EP4718169A1 - Axe de pivotement amagnétique - Google Patents

Axe de pivotement amagnétique

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EP4718169A1
EP4718169A1 EP24203032.8A EP24203032A EP4718169A1 EP 4718169 A1 EP4718169 A1 EP 4718169A1 EP 24203032 A EP24203032 A EP 24203032A EP 4718169 A1 EP4718169 A1 EP 4718169A1
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EP
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tungsten
pivot axis
alloy
equal
axis according
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Lionel MICHELET
Christian Charbon
Marco Verardo
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Nivarox Far SA
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Abstract

L'invention concerne un axe de pivotement pour mouvement horloger, comportant au moins une partie réalisée dans du tungstène pur ou dans un alliage de tungstène avec au moins une portion de ladite partie convertie en une couche de carbure de tungstène (5).

Description

    Domaine technique de l'invention
  • La présente invention se rapporte à un axe de pivotement amagnétique pour un mouvement d'horlogerie mécanique et plus particulièrement à un axe de balancier.
    • Arrière-plan technologique
  • La fabrication d'un axe de pivotement horloger consiste, à partir d'une barre en acier trempable, à réaliser des opérations de décolletage pour définir différentes surfaces actives (portée, épaulement, pivots etc.) puis à soumettre l'axe décolleté à des opérations de traitement thermique comprenant au moins une trempe pour améliorer la dureté de l'axe et un ou plusieurs revenus pour en améliorer la ténacité. Les opérations de traitements thermiques sont suivies d'une opération de roulage des pivots des axes, opération consistant à polir les pivots pour les amener aux dimensions requises. Au cours de l'opération de roulage la dureté ainsi que la rugosité des pivots sont encore améliorées.
  • Les axes de pivotement, par exemple les axes de balancier, utilisés classiquement dans les mouvements d'horlogerie mécaniques sont réalisés dans des nuances d'aciers de décolletage qui sont généralement des aciers martensitiques au carbone incluant du plomb et des sulfures de manganèse pour améliorer leur usinabilité. Un acier de ce type désigné 20AP est typiquement utilisé pour ces applications.
  • Ce type de matériau a l'avantage d'être facilement usinable, en particulier d'être apte au décolletage et présente, après des traitements de trempe et de revenu, des propriétés mécaniques élevées très intéressantes pour la réalisation d'axes de pivotement horlogers. Ces aciers présentent en particulier après traitement thermique une dureté élevée, permettant d'obtenir une très bonne tenue aux chocs. Typiquement la dureté des pivots d'un axe réalisé en acier 20 AP peut atteindre une valeur dépassant les 700 HV après traitement thermique et roulage.
  • Bien que fournissant des propriétés mécaniques satisfaisantes pour les applications horlogères décrites ci-dessus, ce type de matériau présente l'inconvénient d'être magnétique et de pouvoir perturber la marche d'une montre après avoir été soumis à un champ magnétique, et ce notamment lorsque ce matériau est utilisé pour la réalisation d'un axe de balancier coopérant avec un balancier spiral en matériau ferromagnétique. Ce phénomène est bien connu de l'homme du métier. On notera également que ces aciers martensitiques sont également sensibles à la corrosion.
  • Pour pallier ces inconvénients, les alliages de tungstène sont des matériaux parfaits de par leurs propriétés amagnétiques. Cependant, la dureté intrinsèque de ce matériau est de l'ordre de 400-550 HV sans possibilité de recourir à des mécanismes de durcissement efficaces pour améliorer les propriétés. Cette dureté limitée peut poser des problèmes de résistance aux chocs des pivots.
    • Résumé de l'invention
  • L'invention a pour objet de pallier les inconvénients précités en proposant un axe de pivotement réalisé au moins en partie dans du tungstène pur ou dans un alliage de tungstène avec un durcissement en surface permettant de répondre aux exigences de résistance aux chocs dans le domaine horloger.
