用於微機械鐘錶部件的熱處理方法
2023-10-11 16:58:14 5
專利名稱：用於微機械鐘錶部件的熱處理方法
技術領域：
本發明涉及一種用於微機械鐘錶部件的熱處理方法。更具體地，本發明涉及一種熱處理方法，該方法的目的是局部改變微機械鐘錶部件——例如齒輪——的某些物理性倉^:。
背景技術：
有吋，為了滿足特殊的需求，需要局部改變微機械鐘錶部件的物理性能，例如硬度、磁性或延展性。對於LIG·A方法尤其如此，LIGA方法在鐘錶設計領域內使用越來越頻繁。該方法允許以非常高的精度以及仍然與エ業製造需求兼容的總成本大批量生產微機械部件。然而，如下面將詳細看到的，使用LIGA方法獲得的微機械鐘錶部件有時具有需要克服的耐磨性的問題。首字母縮寫詞「LIGA」來自德語。它是「Lithographie,Galvanoformung, Abformung」的縮寫，「Lithographie, Galvanoformung, Abformung」代表該方法的不同步驟。簡言之，在鐘錶領域中使用的LIGA方法在於使沉積在導電基底上的光敏樹脂通過光刻掩模曝光于于UV射線。在樹脂顯影后，通過電鍍實施電鑄步驟，在電鍍過程中，金屬沉積在事先在光敏樹脂層中形成的微結構中，該微結構的輪廓與所希望的部件的形狀相匹配。最後的步驟在於將光敏樹脂的其餘層移除，並將因此獲得的構件分離。在鐘錶領域，人們對LIGA方法感興趣已有多年了。然而，正如從上述描述所理解的，LIGA方法強加的限制條件之ー是，所使用的材料必須能夠通過電解沉積。在鐘錶領域中，使用的第一材料是鎳。該材料具有能夠在LIGA方法中實施的優點。然而，它的缺點是，在非晶態下是磁性的，這使其難以用於鐘錶應用中。申請人:目前對使用鎳和磷合金通過LIGA方法獲得的微機械鐘錶部件感興趣，該鎳和磷合金包含重量百分比為12%的磷，下面將其稱為「合金NiP12」。該合金NiP12的很大優點是，在非晶態下是非磁性的。然而，通過LIGA方法製成的合金NiP12部件的硬度是中等水平的，約580HV。在這些微機械鐘錶部件中，在某些條件下會出現與該相對低的硬度直接相關聯的磨損問題。面對上述磨損的問題，申請人尋求提高通過LIGA方法獲得的齒輪齒的硬度。在製造例如用於航空或汽車エ業的實心機械部件的領域中已知的技術在於局部加熱齒輪齒。然而，已知的是，雖然例如使用雷射束的實心部件的局部加熱具有提高加熱區域的硬度的效果，但是加熱伴隨著因此處理的區域的強度降低。然而，在製造實心機械部件的領域中，部件的熱慣性使得僅直接加熱的表面進行相變，而部件的大部分的相保持其固有特徵。然而，在鐘錶學設計領域卻並非如此，在鐘錶學設計領域，部件通常具有數十至數百微米的數量級的厚度，並且尺寸很少超過一毫米。
發明內容
因此，本發明的目的是，通過提供一種用於微機械鐘錶部件的熱處理方法來克服上述缺點，該方法局部改變所述部件的物理性能，而不因此影響未進行處理部分的相。因此，本發明涉及ー種用於通過LIGA方法生產並具有非常低的熱慣性的微機械鐘錶構件的熱處理方法，所述方法包括局部加熱所述微機械鐘錶構件的ー個區域以通過局部相改變來提高其硬度的步驟，其中，所述構件被加熱足夠短的時間，以便僅局部加熱的區域受到熱處理影響，而所述構件的未進行處理部分的相保持不變。由於這些特徵，根據本發明的方法通過加熱區域的局部相改變以非常局部的方式改變微機械鐘錶構件的硬度，這種物理性能改變不影響所述構件的未進行處理部分的相。例如，因此，本發明能夠使微機械鐘錶構件的硬度以非常局部的方式提高，而不因此影響所述構件的未進行處理部分的相。這點是非常關鍵的，這是因為，已知的是，雖然熱處理具有使構件的加熱區域硬化的效果，但是處理的必然結果是使加熱區域更加易碎。