même temps que le dépôt puisque la température de dépôt (entre 200 et 400°C) se trouve être sensiblement la même que la température de durcissement.

Claims (8)

1. Procédé de fabrication d'une boîte de montre en cuivre, caractérisé par le fait qu'il comprend la succession des étapes suivantes :
- on fournit un matériau comportant au moins 95% en poids de cuivre, le reste étant composé d'éléments aptes à accroître la résistance mécanique du cuivre à l'exclusion du béryllium et du cadmium,
- on déforme à froid en une seule opération ledit matériau pour former au moins une partie constitutive de la boîte, ladite opération provoquant simultanément un écrouissage dudit matériau tendant à augmenter sa dureté,
- on recouvre ladite partie constitutive d'une couche de protection et de décoration.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les éléments restants sont du nickel, du plomb et du phosphore.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit matériau comporte en poids 98,2% de cuivre, le reste étant composé de 1% de nickel, de 0,55% de plomb et de 0,22% de phosphore.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, lors de l'opération de déformation à froid, on forme la carrure de la boîte.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que, lors de l'opération de déformation à froid, on forme simultanément des cornes faites d'une pièce avec la carrure.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'après l'opération de déformation à froid et avant l'opération de recouvrement, on chauffe la partie constitutive pour la durcir thermiquement.
7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la couche servant à la protection et à la décoration est déposée par voie galvanique.
8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la couche servant de protection et de décoration est apposée par déposition physique en phase vapeur (PVD), le matériau fourni comportant des éléments restans dont la pression de vapeur est sensiblement nulle quand ledit matériau est soumis à une pression comprise entre 10⁻² et 10⁻⁴ mbar et à une température comprise entre 200 et 400°C.
EP89122807A 1988-12-21 1989-12-11 Procédé de fabrication d'une boîte de montre en cuivre Expired - Lifetime EP0374669B1 (fr)

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