  • A cet effet, pour obtenir le durcissement, l'axe est soumis sur au moins une partie de sa surface à un traitement thermique dans une atmosphère riche en carbone de manière à faire réagir le tungstène de l'axe avec le carbone de l'atmosphère pour former une couche de carbure de tungstène qui a pour caractéristique d'atteindre des duretés supérieures à 2000 HV.
  • Plus précisément, la présente invention concerne un axe de pivotement pour mouvement horloger, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une partie réalisée dans du tungstène pur ou dans un alliage de tungstène avec au moins une portion de ladite partie convertie en une couche de carbure de tungstène.
  • Le tungstène et ses alliages combinent une très bonne résistance à la corrosion et une susceptibilité magnétique très faible tandis que la couche de carbure de tungstène permet d'augmenter substantiellement la dureté de surface des axes de pivotement, ce qui est un avantage pour les propriétés d'usure et de résistance aux chocs de cette pièce horlogère, en particulier au niveau des pivots.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés.
    • Brève description des figures
    • La figure 1 représente un axe de pivotement.
    • La figure 2 représente en coupe partielle un pivot d'un axe de pivotement comportant une couche de carbure de tungstène selon l'invention.
    Description détaillée de l'invention
  • Dans la présente description, le terme matériau « amagnétique » signifie un matériau paramagnétique ou diamagnétique ou antiferromagnétique, dont la perméabilité magnétique est comprise entre 0,99 et 1,01.
  • Un alliage d'un élément est un alliage contenant au moins 50% en poids dudit élément.
  • L'invention se rapporte à un axe de pivotement amagnétique pour un mouvement d'horlogerie mécanique. L'invention sera décrite ci-après dans le cadre d'une application à un axe de balancier 1. Bien évidemment, d'autres types d'axes de pivotement horlogers sont envisageables comme par exemple des axes de mobiles horlogers, typiquement des pignons d'échappement, ou encore des tiges d'ancre. Les pièces de ce type présentent au niveau du corps des diamètres inférieurs de préférence à 2 mm, et des pivots de diamètre inférieur de préférence à 0,2 mm, avec un diamètre pouvant descendre à 50 µm au bout du pivot.
  • En se référant à la figure 1, on peut voir un axe de balancier 1 qui comporte une pluralité de sections 2 de diamètres différents, formées de préférence par décolletage ou toute autre technique d'usinage par enlèvement de copeaux, et définissant classiquement des portées 2a et des épaulements 2b arrangés entre deux portions d'extrémité définissant deux pivots 3. Ces pivots sont destinés à venir chacun pivoter dans un palier, typiquement dans un orifice d'une pierre ou d'un rubis.
  • Selon l'invention, au moins une partie de l'axe de pivotement et en particulier au moins la partie de l'axe destinée à entrer en contact en rotation avec une autre pièce est réalisée dans du tungstène pur ou dans un alliage de tungstène. Toujours selon l'invention, cette partie ou une portion de cette partie en tungstène pur ou alliage de tungstène est recouverte d'une couche en carbure de tungstène qui peut être du WC, du W2C ou un carbure non stoechiométrique WC(1-x).
  • Dans l'exemple illustré, au moins une partie de l'axe de balancier 1, à savoir le pivot 3, est réalisée dans du tungstène pur ou dans un alliage de tungstène et au moins une portion de cette partie est convertie en une couche 5 de carbure de tungstène (figure 2). On observe ainsi un coeur 4 en tungstène pur ou en alliage de tungstène avec une couche de carbure de tungstène 5.
  • On entend par tungstène pur un matériau comprenant du tungstène dans un pourcentage en poids supérieur ou égal à 99,5%, de préférence supérieur ou égal à 99,95%. En complément pour obtenir 100% en poids, il peut comporter des impuretés éventuelles telles que du Mo, C, Fe et O. Par exemple, il peut comporter en poids au minimum 99,95% de W, au maximum 0,020% de Mo et au maximum 0,030% d'autres impuretés.
  • Pour les alliages de tungstène, à titre d'exemple, il peut s'agir des alliages comprenant soit de l'oxyde de lanthane, soit du rhénium, soit du cuivre et du nickel.
  • Plus précisément, l'alliage de tungstène avec de l'oxyde de lanthane, à savoir du La2O3, comporte ce dernier dans un pourcentage en poids compris entre 0,2 et 2%, de préférence entre 0,3 et 1,5%, plus préférentiellement entre 0,5 et 1%. Avantageusement, l'alliage est constitué du tungstène, de l'oxyde de lanthane dans les pourcentages précités et d'impuretés éventuelles avec une teneur totale pour ces dernières inférieure ou égale à 1,5% en poids.
