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1、(10)申请公布号 CN 103088189 A (43)申请公布日 2013.05.08 CN 103088189 A *CN103088189A* (21)申请号 201210417736.X (22)申请日 2012.10.26 11186833.7 2011.10.27 EP C21D 1/06(2006.01) C21D 9/00(2006.01) (71)申请人 尼瓦洛克斯 - 法尔股份有限公司 地址 瑞士勒洛克勒 (72)发明人 C沙邦 A弗辛格 (74)专利代理机构 北京市中咨律师事务所 11247 代理人 高美艳 吴鹏 (54) 发明名称 用于微机械钟表部件的热处理方法 (5。
2、7) 摘要 本发明涉及用于通过 LIGA 方法生产并呈现 非常低的热惯性的微机械钟表构件的热处理方 法， 所述方法包括局部加热所述微机械钟表构件 的一个区域以通过局部相改变来提高硬度的步 骤， 所述构件被加热足够短的时间， 以便仅局部加 热的区域受到热处理的影响， 而所述构件的未进 行处理部分的相保持不变。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103088189 A CN 103088189 A *CN103088。
3、189A* 1/1 页 2 1. 用于通过 LIGA 方法生产并具有非常低的热惯性的微机械钟表构件的热处理方法， 所述方法包括局部加热所述微机械钟表构件的一个区域以通过局部相改变来提高其硬度 的步骤， 所述构件被加热足够短的时间， 以便仅局部加热的区域受到热处理影响， 而所述构 件的未进行处理部分的相保持不变。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 为了局部硬化所述构件， 使用激光束、 感 应加热系统、 微吹管或者通过直接接触或通过辐射局部加热所述构件的预加热元件。 3. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 所述方法适用于通过 LIGA 方法生产并由 选自由镍以及镍和磷。
4、、 钨或铁的合金形成的群组中的材料制成的任何类型的微机械钟表部 件， 以及适用于通过传统方法生产并用能够进行回火处理的材料例如碳素钢或具有结构硬 化的合金例如铜 / 铍合金制成的任何类型的微机械部件。 4. 根据权利要求 2 所述的方法， 其特征在于， 所述方法适用于通过 LIGA 方法生产并由 选自由镍以及镍和磷、 钨或铁的合金形成的群组中的材料制成的任何类型的微机械钟表部 件， 以及适用于通过传统方法生产并用能够进行回火处理的材料例如碳素钢或具有结构硬 化的合金例如铜 / 铍合金制成的任何类型的微机械部件。 5. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 使所述构件的必须局部加热的区域。
5、达到 至少 200的温度。 6. 根据权利要求 2 所述的方法， 其特征在于， 使所述构件的必须局部加热的区域达到 至少 200的温度。 7. 根据权利要求 3 所述的方法， 其特征在于， 使所述构件的必须局部加热的区域达到 至少 200的温度。 8. 根据权利要求 4 所述的方法， 其特征在于， 使所述构件的必须局部加热的区域达到 至少 200的温度。 9. 根据权利要求 1 至 4 中任一项所述的方法， 其特征在于， 为了实施所述方法， 将所述 微机械钟表构件放置在配件 （10） 上， 通过加热产生的热量扩散到该配件 （10） 中。 权 利 要 求 书 CN 103088189 A 2 1。
6、/4 页 3 用于微机械钟表部件的热处理方法 技术领域 0001 本发明涉及一种用于微机械钟表部件的热处理方法。更具体地， 本发明涉及一 种热处理方法， 该方法的目的是局部改变微机械钟表部件例如齿轮的某些物理性 能。 背景技术 0002 有时， 为了满足特殊的需求， 需要局部改变微机械钟表部件的物理性能， 例如硬 度、 磁性或延展性。对于 LIGA 方法尤其如此， LIGA 方法在钟表设计领域内使用越来越频 繁。 该方法允许以非常高的精度以及仍然与工业制造需求兼容的总成本大批量生产微机械 部件。然而， 如下面将详细看到的， 使用 LIGA 方法获得的微机械钟表部件有时具有需要克 服的耐磨性的问。