因此，關鍵的是，僅加熱構件的其硬度需要提高的區域，以避免整體上降低構件強度。設定好該目標後，申請人使通過LIGA方法電鍍或電鑄NiP12製成的齒輪齒經受局部或點加熱源加熱，例如雷射。令申請人大為驚訝地是，可以觀察到，如果將齒輪齒局部加熱較短的時間，可以顯著提高齒的硬度，而不影響齒輪的未進行處理部分的相。這個結果是最引人注目的，這是因為，人們知道這種類型的齒輪的熱慣性相對於它的尺寸以及通過雷射束達到的高溫來說是低的。該結果通過齒輪的結晶學分析得到證實，結晶學分析使得能夠觀察到由加熱造成的相變。實際上，在初始處於非晶態的齒輪的加熱區域，鎳和磷成分進行相分離並以鎳和Ni3P的形式沉澱。同樣地，齒輪的加熱區域的硬度相對於合金NiP12的固有硬度提高約50%，而齒輪的未進行處理 部分的硬度幾乎不發生變化。最後，可觀察到齒輪的加熱區域輕微磁化，但是這不會對包括該齒輪的鐘表機構的正常工作不利。根據補充特徵，根據本發明的方法適用於通過LIGA方法生產並由選自由鎳以及鎳和磷、鎢或鐵的合金形成的群組中的材料製成的任何類型的微機械鐘錶部件，以及適用於通過傳統方法生產並用能夠進行回火處理的材料——例如碳素鋼——或具有結構硬化的合金——例如銅/鈹合金——製成的任何類型的微機械鐘錶部件。根據本發明的另ー特徵，可以使用:雷射束、感應加熱系統、例如根據水的氫和氧成分的水解和重組理論工作的微吹管(micro blowpipe)或者用於非常局部地施加高密度能量以局部硬化構件的任何其它系統。通過示例，也可以設想通過例如預先加熱的棒的小元件和待處理部件之間的接觸或者通過使預先加熱的元件靠近待處理區域的輻射局部加熱構件。
從下面對根據本發明的方法的實施例的具體描述中，可更清楚地發現本發明的其它特徵和優點，該示例通過結合附圖僅以非限制性示例的方式給出，其中:圖1是根據LIGA方法通過電鑄NiP12製成的鐘表構件的透視圖；和圖2是安裝在用於實施本發明的方法的配件上的圖1中的鐘表構件的透視圖。
具體實施方式
本發明源於這樣一種總的發明構思:以非常局部的方式短暫加熱微機械構件，以便改變加熱區域的硬度。「微機械鐘錶構件」是指在鐘錶機芯中使用並且通過用於對可進行回火處理的材料進行成型加工的傳統方法獲得或者通過LIGA方法獲得的任何類型的部件，例如齒輪、帶齒的輪或其它部件。事實上，已意識到，在某些老化試驗中，通過LIGA方法獲得的磷的重量百分比為12%的鎳/磷構件表現出異常的快速磨損。為了克服這個問題，設想將這些構件——例如齒輪——在其與鄰近構件接觸的區域硬化。然而，用於提高機械構件的硬度的唯一已知的技術在於局部加熱這些構件。雖然加熱這些構件提高了它們的硬度，但是這伴隨著加熱區域的強度降低。該技術成功地用於意在例如用於航空或汽車エ業的實心部件。實際上，由於它們的尺寸，這些實心部件具有足夠高的熱慣性，從而只有加熱區域受到熱處理的影響，而所述部件的未進行處理部分的相保持不變。然而，在鐘錶領域情況卻並非如此，在鐘錶領域，構件具有非常小的尺寸並具有非常低的熱慣性。儘管如此，申請人在克服了這些偏見的情況下意識到，通過以非常局部的方式並在非常短的時間內加熱微機械鐘錶構件，可以提高加熱區域的硬度，而不影響鐘表構件的未進行處理部分的相，並因此提高了它們的機械磨損。在由磷的重量百分比為12%的鎳和磷合金製成的齒輪的特定情況下，申請人觀察到，齒輪齒的末端的局部加熱伴隨著相變。實際上，最初在晶態下的合金進行相分離，鎳和磷成分以鎳和NI3P的形式沉澱。並行地，該相變伴隨著加熱區域的硬度提高大約2倍。從後者示值也明顯地看出，不可以設想在部件的整個體積中以這些比例提高齒輪的硬度，否則部件不能再使用傳統的壓入技術安裝而沒有破碎的風險。