  • Plus précisément, l'alliage de tungstène avec du rhénium comporte ce dernier dans un pourcentage en poids compris entre 2 et 30%, de préférence entre 5 et 20%. Avantageusement, l'alliage est constitué du tungstène et du rhénium dans les pourcentages précités et d'impuretés éventuelles avec une teneur totale pour ces dernières inférieure ou égale à 1,5% en poids.
  • Plus précisément, l'alliage de tungstène avec du cuivre et du nickel comporte du cuivre et du nickel avec une teneur totale en poids pour ces deux éléments comprise entre 2 et 20%, de préférence entre 5 et 10%. Avantageusement, l'alliage est constitué du tungstène, du cuivre et du nickel dans les pourcentages précités et d'impuretés éventuelles avec une teneur totale pour ces dernières inférieure ou égale à 1,5% en poids. Préférentiellement, le nickel est présent de manière prépondérante par rapport au cuivre. Cela signifie que pour l'ensemble cuivre + nickel formant 100%, le pourcentage de nickel est supérieur ou égal à 55% et le pourcentage de cuivre est inférieur ou égal à 45%.
  • Le tungstène et les alliages de tungstène selon l'invention ont une dureté supérieure ou égale à 500 HV0,05 pour le tungstène pur et supérieure ou égale à 400 HV0.05 pour les alliages de tungstène. On entend par dureté Vickers (HV) une dureté mesurée selon la norme ISO 6507-1:2018. Ils ont une susceptibilité magnétique faible avec typiquement des valeurs inférieures à 8×10-5, de préférence à 7×10-5.
  • Selon l'invention, au moins une partie de l'axe de pivotement est réalisée dans le tungstène ou son alliage et ensuite soumise au traitement thermique de surface pour former la couche de carbure de tungstène. Toute ladite au moins partie de l'axe de pivotement peut être soumise au traitement thermique ou seule une portion de cette partie peut être soumise au traitement thermique. Dans ce dernier cas, les portions non destinées à réagir pour former une couche de carbure de tungstène sont protégées, par exemple, à l'aide d'un posage réalisé en céramique ou en métal réfractaire qui ne laisse apparaitre que les portions à traiter.
  • Le traitement thermique est réalisé dans une atmosphère gazeuse riche en C pour permettre la réaction entre le tungstène et le carbone et ainsi la formation du carbure de tungstène. Par exemple, l'atmosphère peut comporter du méthane (CH4) et un gaz neutre tel que l'argon (Ar). Le pourcentage de méthane peut être compris entre 5 et 20% en volume, typiquement il est de 10%, avec le complément qui est l'argon. Le traitement est réalisé à une température comprise entre 1000°C et 1300°C, idéalement à 1150°C, avec un plateau d'une durée de 5 minutes à 2 heures, idéalement de 15 minutes à la température visée.
  • La couche de carbure de tungstène ainsi obtenue présente une dureté maximale comprise entre 2000 et 2500 HV0,05. Typiquement, la couche de carbure de tungstène peut présenter des petites fluctuations de dureté le long de son épaisseur avec des valeurs s'échelonnant entre 2000 et 2500 HV0,05.
  • L'épaisseur de la couche de carbure de tungstène obtenue dépend des paramètres de durée et de température du traitement. Les paramètres de 1150°C et 15 minutes de maintien permettent d'obtenir une couche ayant une épaisseur de 20-30 microns. Typiquement, de manière générale, l'épaisseur est comprise entre 5 et 50 microns, de préférence entre 20 et 35 microns.
  • Après traitement thermique, l'axe peut subir une ou plusieurs opérations de tribofinition afin d'éliminer la couche superficielle riche en carbone et/ou d'améliorer la rugosité de surface du composant.
  • Préalablement au traitement thermique, l'axe est fabriqué à partir d'une ébauche sous forme de barre. Par exemple, les étapes de fabrication (non représentées) pour tout un axe réalisé en tungstène ou un alliage de tungstène sont les suivantes :
    • Mise à disposition d'une barre réalisée dans du tungstène pur ou un alliage de tungstène,
    • Décolletage, de préférence par ablation laser, pour obtenir la forme de l'axe,
    • Roulage des pivots,
    • Ebavurage et polissage.
  • On précisera que le roulage pourrait avoir lieu après le traitement thermique.