7、题。 0003 首字母缩写词 “LIGA” 来自德语。它是 “Lithographie,Galvanoformung,Abformun g” 的缩写，“Lithographie,Galvanoformung,Abformung” 代表该方法的不同步骤。简言之， 在钟表领域中使用的 LIGA 方法在于使沉积在导电基底上的光敏树脂通过光刻掩模曝光于 于 UV 射线。在树脂显影后， 通过电镀实施电铸步骤， 在电镀过程中， 金属沉积在事先在光敏 树脂层中形成的微结构中， 该微结构的轮廓与所希望的部件的形状相匹配。最后的步骤在 于将光敏树脂的其余层移除， 并将因此获得的构件分离。 0004 在钟表领域，。
8、 人们对 LIGA 方法感兴趣已有多年了。然而， 正如从上述描述所理解 的， LIGA 方法强加的限制条件之一是， 所使用的材料必须能够通过电解沉积。在钟表领域 中， 使用的第一材料是镍。该材料具有能够在 LIGA 方法中实施的优点。然而， 它的缺点是， 在非晶态下是磁性的， 这使其难以用于钟表应用中。 0005 申请人目前对使用镍和磷合金通过 LIGA 方法获得的微机械钟表部件感兴趣， 该 镍和磷合金包含重量百分比为 12% 的磷， 下面将其称为 “合金 NiP12” 。该合金 NiP12 的很 大优点是， 在非晶态下是非磁性的。然而， 通过 LIGA 方法制成的合金 NiP12 部件的硬度。
9、是 中等水平的， 约 580HV。在这些微机械钟表部件中， 在某些条件下会出现与该相对低的硬度 直接相关联的磨损问题。 0006 面对上述磨损的问题， 申请人寻求提高通过 LIGA 方法获得的齿轮齿的硬度。在制 造例如用于航空或汽车工业的实心机械部件的领域中已知的技术在于局部加热齿轮齿。 然 而， 已知的是， 虽然例如使用激光束的实心部件的局部加热具有提高加热区域的硬度的效 果， 但是加热伴随着因此处理的区域的强度降低。然而， 在制造实心机械部件的领域中， 部 件的热惯性使得仅直接加热的表面进行相变， 而部件的大部分的相保持其固有特征。 0007 然而， 在钟表学设计领域却并非如此， 在钟表学。
10、设计领域， 部件通常具有数十至数 百微米的数量级的厚度， 并且尺寸很少超过一毫米。 发明内容 0008 因此， 本发明的目的是， 通过提供一种用于微机械钟表部件的热处理方法来克服 说 明 书 CN 103088189 A 3 2/4 页 4 上述缺点， 该方法局部改变所述部件的物理性能， 而不因此影响未进行处理部分的相。 0009 因此， 本发明涉及一种用于通过 LIGA 方法生产并具有非常低的热惯性的微机械 钟表构件的热处理方法， 所述方法包括局部加热所述微机械钟表构件的一个区域以通过局 部相改变来提高其硬度的步骤， 其中， 所述构件被加热足够短的时间， 以便仅局部加热的区 域受到热处理影响。
11、， 而所述构件的未进行处理部分的相保持不变。 0010 由于这些特征， 根据本发明的方法通过加热区域的局部相改变以非常局部的方式 改变微机械钟表构件的硬度， 这种物理性能改变不影响所述构件的未进行处理部分的相。 0011 例如， 因此， 本发明能够使微机械钟表构件的硬度以非常局部的方式提高， 而不因 此影响所述构件的未进行处理部分的相。这点是非常关键的， 这是因为， 已知的是， 虽然热 处理具有使构件的加热区域硬化的效果， 但是处理的必然结果是使加热区域更加易碎。因 此， 关键的是， 仅加热构件的其硬度需要提高的区域， 以避免整体上降低构件强度。 0012 设定好该目标后， 申请人使通过LIG。