最後，觀察至IJ，構件的局部加熱的功能區域輕微磁化，但是這不會達到有害的數值。圖1是根據LIGA方法通過電鍍或電鑄NiP12製成的鐘表構件的透視圖。在示出的示例中，鐘錶構件是輪。整體上由總參考標號I指示的該輪包括輪轂2,多個規律地間隔開的齒4從該輪轂2徑向延伸出來。該輪I包括上表面6和下表面8。下面的表格總結了在圖1中示 出的輪I的不同點測量的維氏硬度。在根據LIGA方法通過電鍍NiP12獲得的具有相同幾何形狀的兩個不同部件的上表面6和下表面8上進行這些硬度測量。
權利要求
1.關於通過LIGA方法生產並具有非常低的熱慣性的微機械鐘錶構件的熱處理方法，所述方法包括局部加熱所述微機械鐘錶構件的ー個區域以通過局部相改變來提高其硬度的步驟，所述構件被加熱足夠短的時間，以便僅局部加熱的區域受到熱處理影響，而所述構件的未進行處理部分的相保持不變。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，為了局部硬化所述構件，使用雷射束、感應加熱系統、微吹管或者通過直接接觸或通過輻射局部加熱所述構件的預加熱元件。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法適用於通過LIGA方法生產並由選自由鎳以及鎳和磷、鎢或鐵的合金形成的群組中的材料製成的任何類型的微機械鐘錶部件，以及適用於通過傳統方法生產並用能夠進行回火處理的材料例如碳素鋼或具有結構硬化的合金例如銅/鈹合金製成的任何類型的微機械部件。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述方法適用於通過LIGA方法生產並由選自由鎳以及鎳和磷、鎢或鐵的合金形成的群組中的材料製成的任何類型的微機械鐘錶部件，以及適用於通過傳統方法生產並用能夠進行回火處理的材料例如碳素鋼或具有結構硬化的合金例如銅/鈹合金製成的任何類型的微機械部件。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，使所述構件的必須局部加熱的區域達到至少200°C的溫度。
6.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，使所述構件的必須局部加熱的區域達到至少200°C的溫度。
7.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，使所述構件的必須局部加熱的區域達到至少200°C的溫度。
8.根據權利要求4所述 的方法，其特徵在於，使所述構件的必須局部加熱的區域達到至少200°C的溫度。
9.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在幹，為了實施所述方法，將所述微機械鐘錶構件放置在配件(10)上，通過加熱產生的熱量擴散到該配件(10)中。
全文摘要
本發明涉及用於通過LIGA方法生產並呈現非常低的熱慣性的微機械鐘錶構件的熱處理方法，所述方法包括局部加熱所述微機械鐘錶構件的一個區域以通過局部相改變來提高硬度的步驟，所述構件被加熱足夠短的時間，以便僅局部加熱的區域受到熱處理的影響，而所述構件的未進行處理部分的相保持不變。
文檔編號C21D9/00GK103088189SQ20121041773
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月26日 優先權日2011年10月27日
發明者C·沙邦, A·弗辛格 申請人:尼瓦洛克斯-法爾股份有限公司