Claims (10)

  1. Axe de pivotement pour mouvement horloger, comportant au moins une partie réalisée dans du tungstène pur ou dans un alliage de tungstène avec au moins une portion de ladite partie convertie en une couche de carbure de tungstène (5).
  2. Axe de pivotement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la couche de carbure de tungstène (5) a une épaisseur comprise entre 5 et 50 microns, de préférence entre 20 et 35 microns.
  3. Axe de pivotement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de carbure de tungstène (5) a une dureté maximale comprise entre 2000 et 2500 HV0,05.
  4. Axe de pivotement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé dans du tungstène pur avec une teneur en tungstène supérieure ou égale à 99,5%, de préférence supérieure ou égale à 99,95% en poids avec le complément pour 100% comprenant des impuretés.
  5. Axe de pivotement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'alliage de tungstène est un alliage avec de l'oxyde de lanthane, un alliage avec du rhénium ou un alliage avec du cuivre et du nickel.
  6. Axe de pivotement selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'alliage de tungstène avec l'oxyde de lanthane comprend de l'oxyde de lanthane dans un pourcentage en poids compris entre 0,2 et 2%, de préférence entre 0,3 et 1,5%, plus préférentiellement entre 0,5 et 1% et des impuretés éventuelles avec une teneur totale pour lesdites impuretés éventuelles inférieures ou égales à 1,5% en poids.
  7. Axe de pivotement selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'alliage de tungstène avec le rhénium comprend du rhénium dans un pourcentage en poids compris entre 2 et 30%, de préférence entre 5 et 20% et des impuretés éventuelles avec une teneur totale pour lesdites impuretés éventuelles inférieures ou égales à 1,5% en poids.
  8. Axe de pivotement selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'alliage de tungstène avec du cuivre et du nickel comporte du cuivre et du nickel dans un pourcentage total en poids comprise entre 2 et 20%, de préférence entre 5 et 10%, et des impuretés éventuelles avec une teneur totale pour lesdites impuretés éventuelles inférieures ou égales à 1,5% en poids.
  9. Axe de pivotement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un axe de balancier (1) avec ladite partie formée de pivots (3) aux bouts de l'axe de balancier (1).
  10. Procédé de traitement thermique d'un axe de pivotement comprenant les étapes suivantes :
    - Mise à disposition de l'axe de pivotement comprenant au moins une partie réalisée dans du tungstène pur ou dans un alliage de tungstène,
    - Traitement thermique d'au moins une portion de ladite partie dans une atmosphère gazeuse riche en carbone à une température de maintien comprise entre 1000°C et 1300°C pendant un temps compris entre 5 minutes et 2 heures.
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