12、A方法电镀或电铸NiP12制成的齿轮齿经受局 部或点加热源加热， 例如激光。 0013 令申请人大为惊讶地是， 可以观察到， 如果将齿轮齿局部加热较短的时间， 可以显 著提高齿的硬度， 而不影响齿轮的未进行处理部分的相。 这个结果是最引人注目的， 这是因 为， 人们知道这种类型的齿轮的热惯性相对于它的尺寸以及通过激光束达到的高温来说是 低的。 0014 该结果通过齿轮的结晶学分析得到证实， 结晶学分析使得能够观察到由加热造成 的相变。实际上， 在初始处于非晶态的齿轮的加热区域， 镍和磷成分进行相分离并以镍和 Ni3P 的形式沉淀。同样地， 齿轮的加热区域的硬度相对于合金 NiP12 的固有硬度。
13、提高约 50%， 而齿轮的未进行处理部分的硬度几乎不发生变化。最后， 可观察到齿轮的加热区域轻 微磁化， 但是这不会对包括该齿轮的钟表机构的正常工作不利。 0015 根据补充特征， 根据本发明的方法适用于通过 LIGA 方法生产并由选自由镍以及 镍和磷、 钨或铁的合金形成的群组中的材料制成的任何类型的微机械钟表部件， 以及适用 于通过传统方法生产并用能够进行回火处理的材料例如碳素钢或具有结构硬化 的合金例如铜 / 铍合金制成的任何类型的微机械钟表部件。 0016 根据本发明的另一特征， 可以使用 ： 激光束、 感应加热系统、 例如根据水的氢和氧 成分的水解和重组理论工作的微吹管 （micro 。
14、blowpipe） 或者用于非常局部地施加高密度 能量以局部硬化构件的任何其它系统。通过示例， 也可以设想通过例如预先加热的棒的小 元件和待处理部件之间的接触或者通过使预先加热的元件靠近待处理区域的辐射局部加 热构件。 附图说明 0017 从下面对根据本发明的方法的实施例的具体描述中， 可更清楚地发现本发明的其 它特征和优点， 该示例通过结合附图仅以非限制性示例的方式给出， 其中 ： 0018 图 1 是根据 LIGA 方法通过电铸 NiP12 制成的钟表构件的透视图 ； 和 0019 图 2 是安装在用于实施本发明的方法的配件上的图 1 中的钟表构件的透视图。 具体实施方式 说 明 书 CN。
15、 103088189 A 4 3/4 页 5 0020 本发明源于这样一种总的发明构思 ： 以非常局部的方式短暂加热微机械构件， 以 便改变加热区域的硬度。 “微机械钟表构件” 是指在钟表机芯中使用并且通过用于对可进 行回火处理的材料进行成型加工的传统方法获得或者通过 LIGA 方法获得的任何类型的部 件， 例如齿轮、 带齿的轮或其它部件。事实上， 已意识到， 在某些老化试验中， 通过 LIGA 方法 获得的磷的重量百分比为 12% 的镍 / 磷构件表现出异常的快速磨损。为了克服这个问题， 设想将这些构件例如齿轮在其与邻近构件接触的区域硬化。然而， 用于提高机械 构件的硬度的唯一已知的技术在于。
16、局部加热这些构件。 虽然加热这些构件提高了它们的硬 度， 但是这伴随着加热区域的强度降低。该技术成功地用于意在例如用于航空或汽车工业 的实心部件。实际上， 由于它们的尺寸， 这些实心部件具有足够高的热惯性， 从而只有加热 区域受到热处理的影响， 而所述部件的未进行处理部分的相保持不变。 然而， 在钟表领域情 况却并非如此， 在钟表领域， 构件具有非常小的尺寸并具有非常低的热惯性。尽管如此， 申 请人在克服了这些偏见的情况下意识到， 通过以非常局部的方式并在非常短的时间内加热 微机械钟表构件， 可以提高加热区域的硬度， 而不影响钟表构件的未进行处理部分的相， 并 因此提高了它们的机械磨损。在由磷。
17、的重量百分比为 12% 的镍和磷合金制成的齿轮的特定 情况下， 申请人观察到， 齿轮齿的末端的局部加热伴随着相变。实际上， 最初在晶态下的合 金进行相分离， 镍和磷成分以镍和 NI3P 的形式沉淀。并行地， 该相变伴随着加热区域的硬 度提高大约 2 倍。从后者示值也明显地看出， 不可以设想在部件的整个体积中以这些比例 提高齿轮的硬度， 否则部件不能再使用传统的压入技术安装而没有破碎的风险。 最后， 观察 到， 构件的局部加热的功能区域轻微磁化， 但是这不会达到有害的数值。 0021 图 1 是根据 LIGA 方法通过电镀或电铸 NiP12 制成的钟表构件的透视图。在示出 的示例中， 钟表构件是。
18、轮。整体上由总参考标号 1 指示的该轮包括轮毂 2， 多个规律地间隔 开的齿 4 从该轮毂 2 径向延伸出来。该轮 1 包括上表面 6 和下表面 8。 0022 下面的表格总结了在图 1 中示出的轮 1 的不同点测量的维氏硬度。在根据 LIGA 方法通过电镀 NiP12 获得的具有相同几何形状的两个不同部件的上表面 6 和下表面 8 上进 行这些硬度测量。 0023 0024 在 LIGA 方法后但在热处理前的非晶态 NiP12 的硬度是 590HV30HV。可以看出， 根据所涉及的部件以及是在部件的上表面还是下表面上进行测量， 经过根据本发明的热处 理后的轮1的轮毂2的硬度介于605HV和6。
19、13HV之间。 因此， 显然， 根据上述结果， 轮1的轮 毂 2 的硬度决不会受到对轮 1 的齿 4 实施的热处理的影响。然而， 在齿 4 的末端已通过激 光束进行热处理后， 根据所涉及的部件以及是在齿 4 的上表面还是下表面上进行测量， 齿 4 的硬度介于 996HV 和 1020HV 之间， 在齿的末端的硬度相对于直接通过 LIGA 方法生产且没 有进行热处理的非晶态材料的硬度提高约 50%。 说 明 书 CN 103088189 A 5 4/4 页 6 0025 因此， 可以看出， 如上所述， 热处理区域的硬度相对于直接通过 LIGA 方法获得的 非晶相的 NiP12 材料以约 50% 。
20、的比例提高。应该注意到， 从 200开始， 观察到 NiP12 材料 从电沉积后的非晶态到它进行相分离的状态的结构变化， 在相分离状态中， 镍和磷成分以 镍和 Ni3P 的形式沉淀。 0026 不言而喻， 本发明并不限于刚刚描述的实施方式， 本领域技术人员可以设想各种 简单的改动和变型， 而不脱离由所附的权利要求书限定的本发明的范围。 尤其是， 可以设想 通过感应加热构件， 例如轮。在这种情况下， 使用放置在轮上的环， 该环的直径与轮的外径 相匹配， 然后使交流电在环中流动。 0027 申请人的发明优点是， 能够克服本领域现有技术的偏见。 实际上， 为了提高实心部 件的功能区域的硬度， 可以对。
21、这些区域进行加热是已知的。 然而， 加热伴随着加热区域的强 度降低和磁化。 然而， 在实心部件的情况下， 这不是问题， 因为部件的整个体积不受影响。 但 是， 微机械钟表构件的情况则并非如此， 微机械钟表构件的尺寸和密度小， 且可以想到即使 在其未进行处理部分该微机械钟表构件也受到热处理的影响。恰恰相反， 申请人成功地证 明， 不仅可以对钟表构件例如轮的功能区域进行局部加热， 而且该加热仅伴随着 加热区域的硬化， 而在构件的未进行处理部分保持原始相。本发明的结果是这样一种钟表 构件 ： 该钟表构件的功能区域硬化并因此更加耐磨损， 而轮毂保持延展性并因此可通过使 用传统技术的压入组装。 0028。
22、 当然， 应当理解， 根据具体需求， 可寻求改变钟表构件的其它物理性能。 例如， 希望 局部磁化所述构件， 或者通过提高或降低所述延展性来改变所述构件的延展性。 应当理解， 本发明的发明贡献不仅仅是局部提高微机械钟表构件的硬度， 而且该贡献非常广泛地涉及 通过热处理局部和受控地改变这些构件的物理性能。 0029 为了实施根据本发明的方法， 可以使用在图 2 中示出的配件 10。该配件 10 采用 阶梯圆柱体的形式， 该圆柱体具有第一部分 12 和第二部分 14， 该第一部分 12 的外径基本 上与轮 1 的轮毂 2 的内径相匹配， 该第二部分 14 的外径比第一部分 12 的外径大， 从而可以 支撑轮 1。以申请人看来， 该配件 10 在成功地实施根据本发明的方法中起到一定作用。实 际上， 在图 2 示出的齿轮 1 的情况下， 齿 4 的尺寸比轮 1 的轮毂 2 的尺寸小， 从而轮 1 的轮 毂 2 起到热沉的作用， 且热量在配件 10 中扩散。因此， 轮 1 的轮毂 2 的温度不会达到能够 造成相变以及硬度附随增加。 说 明 书 CN 103088189 A 6 1/2 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103088189 A 7 2/2 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 103088189 A 8 。